北京城建设计发展集团股份有限公司 邹亚平 郭温芳 王朝福
一、工程概况
深圳北站位于深圳市龙华新区西南部，是深圳市最重要的陆上交通门户。深圳北站交通枢纽除了铁路车站之外还引入了城市轨道交通（轨道交通 4、5、 6 号线）、常规公交、长途汽车、出租车以及社会车辆等多种交通方式，配以合理的物业开发建筑，深圳北站是一个大型的综合客运交通枢纽。
枢纽包含建筑、市政、轨道交通的“一体化、综合性”设计；包含东、西两个配套广场（含交通设施及上盖建筑）；市政配套工程（ 5 条道路，含路、桥、隧）；轨道交通工程（ 3 条线）。总用地面积约 68 公顷，总建筑面积约 48 万平方米，总投资约43.4 亿元。
通风空调专业根据枢纽功能形式及分布采用了不用形式的冷源方案，其中枢纽西广场根据投资及运营维护管理主体不同分别选用了常规冷水机组，风冷模块，变频多联机系统等。枢纽东广场及其配套的商业、上盖开发采用了冰蓄冷集中冷站的冷源方式。
枢纽通风空调系统总投资 1.67 亿元，枢纽东广场采用了冰蓄冷集中冷站作为冷源的空调系统，投资 1.17 亿元。
二、工程设计特点
深圳北站综合交通枢纽通风空调主要设计特点：
（1）根据枢纽不同功能建筑单体及运营管理主体形式选用不同的冷源方式，满足枢纽投入使用后不用运营管理部门的要求，实现各有关部门的独立使用要求：
（2）东广场冰蓄冷集中冷站，采用部分负荷蓄冰系统，制冷主机和蓄冰设备为串联方式，主机位于蓄冰设备上游，设计工况的供冷运行方式为主机优先模式，部分负荷时按融冰优先模式运行。
（3）末端设备采用大温差供水，利用双工况机组夜间制冰，末端系统采用 5~13℃ 供回水方式，相比较常规 7~12℃ 的供回水形式能有效降低输送能耗，减小输送水管管径，同时末端风柜送风温差加大，减少空调末端及风管尺寸，降低枢纽土建造价。
（4）东广场冰蓄冷空调系统冷冻水采用一次泵变频系统，由于东广场末端功能区主要有轨道交通换乘厅、公交站场候车厅、出租车候车厅、枢纽配套商业及酒店等，因此冷冻水根据功能及布局采用分区供水，在保证系统水力平衡的同时也为运营维护提供便利。一次泵变频系统有效降低水系统输送能耗。
（5）末端公共区采用全空气一次回风变频系统，根据末端负荷变化情况调整组合式空调机组的频率，对应交通枢纽人员负荷变化较快的特点，为避免设备频繁调整，控制系统每半小时检查一次，实现节能与设备使用寿命的兼顾。
（6）冷却塔设置于轨道交通 4、6 号线高架桥下方，充分利用空间，提高土地利用率。树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。
（7）根据枢纽建筑布局，在结合整体分区合理的基础上采用动态平衡电动调节阀等措施，将平衡阀与调节阀功能合并设置，减少运营维护成本。
（8）冰蓄冷系统采用模糊控制理论，运营初期根据设定的蓄冷放冷策略进行，并同时记录外部负荷变化情况，一个完整供冷季为一周期。下一个供冷季的蓄冷放冷策略即采用上一供冷季的负荷作为运行策略输入进行修正，循环往复，使运行策略达到最佳。
（9）冰蓄冷系统设置专用变电所，降低变压器装机容量，在过渡季节可以停止运行以降低运营费
用并利用该段时间进行维护以延长设备使用寿命。
三、设计参数及空调冷负荷
（1）室外设计参数
夏季大气压：1005.60kPa；
夏季空调室外计算干球温度：33℃；
夏季空调日平均：30.00℃；
夏季空调室外计算湿球温度：27.9℃；
夏季通风室外计算温度：31.00℃。
（2）室内设计标准
（3） 根据建筑专业提供的设计图纸，各用冷末端经计算汇总结果为：
1）设计日峰值冷负荷（ 14:00）：21671kW；
2）夜间峰值冷负荷：1250kW；
3）设计日总冷负荷：267511kW·h；
4）设计日总蓄冰冷负荷：70023kW·h；
5）设计日逐时冷负荷见下表。
四、空调冷源及设备选择
深圳北站综合交通枢纽建筑体量较大，空调冷负荷装机容量高，由于深圳地区有峰谷电价政策，结合交通枢纽负荷白天高晚上低的特性，采用冰蓄冷形式作为空调冷源，以降低装机容量并节约运营费用。
（1）系统模式本工
程采用分量蓄冰冰蓄冷系统，制冷主机和蓄冰设备为串联方式，主机位于蓄冰设备上游。系统可按以下五种模式运行：主机制冰、主机制冰同时供冷、制冷机供冷、融冰供冷、制冷机与融冰联合供冷。设置了一台基载主机。
