地鐵車輛空調(diào)制冷系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計

黃 浩 趙曉光

沈陽地鐵集團(tuán)有限公司運營分公司

1、概述

地鐵空調(diào)系統(tǒng)是環(huán)控系統(tǒng)的最主要組成部分，包括冷水機組、冷凍循環(huán)水泵、冷卻循環(huán)水泵、冷卻塔、空調(diào)箱等設(shè)備，其中，地鐵冷水機組是空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，根據(jù)站內(nèi)熱負(fù)荷變化完成自身無級調(diào)節(jié)來滿足車站內(nèi)部環(huán)境，使得地鐵站內(nèi)的溫度和濕度滿足人員及機房設(shè)備冷卻的需求。空調(diào)系統(tǒng)承擔(dān)了通風(fēng)、降溫、除濕、潔凈等功能，是車站機電系統(tǒng)不可缺少的部分。地鐵車站的能耗30%以上源自于空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)的能效直接決定該地鐵車站的綜合能效。

2、地鐵車輛制冷空調(diào)的節(jié)能技術(shù)措施

2.1 尋找自然清潔能源和可再生性能源作為空調(diào)制冷能源

清潔能源和可再生能源的代表像太陽能、潮汐能、風(fēng)能等，其中比較有潛力用于空調(diào)制冷能源供應(yīng)的是太陽能。空調(diào)制冷應(yīng)用太陽能有以下幾個好處：第一太陽能是自然界來源最廣泛和最清潔的能源，并且能量巨大，可以這樣說在人類存在的遙遠(yuǎn)未來中，太陽能都能充足的提供大量的能源供應(yīng)。第二，太陽能由于其單位面積上的能量是有限的這樣就會導(dǎo)致利用太陽能進(jìn)行制冷運行中具有相對安全的特點，不會向傳統(tǒng)電力和天然氣能源有可能在使用不當(dāng)時造成安全事故。太陽能用于空調(diào)制冷時，能源供應(yīng)的途徑主要有兩個方法，一個是通過太陽能板實現(xiàn)光伏轉(zhuǎn)化，把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽僖噪娏θゴ龠M(jìn)空調(diào)制冷設(shè)備的運行。另一個是進(jìn)行光-熱轉(zhuǎn)化，通過熱能的利用制冷，它的原理是通過太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能促使水分蒸發(fā)實現(xiàn)物理降溫，達(dá)到制冷效果。但是在利用太陽能的過程中有許多技術(shù)瓶頸限制著其推廣使用。

2.2 冷凝器及參數(shù)選擇

對冷凝器而言，其主要參數(shù)是冷凝溫度和冷凝壓力。而冷凝溫度是制冷循環(huán)中主要運行參數(shù)之一，其設(shè)定合理與否直接影響到制冷裝置的制冷效果、安全可靠性和能耗水平。從壓焓圖分析可以知道，冷凝溫度與冷凝壓力相對應(yīng)，冷凝溫度升高時，冷凝壓力也升高，則直接導(dǎo)致壓縮比增大。其結(jié)果是引起兩個不良效應(yīng)：一是壓縮機的輸氣系數(shù)降低，功耗增大，制冷系數(shù)下降；二是使壓縮機排氣溫度升高，壓縮機的故障率增加，運行安全可靠性降低。因此，從理論分析看，應(yīng)盡可能使制冷系統(tǒng)在較低的冷凝溫度下運行。然而，在實際設(shè)計中，冷凝溫度過低將產(chǎn)生更加不利的效果。在地鐵車輛運行時，實際的冷凝溫度是變化的，當(dāng)實際溫度高于設(shè)計的冷凝溫度時，將使實際的熱負(fù)荷增大，冷凝器不能滿足要求，實際的冷凝溫度將升高，能耗增大，制冷裝置效率也將下降。

