长沙市轨道交通2号线一期工程集中供冷系统-空调工程-筑龙暖通空调论坛
筑龙首页

[分享]长沙市轨道交通2号线一期工程集中供冷系统

发表于2018-03-13    470人浏览    1人跟帖    筑龙币+50  复制链接  只看楼主

筑龙币+50

冰布卡

长沙市轨道交通2号线一期工程集中供冷系统_1

一、工程概况


长沙轨道交通2号线一期工程为长沙市第一条开通建成的地铁线路。线路自望城坡站至光达站,正线全长22.26km,19座车站,全部为地下线和地下车站。设黄兴车辆基地一座,控制中心一座(与2、3、4、5号线共用),主变电站两座。车辆采用B型车,四动二拖,6辆编组,初期配属车数为16列/96辆。牵引供电采用DC1500V架空接触网供电。线路走向示意图详见下图。


长沙市轨道交通2号线一期工程集中供冷系统_2

图1  长沙市轨道交通2号线一期工程线路走向示意图



二、工程设计特点


根据2号线一期工程线路的走向,线路经过五一大道的湘江中路站至长沙火车站区段有以下特点,属于主城区最繁华的地段,车站的站间距较小,沿线周围建筑布局紧凑,道路两边可供设置冷却塔及风亭绿化带或可征用地面积较少,该路段各车站采用分散供冷方案,分站设置冷却塔较为困难。同时,五一大道上的五一广场站和长沙火车站分别与1号线、3号线换乘,客流量较大,负荷也比较集中,经比选和论证,本工程五一广场至锦泰广场段车站空调采用集中供冷方案,即在五一大道某个合适的区域,设置集中冷站,通过集中冷站向该区域内多个地铁车站空调系统提供低温冷冻水。

最后工程实施情况为:五一大道沿线设置两座集中冷站,分别为芙蓉广场集中冷站、锦泰广场集中冷站。芙蓉广场集中冷站为袁家岭站、迎宾路口站、芙蓉广场站、五一广场站(1号线与2号线换乘)共5个车站提供空调冷冻水,锦泰广场集中冷站主要为锦泰广场站和长沙火车站(2号线与3号线换乘)共3个车站提供空调冷冻水,两个集中冷站供冷范围如下图所示。 

长沙市轨道交通2号线一期工程集中供冷系统_3

图2  集中冷站供冷范围示意图

本工程两座集中冷站的主要设计具有以下特点:

1)集中供冷是轨道交通领域一种新的供冷方式,通过集中冷站的设置,使空调系统对周围城市环境的影响减小。

2)由于部分车站不再单独设置冷却塔,减小了地铁建设与环保、规划的协调工作量,减小了市民投诉的几率。

3)地铁线路的车站成线性布置,集中冷站供冷需通过区间隧道长距离输送冷冻水,输送能耗占总能耗的比率较高。冷冻水管沿区间隧道敷设至各用冷车站,靠行车右侧布置以避免超限界。

4)采用了冷冻水大温差、水系统变频调节等节能工艺,确保供冷系统的总体技术经济性能最优。

5)集中冷站设置大型离心或螺杆式水冷冷水机组,设备能效较高,同时可提高非高峰负荷时段制冷机负荷率。

6)为减少输送冷损失,并确保运营安全,区间隧道内冷冷冻水管对保温材料、保温工艺及管道施工工艺的要求较高。

7)为减少长距离输送反应的滞后性,集中供冷系统应进行集中自动控制。

本工程具有以下主要创新点:

