北京城建設計發展集團股份有限公司 鄒亞平 郭溫芳 王朝福
一、工程概況
深圳北站位於深圳市龍華新區西南部，是深圳市最重要的陸上交通門戶。深圳北站交通樞紐除了鐵路車站之外還引入了城市軌道交通（軌道交通 4、5、 6 號線）、常規公交、長途汽車、出租車以及社會車輛等多種交通方式，配以合理的物業開發建築，深圳北站是一個大型的綜合客運交通樞紐。
樞紐包含建築、市政、軌道交通的“一體化、綜合性”設計；包含東、西兩個配套廣場（含交通設施及上蓋建築）；市政配套工程（ 5 條道路，含路、橋、隧）；軌道交通工程（ 3 條線）。總用地面積約 68 公頃，總建築面積約 48 萬平方米，總投資約43.4 億元。
通風空調專業根據樞紐功能形式及分佈採用了不用形式的冷源方案，其中樞紐西廣場根據投資及運營維護管理主體不同分別選用了常規冷水機組，風冷模塊，變頻多聯機系統等。樞紐東廣場及其配套的商業、上蓋開發採用了冰蓄冷集中冷站的冷源方式。
樞紐通風空調系統總投資 1.67 億元，樞紐東廣場採用了冰蓄冷集中冷站作為冷源的空調系統，投資 1.17 億元。
二、工程設計特點
深圳北站綜合交通樞紐通風空調主要設計特點：
（1）根據樞紐不同功能建築單體及運營管理主體形式選用不同的冷源方式，滿足樞紐投入使用後不用運營管理部門的要求，實現各有關部門的獨立使用要求：
（2）東廣場冰蓄冷集中冷站，採用部分負荷蓄冰系統，製冷主機和蓄冰設備為串聯方式，主機位於蓄冰設備上游，設計工況的供冷運行方式為主機優先模式，部分負荷時按融冰優先模式運行。
（3）末端設備採用大溫差供水，利用雙工況機組夜間製冰，末端系統採用 5~13℃ 供回水方式，相比較常規 7~12℃ 的供回水形式能有效降低輸送能耗，減小輸送水管管徑，同時末端風櫃送風溫差加大，減少空調末端及風管尺寸，降低樞紐土建造價。
（4）東廣場冰蓄冷空調系統冷凍水採用一次泵變頻系統，由於東廣場末端功能區主要有軌道交通換乘廳、公交站場候車廳、出租車候車廳、樞紐配套商業及酒店等，因此冷凍水根據功能及佈局採用分區供水，在保證系統水力平衡的同時也為運營維護提供便利。一次泵變頻系統有效降低水系統輸送能耗。
（5）末端公共區採用全空氣一次迴風變頻系統，根據末端負荷變化情況調整組合式空調機組的頻率，對應交通樞紐人員負荷變化較快的特點，為避免設備頻繁調整，控制系統每半小時檢查一次，實現節能與設備使用壽命的兼顧。
（6）冷卻塔設置於軌道交通 4、6 號線高架橋下方，充分利用空間，提高土地利用率。樹上鳥教育暖通設計在線教學杜老師。
（7）根據樞紐建築佈局，在結合整體分區合理的基礎上採用動態平衡電動調節閥等措施，將平衡閥與調節閥功能合併設置，減少運營維護成本。
（8）冰蓄冷系統採用模糊控制理論，運營初期根據設定的蓄冷放冷策略進行，並同時記錄外部負荷變化情況，一個完整供冷季為一週期。下一個供冷季的蓄冷放冷策略即採用上一供冷季的負荷作為運行策略輸入進行修正，循環往復，使運行策略達到最佳。
（9）冰蓄冷系統設置專用變電所，降低變壓器裝機容量，在過渡季節可以停止運行以降低運營費
用並利用該段時間進行維護以延長設備使用壽命。
三、設計參數及空調冷負荷
（1）室外設計參數
夏季大氣壓：1005.60kPa；
