武世強(qiáng),那艷玲

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

隨著鐵路與地鐵建設(shè)的飛速發(fā)展,越來越多的交通樞紐納入進(jìn)各城市的規(guī)劃中來。對于環(huán)控設(shè)計來說,建筑規(guī)模的大體量意味著大系統(tǒng)、大投資、大能耗,合理的設(shè)計對于減少環(huán)控投資和運(yùn)營能耗具有非常重要的意義。通過介紹天津站交通樞紐軌道換乘中心水系統(tǒng)設(shè)計,闡述二次泵變流量系統(tǒng)在此類工程中的應(yīng)用分析及設(shè)計要點。

1 工程概況

天津站交通樞紐軌道換乘中心位于天津站后廣場,華興道、新廣路與新兆路交匯的四叉路口處,其南側(cè)地面為國鐵京津城際主站房。軌道換乘中心由天津城市軌道交通2、3、9號線交匯組成,2、9號線呈平行的東西走向,分別與南北走向的3號線“十”字交叉于天津站后廣場地下,3號線在下,2、9號線在上。

本軌道換乘中心工程總占地面積為70 704 m2,總建筑面積為154 718 m2,單層最大建筑面積55 642 m2。軌道換乘中心總的空調(diào)面積約7萬m2,最遠(yuǎn)末端距冷凍機(jī)房單程距離達(dá)500 m?？照{(diào)水系統(tǒng)負(fù)責(zé)2、3、9號線站廳站臺及設(shè)備管理用房、地下一層換乘大廳和商業(yè)區(qū)的供冷,同時還需考慮商業(yè)區(qū)冬季的采暖。

2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)簡介

軌道換乘中心空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)由2、3、9號線站廳站臺公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng),2、3、9號線設(shè)備管理用房空調(diào)系統(tǒng),地下一層換乘大廳空調(diào)系統(tǒng)和商業(yè)區(qū)空調(diào)系統(tǒng)組成,其中除商業(yè)區(qū)空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)外,其余均采用一次回風(fēng)全空氣空調(diào)系統(tǒng)。

3 水系統(tǒng)形式的選擇

普通地鐵車站,由于整個車站冷負(fù)荷一般為1 000～1 500 kW,設(shè)計中常采用的水系統(tǒng)形式為一次泵定流量系統(tǒng)或一次泵變流量系統(tǒng),對于這類中小型工程,此系統(tǒng)相對來說是經(jīng)濟(jì)合理的。天津站交通樞紐軌道換乘中心總設(shè)計冷負(fù)荷達(dá)到11 522 kW,對于如此大規(guī)模的軌道換乘中心來說,由于系統(tǒng)大、阻力高,且各環(huán)路阻力懸殊或環(huán)路之間使用功能有重大區(qū)別,采用一次泵系統(tǒng)顯然是不合理的,經(jīng)過綜合比較,本工程冷水系統(tǒng)最終采用二次泵變流量系統(tǒng)。冷凍水設(shè)計進(jìn)出水溫度為12 ℃/7 ℃,冷卻水設(shè)計進(jìn)出水溫度為32 ℃/37 ℃,冷凍機(jī)房布置在地下三層右下角。

商業(yè)區(qū)計算熱負(fù)荷為640 kW,單獨(dú)設(shè)置1套熱水系統(tǒng)供暖,熱水供至新風(fēng)機(jī)組處,冬季新風(fēng)機(jī)組將空氣加熱后送至商業(yè)區(qū),熱源接市政管網(wǎng)95 ℃/70 ℃熱水,經(jīng)板式換熱器換熱成60 ℃/50 ℃熱水后供新風(fēng)機(jī)組,換熱機(jī)房布置在地下一層左下角。

4 水系統(tǒng)分區(qū)的劃分

系統(tǒng)分區(qū)的劃分是本工程設(shè)計的關(guān)鍵,直接影響到管線布置、設(shè)備選型及以后的運(yùn)行效果,根據(jù)本工程自身特點，二次泵分區(qū)劃分有3種方式。

第一種方式為根據(jù)各子項目的相對獨(dú)立性進(jìn)行分區(qū)劃分,即2號線、3號線、9號線、一層換乘大廳、一層商業(yè)區(qū)分別設(shè)置獨(dú)立管路。

第二種方式為根據(jù)各子項目運(yùn)營時間的不同進(jìn)行分區(qū)劃分,即2、3、9號線公共區(qū),2、3、9號線設(shè)備管理用房,一層換乘大廳,一層商業(yè)區(qū)分別設(shè)置獨(dú)立管路。

第三種方式為根據(jù)負(fù)荷末端距冷凍機(jī)房的遠(yuǎn)近及負(fù)荷特性進(jìn)行分區(qū)劃分,即分為A、B、C、D 4個區(qū),A區(qū)為換乘中心左上角一二三層末端,B區(qū)為換乘中心左下角一二三層末端,C區(qū)為換乘中心右下角一二層末端,D區(qū)為換乘中心地下一層商業(yè)區(qū)?？紤]到設(shè)備管理用房為24 h使用房間,并且夜間計算冷負(fù)荷只占總冷負(fù)荷的10%,為避免冷水機(jī)組、水泵長期在低負(fù)荷、低效率的狀態(tài)下運(yùn)行,單獨(dú)配置一臺冷水機(jī)組及相應(yīng)水泵、冷卻塔等設(shè)備。