（2）水温设计
在设计工况下，冰蓄冷系统供冷时，进出冷水机组的乙二醇溶液温度 12/7℃，进出蓄冰槽的乙二醇溶液温度 7/3.5℃，进出板式换热器的乙二醇溶液温度 3.5/12℃，进出板式换热器的空调冷冻水温度为 5/13℃，用于空调末端大温差供回水。
（3）设备设置
冷水机组与乙二醇泵、冷却水泵一对一匹配设置，各设置一台备用，乙二醇泵工频运行。冷冻水采用一次泵变频系统，根据建筑的使用功能和位置通过分集水器干管进行分区，分集水器之间安装压差控制器和旁通管进行调节。
（4）空调系统末端设计方案
1）风机盘管：进出水温度为 5/13℃；末端设置动态平衡电动二通阀，根据室内温度调整水量，
最终通过供回水压差变频调节冷冻水泵。
2）空调机组：进出水温度为 5/13℃，末端设置动态平衡电动二通阀，根据室内温度调整水量，最终通过供回水压差变频调节冷冻水泵。但对于新风量小于 60% 送风量的空调机组，则采用变频调节，根据室内温度，首先调节水量，当末端的阀门达到设定的最小值时（同时水泵通过供回水压差变频调节冷冻水泵水量）。再通过风机变频控制调节风量，由于风机功率越大，风机的温升越高，设计中空调系统合理划分，避免系统过大。
（5）主要设备选型结果
1）基载主机：选用一台冷水机组，制冷量 1934kW，冷冻水温度为 5/13℃，冷冻水流量为208m3/h，冷却水温度为 32/37℃，流量为 396m3/h。
2）双工况主机：选用四台冷水机组，制冷工况制冷量 3165kW；制冰工况制冷量 2265kW；乙二醇流量为 586m3/h，冷却水流量为 651m3/h。
3）蓄冰设备：总蓄冰冷负荷为 70023kW·h。每平米预留重量 5000kg，蓄冰设备总面积约 300m2。
4）板式换热器：选用 4 台换热器，单台换热量 5185kW。一次侧乙二醇温度 3.5/12℃，二次侧水温度 5/13℃。4.5.5 乙二醇泵：选用 5 台，其中一台备用，单台流量为 577m3/h，扬程为 40mH2O。
（6）冷冻水泵
1）冷冻水一次泵：选用 5 台水泵，单台流量为 598m3/h，扬程为 35mH2O，采用变频控制。
2）基载冷冻水泵：选用 2 台水泵，单台流量为 229m3/h，扬程为 35mH2O，采用变频控制。
（7）冷却水泵
1）双工况主机冷却水泵：选用 5 台水泵，单台流量为 723m3/h，扬程为 35mH2O。
2）基载冷却水泵：选用 2 台水泵，一台备用，单台流量为 442m3/h，扬程为 30mH2O。
（8）冷却塔
选用 4 台超低噪音横流式方形玻璃钢冷却塔，处理水量 900m3/h，功率为 7.5×4kW。
选用 1 台超低噪音横流式方形玻璃钢冷却塔，处理水量 540m3/h，功率为 11×2kW。
（9）补水定压
1）乙二醇系统：采用隔膜式定压罐定压方式，乙二醇溶液储存在开式水箱内，通过压力传感器设定值控制启动乙二醇补充泵向系统及定压罐补充乙二醇。乙二醇补充泵两台，一台备用，功率 0.75kW。乙二醇定压系统设置旁通安全阀及电动阀，在系统压力上升过快是通过压力传感器设定值控制系统安全泄压。
2）冷冻水系统：采用开式膨胀水箱定压方式，通过浮球阀启动补水。
五、空调系统形式
深圳北综合交通枢纽空调系统采用全空气和空气 – 水系统组成，其中换乘大厅、公交候车厅、商业区采用全空气系统，配套管理用房采用风机盘管的空气 – 水系统。系统图附后。
六、通风、防排烟及空调自控设计
（1）自控设计
1）自控系统构成：集中冷站机房自控采用可编程控制器（ PLC 系统），实现集中管理分散控制的目标，系统由中央控制单元和就地控制单元两部分组成。
2）自控系统接口：集中冷站机房自控系统作为楼宇自控系统的一个子系统，为综合监控提供接口，该接口符合 TCP/IP 通讯协议，使综合监控系统无需附加设备就能接纳本系统。冰蓄冷制冷机房自控系统为消防系统预留一路开关量输入信号，供消防系统在发生火警时通知自控系统启动紧急停车程序。
3）自控系统控制概述：集中冷站机房自控系统通过检测及自动控制装置进行各种运行工况优化控制，解决各种工况的转换操作，蓄冷系统供冷温度和空调供水温度的控制以及双工况主机和蓄冷装置供冷负荷的合理分配。各运行模式转换由中央控制单元程序控制，并有人工干预界面。