夏季空調室外計算乾球溫度：33℃；
夏季空調日平均：30.00℃；
夏季空調室外計算溼球溫度：27.9℃；
夏季通風室外計算溫度：31.00℃。
（2）室內設計標準
（3） 根據建築專業提供的設計圖紙，各用冷末端經計算彙總結果為：
1）設計日峰值冷負荷（ 14:00）：21671kW；
2）夜間峰值冷負荷：1250kW；
3）設計日總冷負荷：267511kW·h；
4）設計日總蓄冰冷負荷：70023kW·h；
5）設計日逐時冷負荷見下表。
四、空調冷源及設備選擇
深圳北站綜合交通樞紐建築體量較大，空調冷負荷裝機容量高，由於深圳地區有峰谷電價政策，結合交通樞紐負荷白天高晚上低的特性，採用冰蓄冷形式作為空調冷源，以降低裝機容量並節約運營費用。
（1）系統模式本工
程採用分量蓄冰冰蓄冷系統，製冷主機和蓄冰設備為串聯方式，主機位於蓄冰設備上游。系統可按以下五種模式運行：主機制冰、主機制冰同時供冷、製冷機供冷、融冰供冷、製冷機與融冰聯合供冷。設置了一臺基載主機。
（2）水溫設計
在設計工況下，冰蓄冷系統供冷時，進出冷水機組的乙二醇溶液溫度 12/7℃，進出蓄冰槽的乙二醇溶液溫度 7/3.5℃，進出板式換熱器的乙二醇溶液溫度 3.5/12℃，進出板式換熱器的空調冷凍水溫度為 5/13℃，用於空調末端大溫差供回水。
（3）設備設置
冷水機組與乙二醇泵、冷卻水泵一對一匹配設置，各設置一臺備用，乙二醇泵工頻運行。冷凍水採用一次泵變頻系統，根據建築的使用功能和位置通過分集水器幹管進行分區，分集水器之間安裝壓差控制器和旁通管進行調節。
（4）空調系統末端設計方案
1）風機盤管：進出水溫度為 5/13℃；末端設置動態平衡電動二通閥，根據室內溫度調整水量，
最終通過供回水壓差變頻調節冷凍水泵。
2）空調機組：進出水溫度為 5/13℃，末端設置動態平衡電動二通閥，根據室內溫度調整水量，最終通過供回水壓差變頻調節冷凍水泵。但對於新風量小於 60% 送風量的空調機組，則採用變頻調節，根據室內溫度，首先調節水量，當末端的閥門達到設定的最小值時（同時水泵通過供回水壓差變頻調節冷凍水泵水量）。再通過風機變頻控制調節風量，由於風機功率越大，風機的溫升越高，設計中空調系統合理劃分，避免系統過大。
（5）主要設備選型結果
1）基載主機：選用一臺冷水機組，製冷量 1934kW，冷凍水溫度為 5/13℃，冷凍水流量為208m3/h，冷卻水溫度為 32/37℃，流量為 396m3/h。
2）雙工況主機：選用四臺冷水機組，製冷工況製冷量 3165kW；製冰工況製冷量 2265kW；乙二醇流量為 586m3/h，冷卻水流量為 651m3/h。
3）蓄冰設備：總蓄冰冷負荷為 70023kW·h。每平米預留重量 5000kg，蓄冰設備總面積約 300m2。
4）板式換熱器：選用 4 臺換熱器，單臺換熱量 5185kW。一次側乙二醇溫度 3.5/12℃，二次側水溫度 5/13℃。4.5.5 乙二醇泵：選用 5 臺，其中一臺備用，單臺流量為 577m3/h，揚程為 40mH2O。
（6）冷凍水泵
1）冷凍水一次泵：選用 5 臺水泵，單臺流量為 598m3/h，揚程為 35mH2O，採用變頻控制。
