摘要：本文对地铁站通风空调冷却水系统运行控制策略和冷却水水质处理进行分析和研究，以提高通风空调系统运行的节能性。针对地铁车站冷却水处理的现状，提出建设阶段、运营阶段的建议。针对冷却水节能控制，通过TRNSYS软件对标准地铁站空调系统进行分时段变冷却水出水温度模拟，研究分析节能控制策略。
关键词：地铁站空调；冷却水系统；节能控制；水质处理
一、地铁车站冷却水水质处理
通风空调冷却水系统是地铁站内与外部环境进行热量交换的主要载体。目前，大多数地铁车站采用开式冷却塔，冷却水运行过程中，与外部环境不断进行热湿交换，其温度较高、水质较差，易出现、结垢、管道内壁腐蚀、微生物滋生等问题［1］。冷却水水质极大地影响着冷水机组铜管换热，进而影响冷水机组换热效果。
开式冷却水处理水质必须符合有关规范对水质的要求。目前循环冷却水系统采用的主动水处理方法分为有物理法、化学法、物理化学相结合的方法，同时配合对冷水机组冷凝器定期清洗的被动处理方法。
表1 空调冷却水处理主要方法
表2 空调冷却水水质检测主要指标
1、物理法主动处理
该方法将电能溃散到水中，改变水分子或其他分子的物理结构，达到水中阳离子不聚集在器壁的目的，从而进行循环水的防污除垢。根据处理水量的不同分为旁通水处理和全程水处理。该处理方式技术成熟、效果稳定。通过排污，补充新水，实现水质控制。排污水可不经处理直接排放。主要技术有磁处理器（如永磁、电磁）、静电水处理仪（如离子棒）、电子水处理仪（如高频电磁场）、射频水处理仪（如全程处理器）。
2、化学法主动处理
通过向循环冷却水系统投加杀菌剂、缓蚀剂、阻垢剂、清洗剂、预膜剂等水质稳定剂，以达到降低菌藻滋生速度、抑制腐蚀结垢的目的。
表3 冷却水加药种类对比
目前水处理行业尚未有统一的药剂选用、配置、投放与使用标准，国内有部分地铁运营单位根据运营经验，对空调冷却水处理药剂进行优选，确定适用药剂的种类和范围[2-3]。
3、机械清洗
物理、化学处理方法有利于延缓但无法避免冷凝器铜管内壁污垢的产生。所以需要辅助定期的机械清洗。机械清洗传统做法为运营人员定期将冷凝器拆开，用刷子对铜管进行清洗。但是由于清洗过程繁琐，且清洗间隔时间通常为一季度甚至更久，所以冷凝器列管的内表面仍会附着有粘泥、水垢、锈蚀物等的混合物。目前，已有较多线路开始采用冷凝器自动在线清洗装置辅助运营清洗。该装置一个清洗循环过程如下：球发射器将胶球发送入冷凝器铜管中，胶球依靠水流速度与管壁摩擦，洗掉换热铜管内壁上已产生的污垢；冷却水出水口端，球回收器将胶球送回至球体收集器。
与运营人员每半年一次的清洗作业相比，此种方式可设置清洗时间间隔、清洗持续时间等参数，更加有便于运营维护。部分地铁线路运营后，总结出了一些使用经验；对于开式冷却水系统，冷凝器在线清洗装置具有除垢效果好、成本经济、设备损伤小等优点[6]。
4、冷却水水质处理建议
地铁空调冷却水水质处理综合了通风空调、机械设备、化学化验和节能环保等方面技术，水质对空调节能性的影响大，且往往存在一定滞后性。在新线建设中，设计方、建设方应结合运营方需求在初步设计阶段对水处理的方案进行充分论证，确定冷却水处理方案。从各地地铁运营的运营经验来看，物化结合的主动处理，配合冷凝器在线清洗能取得较好的效果。
二、冷却水控制策略
大部分地铁站空调水系统采用冷却塔风机定频运行模式。冷却水进水温度主要受室外湿球温度的影响，难以通过变流量的方式对其进行控制［7］。当冷却水进水温度降低时，冷凝温度也会随之降低，这将导致一部分节能潜力没有被挖掘。为使冷凝温度在冷却水进水温度下降时仍保持不变，可以根据冷凝温度随冷却水进水温度的变化规律，相应地提高冷却水出水温度的设定值，增大冷却水进出水温差，减小冷却水流量，从而达到更加节能的目的。
1、分时段变出水温度节能控制方法
基于变出水温度的冷却水节能控制方法是冷凝温度控制法在实现方式上的改进。分时段变出水温度节能控制方法是根据冷凝温度随冷却水进水温度的变化规律以及冷却水进水温度随时间的变化规律，分时段设定冷却水出水温度设定值的。
1、冷凝温度的计算。