2.3 蒸發(fā)器及參數(shù)選擇

冷卻液體的蒸發(fā)器有殼管臥式蒸發(fā)器、干式蒸發(fā)器和沉浸式蒸發(fā)器；冷卻空氣式蒸發(fā)器有冷卻排管和直接蒸發(fā)式空氣冷卻器兩種。由于地鐵車輛的特點，蒸發(fā)器采用冷卻空氣式。其中冷卻排管多用于冷庫和冷藏箱中，特點是制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)，空氣在管外自然對流，傳熱系數(shù)較小；而直接蒸發(fā)式蒸發(fā)器適用于各種空調(diào)機組、冷藏庫和低溫試驗箱，其特點是制冷劑在蛇形管內(nèi)蒸發(fā)，管外空氣在通風(fēng)機的作用下強迫流動，傳熱系數(shù)比冷卻排管高。因此，在地鐵車輛空調(diào)中，宜采用直接蒸發(fā)式空氣冷卻器。

蒸發(fā)溫度是制冷裝置運行的重要參數(shù)。若蒸發(fā)溫度T0過高，則滿足不了被冷卻對象的低溫要求，無法滿足要求室內(nèi)空氣指標(biāo)。若蒸發(fā)溫度T0過低，則相應(yīng)的蒸發(fā)壓力T0也降低，使壓縮比增大，壓縮機的輸氣系數(shù)降低；同時單位容積制冷量急劇下降，單位壓縮功明顯增加，運行效率，能耗增大，壓縮機的工作條件也隨之惡化。因此，蒸發(fā)溫度在確定時，應(yīng)在滿足冷卻性能前提下，盡可能采用較高的溫度數(shù)值。

2.4 壓縮機及電動機的選擇

壓縮機的種類很多，螺桿式壓縮機具有結(jié)構(gòu)簡單、易損件少、體積小、重量輕、單機壓縮比大、對濕行程不敏感、振動小、對基礎(chǔ)要求低、輸氣系數(shù)高、排氣溫度低及熱效率高、制冷量可調(diào)的優(yōu)點；其缺點是噪聲較高，耗油量大，油路系統(tǒng)和輔助設(shè)備比較復(fù)雜。新型螺桿式制冷壓縮機運行經(jīng)濟(jì)性、可靠性和壽命等均已超過活塞壓縮機。離心式壓縮機的優(yōu)點是轉(zhuǎn)速高、制冷量大、機械磨損小、易損件少、維護(hù)簡單、持續(xù)工作時間長、振動小、運行平穩(wěn)、對基礎(chǔ)要求低、制冷量可直在這個舒適的環(huán)境中待下去，試想這樣的空調(diào)怎么會不受到廣大人們的歡迎。

2.5 新型節(jié)能空調(diào)方式

正如上面所說的，要想得到舒適的空調(diào)環(huán)境很簡單，我們可以通過控制不同的環(huán)境參數(shù)來達(dá)到這種效果，但是我們卻沒有考慮到不同的環(huán)境參數(shù)其功耗是不一樣的。例如我們在冬天將房間的溫度加熱到20℃，此時會有一個熱量濕度數(shù)值，而冬天的房間一般是比較干燥的，這時候如果我們往房間里灑上一點水的話，增加房間的濕度，就能夠降低空調(diào)的功耗。

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于交通工具的要求不再是簡簡單單的便捷，舒適性與安全性也逐漸被大眾所重視，這就客觀上加大了地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能工作的難度。希望之后的研究人員能夠開闊思路，從系統(tǒng)設(shè)計、投資成本等多方面考慮，尋找最優(yōu)的節(jié)能路徑，為人民群眾的生活做出最大的貢獻(xiàn)。

[1]龐李彬.地鐵環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)探討[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2016(04)：74-76.

[2]金國建.地鐵站空調(diào)冷凍水系統(tǒng)節(jié)能控制研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2016.

[3]王云默.地鐵新型蒸發(fā)冷凝式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與運行效果研究[D].北京工業(yè)大學(xué)，2016.

[4]金國建，李亞芬，高學(xué)金，王普.地鐵空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制研究[J].自動化儀表，2016，37(03)：85-89+94.