空調通風體統模式在地鐵車站中的應用

南京地鐵運營有限責任公司 江蘇南京 210012

摘要：隨著社會快速發展，地鐵空調設備的機房面積逐漸減小、設備的投資和運行費用也越來越大，為了能夠滿足減少投資及運行費用需要進一步的做好地鐵空調通風系統的改進和節能工作。下文對地鐵車站空調通風進行論述，進一步促進我國地鐵通風空調系統的長遠發展。

關鍵詞：地鐵車站；空調通風系統；節能分析

1地鐵車站空調通風系統能耗概況

近年來，我國城市軌道交通是以大量用電來保持運行的，而地鐵車站空調通風系統是地鐵系統的用電主力之一。在地鐵整個運行過程中，列車運行的能耗最大，通風空調設備的能耗緊排其次，而通風空調設備能耗的大頭是水系統，通風系統因全天24 h不間斷運行緊排其后；通風系統能耗的大頭又以大系統為主，所以為了達到地鐵技術節能及運營節能，需要從空調通風系統中的水系統、大系統變頻運行模式方面進行全面的節能設計及探討。

2通風系統變頻運行節能分析

在地鐵通風系統中，變頻運行的節能技術措施主要使用于通風系統中的大系統，實施變頻運行的大系統設備主要為組合式空調箱和回排風機。針對組合式空調箱，通常使用一臺變頻器控制一臺電機功率為30 kW左右的電機，車站智能控制系統將回風點的溫度、濕度轉換為焓值，通過與設定焓值對比，使用焓差控制變頻器，以調整空調箱風機的轉速，這樣可避免空調箱全速運行，還能使地鐵站公共區域內保持一個適合的溫度和濕度，最終達到節能目標。對回排風機也同樣采用一臺變頻器控制一臺電機，電機功率一般為15 kW，自動控制儀會把風機出口的溫度、濕度轉換為焓值，然后與設定焓值進行對比，使用以上焓差對風機轉速進行調整，進而達到節能目標。

通風系統的變頻調速是利用客流量變化，尤其非高峰與高峰時段，車站公共區人流量變化，列車行車間隔變化，所需要排放的熱量變化，將相應的組合式空調機組、回排風機的頻率降低，以達到節能的目的。變頻后功率與頻率的關系為立方關系：N0/N=（f0/f）3（其中N為工頻功率，f為50 Hz，N0為變頻功率，f0為變頻運行頻率），可達到顯著節能效果。以一車站為例：2臺組合式空調機組，每臺22 kW，采用變頻運行，頻率范圍30～50 Hz，高峰期兩臺設備按工頻運行，非高峰期變頻運行，設置運行頻率為30Hz。變頻運行時，電機功率為：22×（30/50）3=4.752 kW。在傳統模式下的運行耗電量：22×2×18=792度，變頻運行模式耗電量：22×2×6+4.752×2×12=378.048度，節約用電量（792-378.048）×365=151 092.48度。

3冷水系統節能分析

3.1一次泵變流量運行的節能分析

3.1.1一次泵變流量系統原理及組成

一次泵變流量空調水系統是為了適應流經末端用戶空調負荷的變化，通過調節二通閥改變流經末端設備設施的冷水流量，并同時采用變頻冷凍泵，使空調系統的總循環冷水量符合末端設備的需求量，通過在安全流量范圍內變化的冷水機蒸發器的水流量，使冷水機蒸發壓力、溫度、能效比保持穩定狀態。變頻水泵的使用能夠降低水泵機組全年的能耗費用，冷卻水泵和冷水機組的運行時間也大大減少，降低了系統運行的費用，對地鐵通風空調系統的節能減耗具有十分重要的意義。

標準車站的制冷系統每站設置2臺冷水機組、2臺冷凍水泵、2臺冷卻水泵、2組冷卻塔、2臺組合式空調機組、若干柜式風機盤管機組，制冷系統總功率約為450 kW。為了達到節能減排、節約運營成本的目的，采用基于冷水機組群控的一次泵變頻控制節能新技術。根據車站的實際冷量消耗要求對冷凍、冷卻水設備進行變頻節能控制，冷水機組蒸發器側采用一次泵流量變頻控制，冷卻水側也采用變流量控制。冷水機組無級變頻可在15%～100%負荷之間調整，節能顯著。在一次泵變流量系統節能過程中，控制策略是直接關系到節能效果的關鍵點，冷水系統群控及變頻控制系統結構圖如圖1所示。

圖1 冷水系統群控及變頻控制系統結構圖

3.1.2一次泵變流量系統經濟性分析

以南京為例，4～5月份，在溫度較低、空氣濕度小的環境下，冷水主機負荷小、能耗少，冷凍泵、冷卻泵、空調機大部分時間處于低頻運行，再加上冷水機組用電量少，電量基數小，整體節電率較高。6～9月份，由于溫度較高，水系統經常滿負荷運轉，節電空間有限。10～11月外界溫度降低，整體節電率顯著回升。可見對于整個空調及空調過渡季節大約8個月的時間周期來說，其中有4個月的空調過渡季節利用一次泵變頻節能技術可產生一定的節能效益。以一車站為例：2臺冷凍水泵，每臺15 kW，采用變頻運行，頻率范圍30～50 Hz，高峰期2臺設備按工頻運行，非高峰期單臺變頻運行，設置運行頻率為30 Hz。變頻運行時，水泵功率為：15×（30/50）3=3.24 kW；在傳統模式下的運行耗電量：15×2×6+15×1×18=450度，而在變頻運行模式耗電量：15×2×6+3.24×1×18=238.32度，節約用電量（450-238）×240=50803.2度。

3.2末端電動二通閥開度自動控制節能分析

當地鐵車站空調水系統采用定水量系統時，水泵和冷水機組的水量會保持不變，在分水器和供回水干管之間設置壓差調節閥，在末端設備設置電動二通閥，通過水流量的改變去適應空調區的負荷要求，從而達到節能的目的。一次變頻泵變水流量系統主要由冷水機組、末端設備、一次水泵組成，該系統與傳統的空調水系統的區別就在于冷水機組常在變水流量工況下工作。在二通閥的調節過程中，系統負荷側冷凍水流量將發生變化，當末端設備的冷凍水流量隨負荷改變時，其兩端的壓差也在隨之改變，一次水泵的變頻器根據最不利環路的壓差信號，通過變頻改變水泵的轉速，從而改變系統的水流量，以滿足末端設備的要求。為了適應末端用戶空調負荷的變化，調節末端二通閥改變末端設備的冷凍水流量，根據負荷變化，調節水泵轉速，使系統水量剛好滿足負荷需求的水平，最終達到系統的節能。

4通風系統與冷水系統的綜合節能分析

在對通風系統和冷水系統的節能分析中，可以看出通過運用變頻調速的技術，可以在地鐵運營過程中起到節能降耗的作用。然而，在車站的實際通風供冷當中，經常遇到負荷變化，過渡性季節的情況，在這種情況下，在通風系統和冷水系統變頻控制策略兩者中優先采用哪一種？抑或同時采用而尋找中間一個平衡點來達到節能最大化。

地鐵通風空調系統控制方案在過渡性季節需要滿足3個條件：保證地鐵站內溫度低于30℃；滿足站內人員的最小新風量，站臺最小換氣次數大于5次（包括5次）。在滿足以上3個條件時，采用通風變頻控制策略。在過渡季節，地鐵冷水系統需要根據負荷變化情況自動判斷冷水機組開啟臺數和調節冷機運行負載。在實際應用中，站臺內的乘客數量是不斷變化的，