由冷凝温度的机理模型可知［8-9］，影响冷凝温度的因素有冷却水进水温度、冷却水出水温度和冷却水流量。因此，可建立冷凝温度的多元线性回归方程，如式所示：
式中：Tcond为冷水机组的冷凝温度，kg /m2；Tin为冷却水进水温度，℃；Tout为冷却水出水温度，℃；Qin为冷却水流量，m3 /h。
2、基于迭代法的冷却水出水温度设定值的计算。制冷剂在冷凝时放出的热量主要由压缩机做功和冷水机组负荷两部分组成。根据式和历史运行数据记录的冷水机组的负荷和一天中各时刻的冷却水进水温度，即可确定冷却水流量与冷却水出水温度设定值的关系，并以此来进行迭代计算。迭代计算步骤如下：
① 获取当前时刻的冷却水进出水温度、流量及冷水机组负荷；
② 已知负荷及冷却水进水温度，根据式计算冷却水流量；根据计算当前时刻的冷凝温度；以6min为步长，调整冷却水出水温度设定值，若冷凝温度大于设计值，说明冷却水出水温度过高，需降低出水温度设定值，并转到② 进行迭代计算并判断，反之亦然。
3、冷却水出水温度的时段划分
为满足冷却水出水温度随进水温度的变化而做出相应的调整，分时段设定冷却水出水温度。由于冷却水进水温度由室外湿球温度所决定，而室外湿球温度变化较慢，因此以每时段的长度设为1h，分时段设定冷却水出水温度设定值。
2、冷却水节能控制仿真
1、TRNSYS 仿真软件简介。TRNSYS即瞬时系统模拟程序。该仿真软件将传热系统划分为模块进行处理，其中包括各朝向太阳辐射计算模块、气象数据处理模块、数据处理模块以及输出模块等，通过调用模块并给定输入即可实现建筑负荷及设备能耗的计算［10］。
2、冷却水节能控制仿真界面
以某标准地铁站通风空调系统为对象搭建仿真平台，以冷水机组的冷凝温度作为因变量，以冷却水进水温度、冷却水出水温度和冷却水流量作为自变量，建立多元线性回归方程，如式所示：
仿真对象为螺杆式冷水机组，其冷凝温度设计值为47 ℃。本实验对比模式下冷却水系统的运行能耗。模式一为定温差控制运行模式，即以冷却水进出水温差为设定值和反馈值，并根据两者的误差调节冷却水流量；模式二采用变冷却水出水温度节能控制方法，通过将冷却水出水温度作为设定值，进行冷却水变流量控制。
3、仿真结果及分析
选择仿真仿真步长设置为6min，设备的所有参数均按照地铁标准站制冷空调设备进行设定，其中冷却水泵额定功率为18.5kW，冷水机组额定制冷量为145 kW、额定功率为600 kW，比较运行模式下冷却水系统的能耗。通风空调系统在模式一和模式二下运行时，分别以冷却水进出水温差和冷却水出水温度作为设定值和反馈信号。冷却塔风机和冷冻水泵仍以额定流量运行，对冷却水泵进行变流量控制。在模式二运行下，冷凝温度小于设计的47 ℃，且变化幅度较小。说明冷却水变流量运行仍然能够冷水机组正常工作，验证了分时段变冷却水出水温度节能控制方法的可行性。通过模拟，得到运行模式二下冷却水出水温度的变化。由于冷却水进水温度受室外湿球温度影响较大。因此，可以通过冷却水出水温度调节冷却水流量，达到节能的目的。
三、结语
通过分析研究，地铁车站冷却水不仅要做好水质处理，还应优化控制策略。一方面，采用物化结合的主动处理，配合冷凝器在线清洗能取得较好的效果。但是应注意，药剂的选用、配置、投放与使用标准尚无相关标准，需对冷却水处理药剂进行优选，保证满足环保、节能要求。另一方面，根据通风空调水系统变流量节能的原理，采用分时段变冷却水出水温度节能控制方法。根据模拟结果可知，变冷却水出水温度能够在保证冷凝温度不高于设计温度的情况下，具有节能优势。
参考文献：
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[10］李苏泷，邹娜． 空调冷却水变流量控制方法研究［J］． 暖通空调，2015，（12）：9
论文作者:曾璟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/10
标签：冷却水论文; 温度论文; 节能论文; 冷凝器论文; 水质论文; 设定值论文; 水处理论文; 《基层建设》2018年第13期论文;