地鐵通風空調系統節能優化的探索

1.吳夢泉 2.周世民

1.身份證號：320821199109016155 2.身份證號：341102198807022416

地鐵通風空調系統節能優化的探索

1.吳夢泉 2.周世民

1.身份證號：320821199109016155 2.身份證號：341102198807022416

地鐵作為一個城市的標志性公共基礎建筑，憑借著強大人員分流能力，在緩解城市交通方面有著得天獨厚的優勢，已經成為各個大中城市重點發展的對象。但地鐵也因高耗能的特點，成為人們最迫切希望改觀的現實問題，盡快找到大幅降低地鐵運行能耗的方法、并進行研究推廣，已成為保持地鐵健康可持續發展道路上必須解決的課題之一。據統計，通風空調系統的能耗約為地下線能耗30%以上，僅次于車輛牽引用電能耗，節能潛力相對較大。

地鐵工程；通風空調；節能

節能是地鐵通風空調系統設計的重要內容，在能源形勢日益緊張的背景下，加強這方面的研究更具有非常重要的意義。對于地鐵通風空調系統的節能必須要從系統自身結構和運行情況入手來采取針對性措施。本文將結合地鐵通風空調系統的實際情況來詳細分析節能措施。空調大系統節能控制、軌道排熱風機節能、變頻調速控制、風閥控制新風量、空調水系統流量調節以及加強隧道風機運行管理是其中非常典型的措施。這些措施的應用將能夠有效起到節能目的。

1 地鐵通風空調系統

了解地鐵通風空調系統是進一步深入分析的重要前提。地下車站通風空調系統主要是由車站通風空調系統和隧道通風系統構成。車站通風空調系統由3個系統組成：車站公共區通風空調系統、設備管理用房通風空調系統、制冷空調循環水系統，該三部分也分別稱為大系統、小系統、水系統；隧道通風系統則是由區間隧道通風系統及車站區間通風系統組成。通風空調的主要設備有：隧道風機、排熱風機、空調機組、回排風機、小系統風機、水泵、冷機、冷卻塔等。

2 當前地鐵通風空調系統的形式

2.1 當前地鐵通風空調系統結構組成

目前我國的地鐵空調通風系統主要有四個部分組成：(1)車站大廳內以及地鐵站臺上的空調以及通風排煙系統；(2)車站配套的設備管理房間的空調通風排煙系統；(3)地鐵配套的水循環冷卻系統；(4)地鐵區間的隧道活塞通風系統、機械性通風系統、排煙系統。

2.2 當前地鐵通風空調系統的主要形式

當前地鐵通風空調系統的主要形式有三種，分別是開式、閉式以及屏蔽門系統變遷。

開式系統主要是利用機械活塞的進行地鐵內部及外部的換氣操作，將外部空氣抽入冷卻地鐵隧道。該系統最大的特點就是沒有加入傳統的空調系統，運費及初期投資較少。給種方式比較傳統，僅通過換風作用難以滿足地鐵通風空調系統的實際需求，尤其是難以達到車站和地鐵內部的環境控制標準。

閉式系統主要通過將地鐵內部空氣與外部空氣隔斷，僅向地鐵內部提供足夠乘客需求的風量，列車中的冷卻主要通過活塞效應將車站內部的冷風攜帶到區域。該系統能夠在一定程度上滿足地鐵空間的實際需求，但該系統的占用空間較大，運費及初期投資較高。

屏蔽門系統主要通過在車站以及隧道之間安裝屏蔽門的方式，并在車站內部安裝通風空調系統，當基礎設施難以達到地鐵空間需求的時候需要借助空調降溫通風的方式達到預期結果。該種方式比較實用，能夠有效保持地鐵內部的通風降溫需求。

3 地鐵通風空調系統節能優化

3.1 排風方式的選擇

全新風(通風)模式和全新風(空調)模式的區別僅在于表冷器的開啟與關閉，全新風(通風)模式下，門式表冷器處于開啟狀態，風機無需克服表冷器的阻力，表現在測試數據上，則是送風機的功率下降了1.1kW，約為4.5%，節省了運行能耗。對比全新風(通風)模式、送風(單送，通風)和排風(單排，通風)模式的測試數據，發現其送、排風機的實際運行功率有所區別，但區別很小，考慮到其中的記錄誤差，可以認為由于出入口的面積較大，公共區采用機械送風、機械排風的方式，與采用機械排風、出入口自然進風或者機械送風、出入口自然排風兩種方式產生的實際通風量差別不大，所以，采用后兩種單排、單送的方式替代送、排的方式是很好的節能選擇，而由于排風機的功率比送風機的功率有較大幅度的下降，所以，機械排風、出入口自然進風的方式是最為節能的方式。

3.2 軌道排熱風機節能

工程設計時均是按遠期最不利工況設計，在未達到最不利工況前，排熱風機具有很大的節能潛力，節能主要是變頻運行及運行時間的調整。可以通過以下方式來實現，一是結合行車組織按初、近、遠期三種工況運行；二是根據列車位置來改變排熱風機轉速，列車到站時高速運轉，列車離站時低速運轉；三是在保證隧道溫度滿足運行的條件下，減少排熱風機每日運行的時間。

3.3 空調水系統流量調節

對于空調水系統的流量主要是利用變頻器來調節，這是減少能耗的重要措施。在變速調節的時候采用恒壓差控制，這樣有助于避免各空調系統之間耦合關系。對于冷凍水泵的控制主要是采用集水器和分水器之間的旁通閥壓差或最不利回路壓差來作為反饋值從而來調節冷凍水泵運行頻率。為了實現有效控制，首先需要設定1個壓差參數，該參數可以作為集水器和分水器間旁通閥壓差反饋值的參照對象。在旁通閥壓差反饋值大于設定壓差參數的時候，冷凍水流量大于單臺冷水機組允許最小冷水流量，此時應保持關閉壓差旁通閥不變，盡量對頻率進行有限調節，降低冷凍水泵運行頻率。在系統冷凍水流量降到機組允許最小流量的時候，此時如果壓差反饋值還大于設定值就應該保持冷凍水泵運行頻率不變，開啟壓差旁通閥，增加旁通閥開度值，從而保持分水器同集水器壓差恒定。

綜上所述，地鐵通風空調系統的節能應站在使用者角度進行節能，從設計階段開始就綜合考慮運營管理方的組織架構及管理方式，一套空調系統的節能與否，設計建設是關鍵，維護使用同樣重要，只有將兩者一并統籌考慮，才能真正發揮空調系統的最大價值。

[1]朱培根，田義龍，何志康，涂江峰.地鐵通風空調系統節能分析[J].解放軍理工大學學報(自然科學版)，2012，05：589-592.

[2]林曉偉，王俠.地鐵通風空調系統的優化控制[設計無錫經濟方面[J].城市軌道交通研究，2012，11：100-104.

[3]羅佳.地鐵通風空調系統節能運行策略研究[D].廣州大學，2015.