1)冷冻水输送采用8℃大温差,冷水机组、空调末端选型设计特殊。

2)设备选型综合考虑末端车站负荷、系统冷损失以及既往工程实施经验等情况。

3)采用二次泵系统进行冷冻水长距离输送。

4)区间冷冻水管保温采用泡沫玻璃。

5)区间冷冻水管敷设采用了化学锚栓固定,水管连接选用了挠性卡箍接头,很好地解决了区间水管的稳固性及热补偿的问题。

6)采用了基于负荷预测和模糊控制为基础的空调水系统节能控制系统,大大降低了空调系统能耗。系统综合节能率达到28%以上。



三、集中冷站工艺设计


下面主要介绍一下2号线一期工程2个集中冷站中规模较大的一个冷站(芙蓉广场集中冷站)的工艺设计情况。

1)负荷设计情况

冷站所辖车站负荷情况如下表所示。

表1 车站冷负荷计算情况

长沙市轨道交通2号线一期工程集中供冷系统_4
 

2)冷源选择

芙蓉广场集中冷站所辖各车站远期冷负荷为5880kw,冷损失为385kW(白天),冷站设备选型总冷量为6892kW(考虑设备选型系数1.1),选用3台2314kW制冷量的水冷离心式冷水机组,冷冻水量为248.8m3//h,冷却水量为463.7m3//h,输入功率398.8kW。蒸发器进出水温15℃/7℃,冷凝器进出水水温度32℃/37℃,冷媒为R134a环保冷媒。远期高峰负荷时段,冷站所有机组同时开启为车站供冷;近期、夜间以及过渡季节,水系统节能控制系统根据负荷情况,合理选择开启冷机的台数,保证水系统设备综合能耗最低。五一广场站一号线部分投入运营之前,夜间小系统冷负荷(包括区间冷冻水输送冷损失)为1758kW,夜间开启一台冷水机组,负荷率约76%;一号线投入运营以后,夜间小系统冷负荷总计1987kW(包括区间冷冻水输送冷损失),夜间开启的单台冷水机组负荷率约86%。

3)冷却水系统

冷却水系统主要由冷却塔、冷却水泵、水系统节能控制柜、阀门及管道组成。冷却塔选用3台700水吨的方型超低噪声横流冷却塔。冷却塔设置于室外风亭附近地面,冷却塔风机配置双速电机,夜间低速运行。冷却塔水盘之间设置平衡管,进出水管设置电动蝶阀。冷却水系统共设置4台冷却水泵(3用1备),冷却水泵设置变频器,冷却塔风机夜间能实现低速运转。冷却塔风机、冷却水泵和冷水机组之间的联动控制将由水系统节能控制系统实现。

4)冷冻水一次环路

主要由冷冻水一次泵、冷水机组、水系统节能控制柜、冷冻水全自动定压排气补水装置、水处理设备及附件构成。冷冻一次泵设置变频器。

主要功能为:水系统节能控制系统根据负荷预测结果来决定一次泵投运的台数和运行频率,并保证冷冻水一次环路的水量和二次环路所需水量基本一致。运营前进行系统预冷(结合小系统的运行实际情况,经运营验证后确定具体的预冷开机时间);晚间结束运营前,提前关闭部分主机(保证小系统的供冷),充分利用余冷供冷。冷冻水一次泵共4台(3用1备),选型额定流量为295m3//h,扬程为17米水柱。冷冻水一次环路的分集水器之间设置连通管。

5)冷冻水二次环路

二次环路由二次泵、水系统节能控制柜、管网及管道附件组成。水系统节能控制系统主要通过基于负荷预测的模糊控制原理,对系统特性及循环周期等进行测算,并通过统计的方法动态计算出空调主机的输出负荷及其变化趋势,推理预测未来时刻系统的运行参数,达到冷冻水回水温度的精确控制,在保证服务质量的前提下,最大限度的利用温差空间,降低水泵能耗。系统通过采集主机冷冻水供回水温度、冷冻水流量、各支路冷冻水供回水压力、压差、温度以及室外环境温度等值,计算各支路的空调负荷,与通过负荷预测所得出的各支路空调负荷进行比较,调整二次泵的运行工况,满足各支路的实际空调负荷需要。

二次泵共分3组,一组供芙蓉广场车站,设置2台变频泵(1用1备)和1台定速泵(夜间供小系统用);一组供五一广场站(1、2号线),设置3台变频泵(2用1备)和1台定速泵(夜间供小系统用);一组供迎宾路和袁家岭站,设置3台变频泵(2用1备)和1台定速泵(夜间供小系统用)。

冻水管敷设在区间隧道内,敷设的规则是:供回水干管沿区间隧道左右线敷设,水管敷设在每条隧道行车方向的右侧。区间隧道内的冷冻水管采用内外涂塑钢管,各区间长度如下:

芙蓉广场站~五一广场站(2号线)区间长度为800m, 芙蓉广场站~迎宾路站区间长度为700m,迎宾路站~袁家岭站区间长度为885m,为降低二次泵运行能耗,冷冻水供回水干管在芙蓉广场至五一广场区间各有一次变径。

6)车站末端

主要由车站大小系统的组合式空调机组、柜式风机盘管机组、风机盘管机组、流量传感器、温度传感器、压力传感器(集中供冷系统管网上设置的所有传感器都应在安装之前进行校准)及相应的电动控制阀门组成。车站均为异程式水系统。集中供冷车站的末端均采用大温差,其中五一广场站末端选型温差为7.24/14.760/C,芙蓉广场站为7/150/C,迎宾路站为7.21/14.790/C,袁家岭站为7.48/14.520/C。为降低水力平衡调试的难度,每个车站每端从集中供冷过站主干管上只接出1个支路。迎宾路车站内的空调管网可将管内空调水流速提高至2.5m/s左右。空调机组表冷器的冷冻水量将由设置在回水管上动态流量平衡电动二通调节阀控制,其控制信号由设置在空调区域、一次回风系统总回风管或空调机组送风管上的温湿度探头通过车站PLC计算以后给出。车站PLC可将过站冷冻水供回水管进出站的温度、压力以及车站两端接出的各组合式空调机组和柜式空调机组供回水管上的温度、压力数据通过综合监控网络输送给冷站控制室。