2）基載冷凍水泵：選用 2 臺水泵，單臺流量為 229m3/h，揚程為 35mH2O，採用變頻控制。
（7）冷卻水泵
1）雙工況主機冷卻水泵：選用 5 臺水泵，單臺流量為 723m3/h，揚程為 35mH2O。
2）基載冷卻水泵：選用 2 臺水泵，一臺備用，單臺流量為 442m3/h，揚程為 30mH2O。
（8）冷卻塔
選用 4 臺超低噪音橫流式方形玻璃鋼冷卻塔，處理水量 900m3/h，功率為 7.5×4kW。
選用 1 臺超低噪音橫流式方形玻璃鋼冷卻塔，處理水量 540m3/h，功率為 11×2kW。
（9）補水定壓
1）乙二醇系統：採用隔膜式定壓罐定壓方式，乙二醇溶液儲存在開式水箱內，通過壓力傳感器設定值控制啟動乙二醇補充泵向系統及定壓罐補充乙二醇。乙二醇補充泵兩臺，一臺備用，功率 0.75kW。乙二醇定壓系統設置旁通安全閥及電動閥，在系統壓力上升過快是通過壓力傳感器設定值控制系統安全洩壓。
2）冷凍水系統：採用開式膨脹水箱定壓方式，通過浮球閥啟動補水。
五、空調系統形式
深圳北綜合交通樞紐空調系統採用全空氣和空氣 – 水系統組成，其中換乘大廳、公交候車廳、商業區採用全空氣系統，配套管理用房採用風機盤管的空氣 – 水系統。系統圖附後。
六、通風、防排煙及空調自控設計
（1）自控設計
1）自控系統構成：集中冷站機房自控採用可編程控制器（ PLC 系統），實現集中管理分散控制的目標，系統由中央控制單元和就地控制單元兩部分組成。
2）自控系統接口：集中冷站機房自控系統作為樓宇自控系統的一個子系統，為綜合監控提供接口，該接口符合 TCP/IP 通訊協議，使綜合監控系統無需附加設備就能接納本系統。冰蓄冷製冷機房自控系統為消防系統預留一路開關量輸入信號，供消防系統在發生火警時通知自控系統啟動緊急停車程序。
3）自控系統控制概述：集中冷站機房自控系統通過檢測及自動控制裝置進行各種運行工況優化控制，解決各種工況的轉換操作，蓄冷系統供冷溫度和空調供水溫度的控制以及雙工況主機和蓄冷裝置供冷負荷的合理分配。各運行模式轉換由中央控制單元程序控制，並有人工干預界面。
部分負荷蓄冰系統運行工況比較複雜，對控制系統的要求相對較高，除了保證各運行工況間的相互轉換及冷凍水、乙二醇的供回水溫度控制外，還應解決主機和蓄冰設備間的供冷負荷分配問題。
本工程採用優化控制（智能控制）系統，根據測定的氣象條件及負荷側回水溫度、流量，通過計算預測全天逐時負荷，然後制定主機和蓄冰設備的逐時負荷分配（運行控制）情況，合理制定運行工況，最大限度地發揮蓄冰設備融冰供冷量，保證整個系統經濟合理運行，以達到節約電費之目的。
集中冷站機房自控系統應能實現以下運行工況的控制：
a、主機制冰工況；
b、主機制冰同時供冷工況；
c、主機單獨供冷工況；
d、蓄冰設備單獨供冷工況；
e、主機和蓄冰設備同時供冷工況；
f、系統關閉工況。
4）自控系統主要的控制對象及參數說明
a、冷凍水系統的供水溫度由調節通過板換的乙二醇溶液流量來維持恆定；冷凍水系統的工作壓力是採用膨脹水箱的定壓及補水來維持；冷凍水系統的供回水壓差由是通過變頻調節冷凍水泵流量來保持恆定。
b、乙二醇溶液系統的供液溫度和工作壓力：供液溫度穩定在 3.5℃ 是通過融冰時，比例調節蓄冰裝置旁通調節閥；主機制冷時，主機出水溫度設定。工作壓力是採用定壓罐的定壓及補液泵補液來穩定。
