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摘要：近年来，随着城市化的快速推进，作为中国城市公共交通网络重要组成部分的城市轨道交通网络建设也在快速发展。目前我国地铁交通系统运行能耗巨大，通风空调系统的能耗已经达到了地铁交通总能耗的40％左右；地铁站空调系统只要减少耗能30％，就能减少整个地铁交通系统12％的运行成本。城市轨道交通专用蒸发式冷凝空调制冷机组能够为地铁空调提供能效更高、无需冷却水塔、系统更为紧凑、控制更方便的新型节能空调产品，节省安装占地面积，节约用水达50％以上。提高地铁空调的节能水平，对推动地铁装备产业的发展有着非常深远的意义。
关键字：城市轨道交通 蒸发冷凝
1前言：
近年来，随着城市化的快速推进，作为中国城市公共交通网络重要组成部分的城市轨道交通网络建设也在快速发展。目前中国已有北京、上海、广州、深圳等10个城市拥有已建成的轨道交通线路，全国规划建设轨道交通网络的城市则已有25个，其中地铁规划总里程已达2000公里。据初步测算，目前我国地铁交通系统运行能耗巨大，在现有的实际能耗统计中，地铁交通系统单位公里能耗约为590.6kw／km，其中通风空调系统的能耗已经达到了地铁交通总能耗的40％左右；地铁站空调系统只要减少耗能30％，就能减少整个地铁交通系统12％的运行成本。
2蒸发式冷凝技术介绍
蒸发式冷凝是效率最高的冷凝方式
——美国ASHRAE系统与设备手册，第35章。
Lower Energy consumption than Cooling Tower（较冷却塔更低的能耗）
evaporative condenser typically provide lower condensing temperatures than the cooling tower…（蒸发式冷凝器能提供较冷却塔更低的冷凝温度…）
Small footprint（更小的设备体积）
evaporative condenser are more efficiently combined in a single piece of equipment,….therefore it is the most compact for a given capacity.（蒸发式冷凝器可以集成在设备中，并且具有更高的效率，因此更为紧凑）
Reduce water pumping energy & water usage（降低水泵能耗和水量消耗）
Evaporative condensers reduce the water pumping and chemical treatment requirements associated with cooling tower/ refrigerant condenser system（較之冷却塔，蒸发式冷凝器减少了化学清洗要求）ASHRAE Handbook System & Equipment, Chapter 35（ASHRAE系统与设备手册，第35章）
蒸发式冷凝工作原理:
如图1所示，蒸发式冷凝器是以水和空气作冷却介质，利用水的蒸发带走汽态制冷剂的冷凝热。
工作时冷却水由水泵送至冷凝管组上部喷嘴，均匀地喷淋在冷凝排管外表面，形成一层很薄的水膜，高温汽态制冷剂由冷凝排管组上部进入，被管外的冷却水吸收热量冷凝成液体从下部流出，吸收热量的水一部分蒸发为水蒸汽，其余落在下部集水盘内，供水泵循环使用，风机强迫空气以3-5m/s的速度掠过冷凝排管促使水膜蒸发，强化冷凝管外放热，并使吸热后的水滴在下落的进程中被空气冷却，蒸发的水蒸汽随从空气被风机排出，未被蒸发的水滴被脱水器阻挡住落回水盘。水盘中设浮球阀，自动补充冷却水量。
结构上将冷凝器和冷却塔合二为一，省略冷却水从冷凝器到冷却塔的传递阶段；充分利用水的蒸发潜热冷却工艺流体，用水量为水冷式冷凝器的45～50%。
3蒸发式冷凝与水冷、风冷的比较
风冷式冷凝：
如图2所示，风冷式冷凝的工作原理是使空气通过风冷冷凝器利用显热交换带走冷凝热，携带有冷凝热的空气温度升高，然后再通过大风量的轴流风机将热量释放到大气中。风冷式冷凝方式的单位KW冷量风机风量为420~500m3/h，风冷式冷凝的冷凝温度大约在45oC以上，单位KW冷量风机耗能约为0.026KW。
水冷式冷凝：
如图3所示，水冷式冷凝的工作原理是使冷却水通过水冷冷凝器利用显热交换带走冷凝热，同时携带有冷凝热的冷却水温度升高，然后再通过大功率的冷却水泵将冷却水输送到冷却塔，然后通过潜热交换将热量传递给空气，最后利用风机将热量释放到大气中。水冷式冷凝方式的单位KW冷量循环水量为22m3/h，水冷式冷凝的冷凝温度大约在40oC左右，单位KW冷量风机耗能约为0.038KW