相比前兩種分區(qū)劃分方式,第三種分區(qū)劃分既考慮了2、3、9號線以及一層換乘大廳相對一致的運(yùn)營時間,同時也為商業(yè)區(qū)運(yùn)營后相對靈活的營業(yè)時間提供了條件。一層末端分區(qū)情況見圖1(二、三層末端位置在A、B、C區(qū)的垂直下層對應(yīng)空調(diào)機(jī)房內(nèi)),每個分區(qū)內(nèi)末端服務(wù)區(qū)域見表1。

表1 各分區(qū)內(nèi)末端服務(wù)區(qū)域

圖1 一層末端分區(qū)

5 主要設(shè)備選配

(1)冷水系統(tǒng)：軌道換乘中心白天計算冷負(fù)荷為11 522 kW,夜間計算冷負(fù)荷為1 163 kW,為了既滿足最大負(fù)荷時的供冷要求,同時又可以保證夜間冷水機(jī)組的穩(wěn)定、節(jié)能運(yùn)行,本工程設(shè)置4臺2 974 kW離心式冷水機(jī)組和1臺1 337 kW螺桿式冷水機(jī)組,每臺機(jī)組分別配置1臺冷凍泵(一次泵)、1臺冷卻泵以及1臺冷卻塔,一次泵不設(shè)置備用泵。二次泵根據(jù)白天和夜間兩種工況分別設(shè)置,A區(qū)和C區(qū)白天工況各設(shè)置3臺冷凍泵,2用1備,夜間工況設(shè)置1臺冷凍泵；B區(qū)白天工況設(shè)置4臺冷凍泵,3用1備,夜間工況設(shè)置1臺冷凍泵；D區(qū)設(shè)置3臺冷凍泵,2用1備。白天運(yùn)行的水泵均為變頻泵。冷凍水系統(tǒng)示意見圖2。

圖2 冷凍水系統(tǒng)示意

(2)熱水系統(tǒng)：商業(yè)區(qū)冬季熱水系統(tǒng)設(shè)置板式換熱器及3臺熱水循環(huán)水泵,2用1備。

6 變頻器配置

對于二次泵變頻器配置方式,通常有以下3種。

第一種為1臺泵變頻運(yùn)行,其余工頻運(yùn)行。這是目前應(yīng)用較多的一種方式,因為工頻定速泵的變頻器可以被節(jié)省,所以相對來說比較經(jīng)濟(jì),但實際運(yùn)行中存在以下問題：一是當(dāng)系統(tǒng)水流量變化時,工頻定速泵和變頻泵分別按性能曲線和控制曲線變化,這樣導(dǎo)致2個水泵流量變化相反,當(dāng)變頻泵流量增加時,定速泵所提供的流量反而降低；二是當(dāng)變頻泵低頻運(yùn)行時,可能出現(xiàn)工頻定速泵出口壓力大于變頻泵出口壓力,這樣造成變頻泵不出水甚至產(chǎn)生水倒流的現(xiàn)象。

第二種為1臺大功率變頻器帶多臺水泵并聯(lián)運(yùn)行,即同一分區(qū)內(nèi)的水泵始終保持同一頻率運(yùn)行。如果所有的水泵在任何時候都在同樣的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,這種配置是可行的。但其存在以下問題,一是由于所有水泵同啟同閉,所以此種方式無法滿足低流量時單臺水泵運(yùn)行的工況；二是過載保護(hù)不可靠：變頻器的過載保護(hù)正是對較大功率而言,對小功率等級水泵的過載不一定有可靠的保護(hù)；三是由于1臺大功率變頻器并不比幾臺小功率變頻器便宜多少,所以不經(jīng)濟(jì)。

第三種為每臺水泵設(shè)置變頻器。這種方式既吸取了前面兩種方式的優(yōu)點,同時彌補(bǔ)了二者的缺點,即在負(fù)荷較大時,可以使并聯(lián)水泵在相同頻率下運(yùn)轉(zhuǎn),而當(dāng)負(fù)荷較小時,可以關(guān)閉其中部分水泵,因為每臺水泵都是可以獨(dú)立運(yùn)行的。

綜合以上分析,軌道換乘中心各分區(qū)水泵除備用泵外均設(shè)置變頻器。

7 水力平衡

為了保證各支路水力平衡,冷水系統(tǒng)除商業(yè)區(qū)外均設(shè)二級分集水器,通過各分區(qū)的二級分集水器,對末端進(jìn)行配管。此外,組合式空調(diào)機(jī)組、柜式空調(diào)機(jī)組均設(shè)置動態(tài)平衡電動二通調(diào)節(jié)閥,風(fēng)機(jī)盤管設(shè)置動態(tài)平衡電動二通閥。

8 結(jié)語

天津站綜合交通樞紐軌道換乘中心為目前國內(nèi)最大的地下軌道換乘中心之一,由于體量大、末端多,水系統(tǒng)方案經(jīng)過多次修改完善才最終確定,二次泵變流量系統(tǒng)的采用、合理的分區(qū)劃分及一對一的變頻器配置都為運(yùn)營后系統(tǒng)穩(wěn)定、節(jié)能運(yùn)行提供了條件。

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