徐平

（烏魯木齊城市軌道集團有限公司，新疆 烏魯木齊 8390001）

烏魯木齊夏季室外干球溫度高（一般高于35℃以上），濕球溫度低（低于22℃），溫差十分明顯，加上常年降水少、氣候干燥，因此，是最適合使用直接蒸發(fā)冷卻技術進行制冷和空氣濕度調節(jié)的地區(qū)之一。隨著軌道交通及城市低碳經濟發(fā)展要求的提高，直接蒸發(fā)制冷技術在地鐵尤其是干旱地區(qū)地鐵中的運用研究日益受到建設者的重視。但由于機組本身高大，布水均勻性不好控制以及在風沙大、灰塵多的干旱地區(qū)易堵塞等問題存在，因此，業(yè)界無法制造滿足各地需要的通用制冷設備。本文從直接蒸發(fā)制冷機組實驗環(huán)節(jié)著手，進行相關技術問題分析解決，試制適合地鐵站房環(huán)境需要的直接蒸發(fā)制冷設備。

1 直接蒸發(fā)制冷機組實驗

為進行有效研究，特建立一模擬地鐵環(huán)境下的氣候小室，在小室相對應位置布設溫度、濕度、風速、流量、風阻等測量點，通過對不同方案數(shù)據(jù)的測量、分析，實現(xiàn)方案的不斷優(yōu)化。

小室主要由殼體、立體布水勻風清潔填料、直接蒸發(fā)制冷填料和風機構成。殼體上設置有殼體進風口和殼體出風口；直接蒸發(fā)制冷填料上方設置制冷布水裝置；立體布水勻風清潔填料朝向殼體進風口的一側設置清洗布水裝置。氣候小室具體結構如圖1。

1.1 高大填料均勻布水性、防堵塞研究

（1）進風面設置噴淋雨區(qū)。機組的布水系統(tǒng)全部布置在填料的上部，采用雨區(qū)噴淋+填料區(qū)噴淋的布水方式，將噴淋噴頭設計為角度可調形式，噴嘴的霧化角度小于90°，確保填料頂部噴淋和進風面?zhèn)让鎳娏芫鶆颉?/p>

圖1 機組結構示意圖

（2）填料設置合適的傾斜角度。填料采用具有良好熱工性能和較好親水性的鋁合金材料（總厚度600mm），通過對填料傾斜安裝方式的反復實驗，確定當機組填料設置為15°傾斜角度時（如圖2），風的水平力可以正好克服重力的水平分力，可以避免高大填料下端因風機開啟出現(xiàn)的干斑區(qū)問題。同時，填料傾斜安裝，也能夠較好實現(xiàn)空氣中部分懸浮物會被雨區(qū)的水滴帶到水箱，隨著排污排到機組外，實現(xiàn)填料的自潔功能。

圖2 進風面設置噴淋雨區(qū)

1.2 填料凈化除塵和氣水分離研究

由于烏魯木齊屬于風沙地區(qū)，因此，經實驗比較，在機組進風前段設置靜電除塵器，較好地實現(xiàn)對粉塵空氣的凈化除塵。為確保氣水分離效果，采取把填料與氣水分離器合在一起的布置方式，同時，將常規(guī)45°交錯角填料根據(jù)區(qū)域不同調整為15°～60°不同角度，既保證該區(qū)域填料的小阻力要求，又有效擋住空氣中的小水珠，即使形成二次汽化，也能夠有效地實現(xiàn)氣水分離。

1.3 自控運行研究

根據(jù)地鐵運行負荷的高峰期、過渡期等運行情況，自動調節(jié)機組水泵運行變頻機噴淋開啟的排數(shù)，實現(xiàn)機組出風溫度的調節(jié)。所設計的控制能夠單獨實現(xiàn)對機組內各設備及測量傳感器進行控制與監(jiān)視，包括：（1）對機組安全水位的檢測、控制；（2）對機組進風風速小于1m/s時（可根據(jù)風機設置的最低頻率確定）的檢測及水泵和風機的啟動控制；（3）每支噴淋水管壓力檢測、報警和運行監(jiān)測控制；（4）根據(jù)水質檢測情況自行分析判定循環(huán)水自動排放控制；（5）根據(jù)集水池液位檢測進行自動補水或排水控制。

2 直接蒸發(fā)制冷機組試制及指標測算

2.1 樣機簡介

參照實驗臺模擬結果，選擇植物園站制作與建筑結構相匹配的直接蒸發(fā)制冷樣機系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括粗效過濾器、電子凈化除塵裝置、消音器、直接蒸發(fā)制冷機組、控制部分、水凈化處理設備、送風機等。機組系統(tǒng)結構如圖3。樣機設計風量110000m3/h，外觀尺寸3800mm×4000mm×48。

圖3 機組系統(tǒng)結構圖

2.2 性能指標要求

根據(jù)《地鐵用直接蒸發(fā)制冷機組》（Q/LKH003-2020）新產品企業(yè)標準，樣機性能指標需滿足：（1）風量不小于110000m3/h，斷面風速均勻度不小于90%；（2）直接蒸發(fā)效率不小于85%；（3）機組實測耗水量不高于額定耗水量。

2.3 數(shù)據(jù)測量及計算驗證

（1）風量及斷面風速均勻度。將填料出風面均勻分成64個小截面，分別測量64個區(qū)域風速，測量數(shù)據(jù)如表1。

表1 填料出風面風速（m/s）

由L=3600·F·V（式中，F(xiàn)為風口通風面積，㎡；V為測得的風口平均風速，m/s）計算樣機各截面風量，對各截面風量累加，得到樣機風量112000m3/h。根據(jù)各截面梯度值計算斷面風速平均均勻度為96%。

（2）直接蒸發(fā)效率。在室外平均溫度為35.7℃的環(huán)境下，分別在不同時刻測量進出口空氣干球溫度、進風口空氣濕球溫度如圖4。

圖4 進出風溫度

根據(jù)ηdec=(t1-t2)/（t1-ts）（式中，ηdec為直接蒸發(fā)制冷效率；t1為為進風口空氣干球溫度，℃；t2為為出風口空氣干球溫度，℃；Ts為為進風口空氣濕球溫度，℃），計算各時刻蒸發(fā)制冷效率，加權平均效率為89%。

（3）機組消耗水量。經分析，機組耗水量由蒸發(fā)量、排污量兩部分組成，即：M=E+B（式中，M為總耗水量，E為蒸發(fā)量，B為排污量），現(xiàn)場計量機組14：00～20：00耗水量，計算機組平均耗水量為534.6L/h。

2.4 樣機試制效果

經過對上述3項指標的測算，得出植物園站機組滿足《地鐵用直接蒸發(fā)制冷機組》（Q/LKH003-2020）新產品各項企業(yè)標準要求。

3 結語

本項目是干空氣能蒸發(fā)制冷機組設備在軌道交通領域的首次利用，同時，也是干熱地區(qū)城市軌道交通站房建筑空調制冷技術的一次創(chuàng)新，機組安裝至今，經過兩個夏季的運用考核，完全滿足地鐵不同模式下通風制冷要求，因此，對于同類地區(qū)地鐵運用直接蒸發(fā)制冷技術而言，具有一定的借鑒價值。