蒸发式冷凝：
水冷式冷凝的工作原理是使冷凝热通过蒸发式冷凝器利用显热交换传递给水膜然后通过水膜蒸发利用潜热交换将热量传递给冷却空气，然后通过小风量轴流风机将热量带到大气中。蒸发式冷凝方式的单位KW冷量风量为110~125 m3/h，相当于风冷冷凝所需风量的1/4；单位KW冷量循环水量为10~12m3/h，相当于水冷冷凝所需循环水量的1/2；冷却水泵扬程为5m相当于水冷冷凝水泵扬程的1/4；蒸发式冷凝的冷凝温度在38oC以下，单位KW冷量风机耗能约为0.014KW。
通过表1进行汇总比较可知蒸发冷凝相对于风冷式冷凝及水冷式冷凝效率高且节能。
4传统中央空调在地铁应用中存在的问题
1、冷却塔的放置存在的问题：
(1)由于冷却塔需安装在地铁沿线室外地面，在城市入口密集区域，有时冷却塔无法安放；由此，部分地铁线路采用集中供冷方式，相应会增加空调系统冷源的冷损失，增加能耗；同时会增加空调系统整体造价，增加空调系统的维护成本。
(2)冷却塔需安装在地铁沿线室外地面，妨碍城市景观。
(3)冷却塔需安装在地铁沿线室外地面，噪音、 “飞水”，影响周边居民，污染环境。
2、空调机房面积大，造价高的问题。
3、节能问题。地铁运行每天有两个高峰期，其余时间是低负荷运行，空调系统必须具有灵活的负荷调节性能，降低地铁空调运行能耗。
五、蒸发式冷凝空调制冷机组的优势
1、节地
采用蒸发式冷凝技术，不需要配置冷却水塔、冷却水泵以及冷却水管网系统，解决了长期来冷却塔安装位置困难的问题；本产品适应灵活的安装位置，减少或不需设立冷冻机房的特点，节省地铁车站占地面积约100～100m2。
2、美观
采用蒸发式冷凝技术，不需要配置冷却水塔，在城市景观上，解决长期以来冷却水塔室外安装影响市容及噪音以及“飞水“ 对周边居民的影响。
3、节能
采用蒸发式冷凝技术，标准工况下整机能效比高，明显优于冷水机组能源效率国家最新等级指标 I 级水平。比水冷机组节能35％以上。
4、能量调节方式灵活：
(1)、机组组合调节：针对不同空调系统，采用不同机组组合调节(如螺杆机与模块机组合使用)；
(2)、机组卸载调节：机组本身的部分负荷调节，包括0~50~75~100％或无级调节；
(3)、机组变频调节：在不同空调系统中，采用变频机组，满足部分负荷调节要求。
综上所述，城市轨道交通蒸发式冷凝空调制冷机组能够为地铁空调提供能效更高、无需冷却水塔节水在50％以上。提高地铁空调的节能水平，对推动地铁装备产业的发展有着非常深远的意义。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键字：城市轨道交通 蒸发冷凝
1前言：
近年来，随着城市化的快速推进，作为中国城市公共交通网络重要组成部分的城市轨道交通网络建设也在快速发展。目前中国已有北京、上海、广州、深圳等10个城市拥有已建成的轨道交通线路，全国规划建设轨道交通网络的城市则已有25个，其中地铁规划总里程已达2000公里。据初步测算，目前我国地铁交通系统运行能耗巨大，在现有的实际能耗统计中，地铁交通系统单位公里能耗约为590.6kw／km，其中通风空调系统的能耗已经达到了地铁交通总能耗的40％左右；地铁站空调系统只要减少耗能30％，就能减少整个地铁交通系统12％的运行成本。
2蒸发式冷凝技术介绍
蒸发式冷凝是效率最高的冷凝方式
——美国ASHRAE系统与设备手册，第35章。
Lower Energy consumption than Cooling Tower（较冷却塔更低的能耗）
evaporative condenser typically provide lower condensing temperatures than the cooling tower…（蒸发式冷凝器能提供较冷却塔更低的冷凝温度…）
Small footprint（更小的设备体积）
evaporative condenser are more efficiently combined in a single piece of equipment,….therefore it is the most compact for a given capacity.（蒸发式冷凝器可以集成在设备中，并且具有更高的效率，因此更为紧凑）
Reduce water pumping energy & water usage（降低水泵能耗和水量消耗）
