广州地铁机房用空调系统设计与分析
地铁作为一个城市的标志性公共基础设施，人员活动密集，今后的二三十年是我国城市地铁交通发展的高峰期。目前各城市建成的地铁工程，其能耗都相当惊人，其中地铁空调通风系统能耗占了相当大的比例，随着地铁交通建筑空间发展和节能减排政策不断深入，给暖通空调专业带来了前所未有的机遇和挑战。
1 项目概况根据《广州市轨道交通线网规划》要求，广州市轨道交通二/八号线延长线工程是在现有二号线首期工程基础上进行分拆并分别向南、向北延伸完成线网规划的二号线、向西延伸完成线网规划的八号线部分。二号线从新客站至嘉禾线路全长约32.764km，共设24 座车站(有8 座车站分别与其它轨道交通线换乘)，其中从江南西至三元里已建成运营线路8.10km，8 座车站。二号线南延线工程从跃进村至广州新客站线路长15.285km，新建9 座车站，1 处停车场，计划于2005 年6 月动工，2009 年底建成开通。二号线北延线工程从三元里至嘉禾线路长9.379km，新建7 座车站，1 处车辆段，计划于2006 年6 月动工，2009年底建成开通。八号线新洲～黄金围段规划线路全长35.47km，设28 座车站，其中已建成8 座。本次计划在2009 年前实施从晓港站向西延伸至凤凰新村，线路长3.46km，新建车站4 座，均为地下站，计划于2005 年6 月动工，2009 年底建成开通；凤凰新村至文化公园段包括2 站两区间(其中，文化公园站由六号线实施)，线路长1.775，计划于2007 年动工，2010 年亚运会前与六号线同步建成开通。
广州市轨道交通三号线北延段全长30.7km，共设11个车站，平均站间距为2.6km，最大站间距为6.29km，最小站间距为0.95km。3 座车站(燕塘、嘉禾、高增)与其它轨道交通线有换乘关系，机场线试验段1.7 公里(含新机场南站)土建工程已与机场航站楼同步建成。北延段设车辆段1 座，与二号线嘉禾车辆段合建，设主变电站2 座，分别位于高增站和燕塘站附近。全线计划于2010 年9 月建成通车。
广州市轨道交通四号线(除大学城专线段)工程：四号线呈南北走向，从奥林匹克中心到冲尾线路全长约46.53km，其中大学城专线段(不在此次招标范围)从万胜围至新造约14.11km线路，共5座车站、1座车辆段、1座主变电站，此次招标范围为大学城专线段的北延段两个地下站黄村和车陂站。
广州市珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统(以下简称“旅客自动输送系统”“APM”)线路总长约3.94km，全部采用地下线路，共设9座车站，1座车场，1座控制中心(与赤岗塔站合建)。赤岗塔站、林和西站与广州地铁三号线有通道换乘关系。珠江新城旅客自动输送系统计划于2011年2月底全线建成试运行。
珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程(以下简称“广佛线”)西起佛山市魁奇路，向北再折向东穿越禅城区，经南海区，过五丫口大桥后进入广州市境内，穿越荔湾区，止于海珠区的沥滘村。线路全长32.16km，全部为地下线路，全线共设置21座车站，其中佛山市境内线路长14.797km，设11座车站，为魁奇路～金融高新区站；广州市境内线路长17.363km，设10座车站，为龙溪～沥滘站。设置车辆段一处，位于佛山市南海区夏南村附近；设置主变电站两座，其中新建一座，位于海五路附近，与广州二、八号线合用一座，位于沙园站附近；设置沙园集中冷站一座，与二、八号线合用(纳入二、八号线招标)；在车辆段内设置控制指挥中心一座。
2 设计范围广州市轨道交通二/八号线延长线工程、三号线北延段工程、四号线北延段工程、珠江新城核心区市政交通项目旅客自动输送系统、珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段工程站台机房三星数码涡旋空调系统设计。共59个地铁站的机房用空调。设计总匹数为1015匹。
3 方案设计依据GB50157-2003 [地铁设计规范]
GB50019-2003 [采暖通风与空气调节设计规范](2004 年4 月1 日起实施)
GB 50243-2002 [通风与空调工程施工质量验收规范]
GB3096-93 [城市区域环境噪声标准]
GB5701-85 [室内空调舒适温度]
GB50174-93 [电子计算机房设计规范]
TJ36-79 [工业企业设计卫生标准]
GB50264-97 [工业设备及管道绝热工程设计规范]
GB/T 18837-2002 [多联式空调(热泵)机组]
JB/T6411‐92 [暖通、空调用轴流通风机]
4 空调设计标准
5 空调设计空调设计内容根据近年广州市轨道交通各线的运营情况，通信、信号及综合监控设备用房需24小时运行空调设备，为保证这些房间在非空调季节以及过渡季节或者在设备时能实现连续供冷，设置变制冷剂流量多联空调系统。