此部分内容由车站通风空调专业设计完成。

7)系统定压补水及水处理

冷水机组冷冻水循环系统为闭式系统,冷冻水管网的定压采用全自动定压排气补水装置,该装置具有以下功能:a.调节系统水体由于温度波动而引起的膨胀及收缩;b.使空调水系统压力设定点的压力恒定,精确地控制系统压力;c.由于排气损失或当系统发生泄漏时向系统自动补水;d.能够连续或周期性的排析溶解于水中的气体,彻底排除循环系统水中融解的气体;e.该装置控制系统配有微电脑处理机、控制柜,具有自动实现精确稳定系统压力,高效排除水中气体,自动补充系统水量等功能;该定压装置设在冷站机房内,系统定压点选在制冷机房的集水器上,定压15mH2O。本工程冷冻水和冷却水均设置水处理装置,该设备集物理、化学、电子、机械于一体,主要由旁流在线水处理装置、自动加药装置、机械过滤装置、压差控制反冲排污系统及控制系统组成,具有降低浊度、控制浓缩倍数,阻垢除垢、杀菌灭藻的功能,且能实现无人值守在线全自动运行功能,该装置旁流处理水量为系统流量3~5%,且具备旁流流量实时显示功能。

8)系统水力平衡措施

由于管网长度较长,水力稳定性差,且集中冷车站与车站之间的末端为异程式接管,为保证最远端车站的资用压头,不可避免的造成了冷站与近端车站之间的资用压头超标,为降低系统水力平衡的难度,各车站每端仅从集中供冷主干管接驳一个支路供该端车站的大小系统末端;另车站内各组合式空调机组和柜式风机盘管机组回水管上均设置DPF阀(出入口通道的风机盘管的总回水管上亦设置DPF,该阀门是电动调节与动态平衡同步执行的两通调节装置,水力平衡和水量调节功能合二为一,不受系统压力波动的影响,能准确调节及平衡流量)来进行水利平衡和减压。当空调机组停止运行时,此阀门可按模式要求处于关闭状态。

9)集中冷站机房情况

集中冷站制冷机房建筑面积374m2,靠近制冷机房,为水系统节能控制系统的配电控制柜设有专门的机房。制冷机房内主要放置冷冻一次、二次泵,冷却水泵、定压排气补水装置、水处理设备和冷水机组等设备,设备的平面布置满足检修维护的要求,合理利用机房层高进行管线布置。

10)水系统运行模式

车站正常运行时,集中冷站水系统根据水系统节能控制系统的冷冻水模糊预测控制子系统和冷却水优化控制子系统自动调节运行,在保证系统输出冷量与末端实际需求相匹配,保证末端空调使用效果的前提下,实现水系统不同工况下设备运行组合最优。

集中冷站、冷站所在车站、冷站所辖车站发生火灾以及区间爆管时,水系统停运。



四、心得与体会


1、采用冷冻水大温差设计和水系统节能控制,使供冷系统总体技术经济性能最优。

全年主机降低能耗10%~30%,风系统降低能耗35%,冷冻水系统降低能耗31%,冷却水系统降低能耗28%,空调系统总节能率高达28%。大温差空调水设计控制了冷冻水管管径并节约了运行费用,可获得明显的经济效益。

2、减少室内外占地面积,降低建设成本。

与分站供冷每个车站均需设置冷水机房和冷却塔相比,集中供冷大大减少了室内土建投资和室外占地面积,解决了繁华城区地铁车站设置冷却塔困难的问题。

3、减少了地铁对周围环境的影响。

集中供冷避免了在繁华闹市区设置体形庞大的车站空调冷却塔,减小了地铁建设与环保、规划的协调工作量,减小了市民投诉几率。空调水系统节能控制系统的应用降低了中央空调系统能耗,为社会节约燃煤消耗和减少SO2、CO2、粉尘排放,符合国家节能环保和可持续发展战略。

4、减少运营维护成本。

集中供冷方案将多个车站的制冷设备集中在一起,可实现统一集中管理,减少运营期间人力成本。

5、为长沙地铁后续线路和其它城市地铁建设提供技术参考。

集中供冷方案应用于地铁领域还不多,本项目的成功应用将使集中供冷技术更加成熟完善,为其它地铁供冷设计提供宝贵的经验。


分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

 当前离线   发表于2018-03-13  | 只看该作者      

2

很好的案例

登录后才能评论,评论超过10个字,有机会获得筑龙币奖励!

猜你爱看

筑龙学社APP扫码

立即免费下载资料