Evaporative condensers reduce the water pumping and chemical treatment requirements associated with cooling tower/ refrigerant condenser system（較之冷却塔，蒸发式冷凝器减少了化学清洗要求）ASHRAE Handbook System & Equipment, Chapter 35（ASHRAE系统与设备手册，第35章）
蒸发式冷凝工作原理:
如图1所示，蒸发式冷凝器是以水和空气作冷却介质，利用水的蒸发带走汽态制冷剂的冷凝热。
工作时冷却水由水泵送至冷凝管组上部喷嘴，均匀地喷淋在冷凝排管外表面，形成一层很薄的水膜，高温汽态制冷剂由冷凝排管组上部进入，被管外的冷却水吸收热量冷凝成液体从下部流出，吸收热量的水一部分蒸发为水蒸汽，其余落在下部集水盘内，供水泵循环使用，风机强迫空气以3-5m/s的速度掠过冷凝排管促使水膜蒸发，强化冷凝管外放热，并使吸热后的水滴在下落的进程中被空气冷却，蒸发的水蒸汽随从空气被风机排出，未被蒸发的水滴被脱水器阻挡住落回水盘。水盘中设浮球阀，自动补充冷却水量。
结构上将冷凝器和冷却塔合二为一，省略冷却水从冷凝器到冷却塔的传递阶段；充分利用水的蒸发潜热冷却工艺流体，用水量为水冷式冷凝器的45～50%。
3蒸发式冷凝与水冷、风冷的比较
风冷式冷凝：
如图2所示，风冷式冷凝的工作原理是使空气通过风冷冷凝器利用显热交换带走冷凝热，携带有冷凝热的空气温度升高，然后再通过大风量的轴流风机将热量释放到大气中。风冷式冷凝方式的单位KW冷量风机风量为420~500m3/h，风冷式冷凝的冷凝温度大约在45oC以上，单位KW冷量风机耗能约为0.026KW。
水冷式冷凝：
如图3所示，水冷式冷凝的工作原理是使冷却水通过水冷冷凝器利用显热交换带走冷凝热，同时携带有冷凝热的冷却水温度升高，然后再通过大功率的冷却水泵将冷却水输送到冷却塔，然后通过潜热交换将热量传递给空气，最后利用风机将热量释放到大气中。水冷式冷凝方式的单位KW冷量循环水量为22m3/h，水冷式冷凝的冷凝温度大约在40oC左右，单位KW冷量风机耗能约为0.038KW
蒸发式冷凝：
水冷式冷凝的工作原理是使冷凝热通过蒸发式冷凝器利用显热交换传递给水膜然后通过水膜蒸发利用潜热交换将热量传递给冷却空气，然后通过小风量轴流风机将热量带到大气中。蒸发式冷凝方式的单位KW冷量风量为110~125 m3/h，相当于风冷冷凝所需风量的1/4；单位KW冷量循环水量为10~12m3/h，相当于水冷冷凝所需循环水量的1/2；冷却水泵扬程为5m相当于水冷冷凝水泵扬程的1/4；蒸发式冷凝的冷凝温度在38oC以下，单位KW冷量风机耗能约为0.014KW。
通过表1进行汇总比较可知蒸发冷凝相对于风冷式冷凝及水冷式冷凝效率高且节能。
4传统中央空调在地铁应用中存在的问题
1、冷却塔的放置存在的问题：
(1)由于冷却塔需安装在地铁沿线室外地面，在城市入口密集区域，有时冷却塔无法安放；由此，部分地铁线路采用集中供冷方式，相应会增加空调系统冷源的冷损失，增加能耗；同时会增加空调系统整体造价，增加空调系统的维护成本。
(2)冷却塔需安装在地铁沿线室外地面，妨碍城市景观。
(3)冷却塔需安装在地铁沿线室外地面，噪音、 “飞水”，影响周边居民，污染环境。
2、空调机房面积大，造价高的问题。
3、节能问题。地铁运行每天有两个高峰期，其余时间是低负荷运行，空调系统必须具有灵活的负荷调节性能，降低地铁空调运行能耗。
五、蒸发式冷凝空调制冷机组的优势
1、节地
采用蒸发式冷凝技术，不需要配置冷却水塔、冷却水泵以及冷却水管网系统，解决了长期来冷却塔安装位置困难的问题；本产品适应灵活的安装位置，减少或不需设立冷冻机房的特点，节省地铁车站占地面积约100～100m2。
2、美观
采用蒸发式冷凝技术，不需要配置冷却水塔，在城市景观上，解决长期以来冷却水塔室外安装影响市容及噪音以及“飞水“ 对周边居民的影响。
3、节能
采用蒸发式冷凝技术，标准工况下整机能效比高，明显优于冷水机组能源效率国家最新等级指标 I 级水平。比水冷机组节能35％以上。
4、能量调节方式灵活：
(1)、机组组合调节：针对不同空调系统，采用不同机组组合调节(如螺杆机与模块机组合使用)；
(2)、机组卸载调节：机组本身的部分负荷调节，包括0~50~75~100％或无级调节；
(3)、机组变频调节：在不同空调系统中，采用变频机组，满足部分负荷调节要求。
综上所述，城市轨道交通蒸发式冷凝空调制冷机组能够为地铁空调提供能效更高、无需冷却水塔节水在50％以上。提高地铁空调的节能水平，对推动地铁装备产业的发展有着非常深远的意义。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看