c、蓄冰裝置的蓄冰量和融冰量：
利用蓄冰裝置的液位信號來檢測，並利用蓄冰裝置供回水的冷量計算來輔助檢測。
d、製冷機：
出水溫度即冷機出水溫度和冰槽進水溫度，按照運行模式的不同，程序將採用不同的設定值。聯合供冷時視主機優先或融冰優先而不同，由製冷機本身的控制器執行。
製冰時為 -5.6℃；
主機優先時按最低溫度設定為 3.5℃；
冷機卸載與臺數控制，一般發生在融冰優先方式，負荷降低時，冷機進水溫度降低，冷機自動卸載而進行臺數控制。
主機制冰時，為保證運行效率最高，一般不進行容量控制，但可以進行臺數控制。
主機制冰停機受蓄冰裝置的液位控制和冷量計算輔助控制外，還應受進出水溫度低於預定值和蓄冰時間控制。
e、水泵：冷凍水一次泵根據供回水壓差信號進行變頻調節；乙二醇泵各個工況均工頻運行。
f、製冷機房內所有設備啟停控制順序：先開啟冷凍水電動閥及冷凍水泵，再開啟冷卻水電動閥及冷卻水泵，然後開啟冷卻塔風機，最後開啟冷水機組（冬季運行最後開啟冷卻塔）。停機順序反之。
5）機房自控系統與末端控制的相互關係
a、風機盤管、新風機組
進出水溫度為 5/13℃；末端設置動態平衡電動二通閥，根據室內溫度調整水量，最終通過供回水壓差變頻調節冷凍水二次泵。
b、空調機組
採用定風量系統，末端設置動態平衡電動二通閥，根據室內溫度調整水量，最終通過供回水壓差變頻調節冷凍水泵。
（2）通風設計
高低壓配電房、控制室、開閉所、發電機房、儲油間設事故通風，換氣次數不小於每小時 12 次。需設置空調的房間設置舒適性通風空調系統。不需設空調的房間，自然通風能達到要求的採用自然通風，自然通風達不到要求時設機械通風。出租場站候車區考慮人員舒適性，採用直接向候車區送新風措施，新風換氣次數不小於 10 次 / 小時。
（3）防排煙設計
當某個防火分區發生火災時，進行緊急模式，現場手動或遠程開啟該處防火分區相應的消防設備，其他非消防設備均制停，其他相鄰防火分區消防設備待啟動，非消防設備均制停。當溫度超過 280℃ 時，排煙風機入口處防火閥聯鎖風機關閉。
七、心得與體會
如前所述，深圳北站綜合交通樞紐工程冰蓄冷空調系統設備，在滿足系統功能要求、降低系統運行能耗及設備、土建初投資、方便系統運行管理方面具有明顯的優點。
（1）根據負荷特性，結合深圳當地的階梯電價政策，採用冰蓄冷技術，最大限度發揮該系統的社會經濟效益和節約運營費用的特點。
（2）末端採用 5~13℃ 大溫差技術，減小設備選型，減少機房及管路尺寸，節約了土建造價。
（3）冷凍水一次泵變頻系統與末端風櫃採用變頻控制，根據負荷的大小，明確先風后水的自動控制策略，節約運行能耗。
（4）夜間小負荷採用螺桿式基載主機，使系統蓄冰與對外供冷同時進行，夜間運行穩定可靠。
（5）公交車候車廳採用全封閉隔離島形式佈局，對候車區域突破傳統採用空調系統，提高樞紐服務水平，取得廣泛好評。
（6）根據以往供冷季對負荷進行預測，應用模糊控制理論的蓄冷放冷策略最大程度優化運行模式，取得較好的經濟效益#暖通設計杜老師#
轉載內容僅作學習交流之用，所述觀點不代表本號立場；
其版權歸屬原作者，如有侵權，聯繫本號刪除