部分负荷蓄冰系统运行工况比较复杂，对控制系统的要求相对较高，除了保证各运行工况间的相互转换及冷冻水、乙二醇的供回水温度控制外，还应解决主机和蓄冰设备间的供冷负荷分配问题。
本工程采用优化控制（智能控制）系统，根据测定的气象条件及负荷侧回水温度、流量，通过计算预测全天逐时负荷，然后制定主机和蓄冰设备的逐时负荷分配（运行控制）情况，合理制定运行工况，最大限度地发挥蓄冰设备融冰供冷量，保证整个系统经济合理运行，以达到节约电费之目的。
集中冷站机房自控系统应能实现以下运行工况的控制：
a、主机制冰工况；
b、主机制冰同时供冷工况；
c、主机单独供冷工况；
d、蓄冰设备单独供冷工况；
e、主机和蓄冰设备同时供冷工况；
f、系统关闭工况。
4）自控系统主要的控制对象及参数说明
a、冷冻水系统的供水温度由调节通过板换的乙二醇溶液流量来维持恒定；冷冻水系统的工作压力是采用膨胀水箱的定压及补水来维持；冷冻水系统的供回水压差由是通过变频调节冷冻水泵流量来保持恒定。
b、乙二醇溶液系统的供液温度和工作压力：供液温度稳定在 3.5℃ 是通过融冰时，比例调节蓄冰装置旁通调节阀；主机制冷时，主机出水温度设定。工作压力是采用定压罐的定压及补液泵补液来稳定。
c、蓄冰装置的蓄冰量和融冰量：
利用蓄冰装置的液位信号来检测，并利用蓄冰装置供回水的冷量计算来辅助检测。
d、制冷机：
出水温度即冷机出水温度和冰槽进水温度，按照运行模式的不同，程序将采用不同的设定值。联合供冷时视主机优先或融冰优先而不同，由制冷机本身的控制器执行。
制冰时为 -5.6℃；
主机优先时按最低温度设定为 3.5℃；
冷机卸载与台数控制，一般发生在融冰优先方式，负荷降低时，冷机进水温度降低，冷机自动卸载而进行台数控制。
主机制冰时，为保证运行效率最高，一般不进行容量控制，但可以进行台数控制。
主机制冰停机受蓄冰装置的液位控制和冷量计算辅助控制外，还应受进出水温度低于预定值和蓄冰时间控制。
e、水泵：冷冻水一次泵根据供回水压差信号进行变频调节；乙二醇泵各个工况均工频运行。
f、制冷机房内所有设备启停控制顺序：先开启冷冻水电动阀及冷冻水泵，再开启冷却水电动阀及冷却水泵，然后开启冷却塔风机，最后开启冷水机组（冬季运行最后开启冷却塔）。停机顺序反之。
5）机房自控系统与末端控制的相互关系
a、风机盘管、新风机组
进出水温度为 5/13℃；末端设置动态平衡电动二通阀，根据室内温度调整水量，最终通过供回水压差变频调节冷冻水二次泵。
b、空调机组
采用定风量系统，末端设置动态平衡电动二通阀，根据室内温度调整水量，最终通过供回水压差变频调节冷冻水泵。
（2）通风设计
高低压配电房、控制室、开闭所、发电机房、储油间设事故通风，换气次数不小于每小时 12 次。需设置空调的房间设置舒适性通风空调系统。不需设空调的房间，自然通风能达到要求的采用自然通风，自然通风达不到要求时设机械通风。出租场站候车区考虑人员舒适性，采用直接向候车区送新风措施，新风换气次数不小于 10 次 / 小时。
（3）防排烟设计
当某个防火分区发生火灾时，进行紧急模式，现场手动或远程开启该处防火分区相应的消防设备，其他非消防设备均制停，其他相邻防火分区消防设备待启动，非消防设备均制停。当温度超过 280℃ 时，排烟风机入口处防火阀联锁风机关闭。
七、心得与体会
如前所述，深圳北站综合交通枢纽工程冰蓄冷空调系统设备，在满足系统功能要求、降低系统运行能耗及设备、土建初投资、方便系统运行管理方面具有明显的优点。
（1）根据负荷特性，结合深圳当地的阶梯电价政策，采用冰蓄冷技术，最大限度发挥该系统的社会经济效益和节约运营费用的特点。
（2）末端采用 5~13℃ 大温差技术，减小设备选型，减少机房及管路尺寸，节约了土建造价。
（3）冷冻水一次泵变频系统与末端风柜采用变频控制，根据负荷的大小，明确先风后水的自动控制策略，节约运行能耗。
（4）夜间小负荷采用螺杆式基载主机，使系统蓄冰与对外供冷同时进行，夜间运行稳定可靠。
（5）公交车候车厅采用全封闭隔离岛形式布局，对候车区域突破传统采用空调系统，提高枢纽服务水平，取得广泛好评。
（6）根据以往供冷季对负荷进行预测，应用模糊控制理论的蓄冷放冷策略最大程度优化运行模式，取得较好的经济效益#暖通设计杜老师#
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