设计说明和原则①、大楼空调设备是根据甲方提出原则配置为三星DVM PLUSIII 数码涡旋多联机中央空调系统。
②、保证室内外机组衰减后配置率不超过100%。
③、室内机、室外机的设计：室内机组和冷凝水管布置合理并结合室内装修，室内外机能结合工程实际情况布置，室外机于排风道内布置时应尽量避开风道拐角等气流不稳定的地方。
④、系统配置以及气流组织合理性：设计方案中系统配置要符合功能使用的要求。能充分考虑各房间的功能特点，合理的布置室内机，风口尽量不能布置在各种设备上空为基础。室内机的选型尽量采用壁挂机进行选型，避免可能产生的冷凝水滴水，影响设备正常工作。
⑤、对通信、信号、消防设备用房为一级负荷的尽量分开，采用独立空调系统。空调站点设计为一至二个独立系统。
⑥、机房内为全天运行的房间尽量集中，采用独立空调系统。
⑦、大部分房间还须考虑设备发热量，选型时须加上设备发热量作为冷负荷指标。
⑧、冷媒管路布置满足建筑结构的实际情况。
6 设备选型说明经计算本工程总冷负荷约2937.8KW，用电量约662.485KW(额定总功率)，其中各站段情况如下：
具体房间冷负荷设计选型标准详见设计图纸
7 机组室外机背压500Pa下的运行状况和解决方案由于机组室外机布置于车站地面风亭或排风道内，室外机处于风机的排风道内压力场，最不利条件时排风道内最大背压500Pa。为了保证室外机长期放置以后仍能正常启动和运行，通过结合车站排风道的设置并根据自身产品的特性，给出保证室外机正常安全工作的可行方案。
① 排风道压力分析：由于车站通风空调系统在空调季节(4～11左右)的排风量基本稳定，非空调季节空调系统的排风量也是稳定的，但排风量值跟空调季节在差异，因此排风道的压力场在一段时期内也是基本稳定的，所以不考虑排风道内的压力变化，除特殊情况(车站火灾、设备故障检修等情况)以外。
② 解决方案和建议：
将室外机安装远 离排风道的风口位置(风口位置压力集中)，尽量靠近墙体，避免风机在开启和关机时的压力变化对机组风机的影响，同时减少背压值，如右图的设计方案：机组离墙的过500mm，机底要求高00mm，减少进风面压力差。
由于室外机安装于风道内，机组的热气由风道中风机排出，不存在散热不良的问题，而风道内压力处于平衡状态，可以当风道区域内背压为零，为了降低对机组风机的影响，将机组的出口压力调至低档，避免更大的压力差。
另机组至于风道中，风道内的灰尘较多，长期放置时会影响机组的散热效果，建议每半年清洗一次，清洗时使用水枪进行冲洗。
8 总结目前大部分站点已进行调试阶段，经测试，在空调效果、能耗水平和运行费用、环保等方面达到了设计要求，获得了用户的一致好评。三星DVM PLUSIII数码涡旋多联式空调系统能成功使用在广州地铁机房内，其主要优势表观在以下几个方面：
1、绿色节能：对于地铁提倡的绿色地铁与绿色三星的理念不谋而合，三星数码涡旋空调综合能效指数IPLV(C)达到4.55，远远超过国家一级综合能效比3.6，三星空调采用谷轮数码涡旋压缩机，数字化无级能量调节，其输出在10%～100%之间，可提供连续的容量输出，使压缩机能更精确地控制室内温度，精确做到能量的按需分配，更节能。同时采用R410A环保冷媒，生产满足ROHS指令，更环保；
2、运行范围广：制冷室外温度：-5℃～54℃DB，制热室外温度：-20℃～21℃WB，由于室外机安装在室内，热气容易聚集，更广的运行范围更有利机组工作；
3、无电磁干扰和电源污染：三星DVM PLUS Ⅲ 运行不需要对电源频率进行改变，压缩机只是简单的负载和卸载的机械运动，不会产生干扰性电磁波造成电源污染及辐射污染而影响其他设备正常运作，这样不仅避免投资昂贵的电磁干扰消除部件(需要说明的是，目前国内的变频空调厂家都不提供这些必要的部件)，还使系统更加简捷可靠；
4、超长配管：地铁站点的建筑特征是长而窄的，部分站点设计单管长超过150米，而且管长的衰减率要求在80%以上，三星DVM PLUS Ⅲ最大单管长可达200米，150米时的衰减率只有89%，完全满足了地铁设计要求；
5、后备运转：地铁机房空调要求为24小时不间断工作，而三星单模块机型中，任意的一个压缩机出现故障，其余的压缩机仍然可以继续运转，保证部分空调的使用，为维护维修提供便利。当室外机是由多台室外单元模块组合时，如果是部分压缩机出现故障，三星室外机模块之间同样可以实现应急后备运转，可以做到不停机维修模块，大大提高了用户的安全使用保障性能。
6、楼宇自控系统和家庭网络系统的接入：地铁机房系统采用楼宇接入系统，三星DVM PLUS III数码中央空调可通过RS485、Lonworks、BACnet等协议与楼宇自控系统(BMS)网络系统连接，从而实现楼宇的智能化集中控制管理。
来源：广州地下铁道设计研究院 吴传仁
