淺談地鐵通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能措施

黃文廣

摘 要：隨著城市交通建設(shè)的發(fā)展，地鐵逐漸地走向每個城市，這給人民的生活和工作帶來了極大的便利性。但是從地鐵的運行來看，其能源消耗問題一直以來都是造成地鐵運行成本較高的主要因素。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，地鐵車站的通風(fēng)系統(tǒng)能耗占到總能耗的3成左右。隨著現(xiàn)在地鐵數(shù)量的不斷增加，如何實現(xiàn)地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，是迫在眉睫的一項工作。本文通過對地鐵運行各階段通風(fēng)系統(tǒng)的影響分析，給出了相關(guān)的節(jié)能通風(fēng)措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵；通風(fēng)系統(tǒng)；節(jié)能；策略

中圖分類號：U231 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

地鐵的運行一般都是在地下隧道內(nèi)進(jìn)行，環(huán)境相對封閉，必須考慮到火災(zāi)等突發(fā)情況下，如何能夠通過自身系統(tǒng)的運作來確保運營安全。這就要求地鐵通風(fēng)系統(tǒng)良好來維持地鐵環(huán)境良好的溫濕度和火災(zāi)時的排煙效果。通風(fēng)系統(tǒng)雖然是地鐵運行的輔助系統(tǒng)，但是其作為保障地鐵運行環(huán)境良好的功能就顯得非常重要。一套合理的地鐵通風(fēng)系統(tǒng)，必須具有良好的通風(fēng)效果，同時還要具有較好的節(jié)能效果。所以，必須將節(jié)能原則貫穿在地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計、采購、建設(shè)及后期運行全過程中，并結(jié)合系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)功能來實現(xiàn)地鐵運行總體成本的降低。

1 目前常用的地鐵通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能策略

1.1 地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)，必須優(yōu)先考慮到滿足地鐵的運行基本功能要求，在此基礎(chǔ)上合理地進(jìn)行車站功能區(qū)域的空間設(shè)置。地下空間的設(shè)置也要講究實用性，避免多余空間的浪費。高架站的通風(fēng)以自然通風(fēng)為主，降低通風(fēng)設(shè)備數(shù)量的投入。各種前期建設(shè)的投資降低，也為后期的地鐵運行節(jié)能提供了一定的基礎(chǔ)條件。

1.2 設(shè)備的采購控制。首先對于地鐵運行中大量的線纜采購上，要以合理的導(dǎo)體截面來控制電流密度。同時結(jié)合用電需求進(jìn)行電氣產(chǎn)品型號的準(zhǔn)確把握。并通過靈活的設(shè)備布置和控制形式，取得系統(tǒng)運行中的最低電能消耗。目前在用的變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，不論是工業(yè)還是民用等各行業(yè)都已經(jīng)有了非常良好的自動控制效果。對于地鐵運行中的負(fù)荷不斷變化和電機的頻繁開啟情況下，通過變頻調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)最大限度的電能節(jié)約，同時能夠有效地改善設(shè)備的運行工況。變頻的使用要考慮實際要求，對于小系統(tǒng)的車站，如果一味地進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，反而意義不大。另外，地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)中的TVF風(fēng)機，只有在火災(zāi)發(fā)生時才進(jìn)行全投入的運轉(zhuǎn)，這時采用變頻調(diào)節(jié)來實現(xiàn)節(jié)能的潛力還是比較小的。所以，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)主要考慮大系統(tǒng)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)。

1.3 地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的安裝及運營中節(jié)能考慮。地鐵的通風(fēng)系統(tǒng)安裝中，面對的幾個主要問題是地鐵的空間相對較小，涉及的專業(yè)較多，設(shè)備安裝時間比較緊迫等。很多通風(fēng)管道的安裝無法按照期初的設(shè)計位置準(zhǔn)確的實施。在通風(fēng)管道的安裝時，必須盡量地避免其繞梁或者其他的管槽，否則，很容易導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)運行中，由于風(fēng)壓的增加而加大用電功率，造成電能的耗費。在地鐵系統(tǒng)正常運營后，為避免風(fēng)壓的增加，運維工作人員應(yīng)該及時地進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的過濾網(wǎng)清理，避免灰塵積壓導(dǎo)致風(fēng)壓增加，從而帶來用電負(fù)荷的增加。

2 基于地鐵通風(fēng)的智能調(diào)節(jié)實施

2.1 PID調(diào)節(jié)的智能控制實施

2.1.1 PID調(diào)節(jié)是進(jìn)行閉環(huán)回路的動態(tài)控制技術(shù)，其實施工中以現(xiàn)場實際值與設(shè)定值的比較來確定推動控制器的輸出，從而將偏差逐步降到零。考慮到地鐵室內(nèi)外的溫度因環(huán)境氣溫的變化而改變，同時地鐵內(nèi)部的濕度及溫度也會因乘客數(shù)量而發(fā)生變化，PID技術(shù)一方面能夠?qū)崿F(xiàn)地鐵站內(nèi)的最大溫度濕度控制，避免資源浪費。還能結(jié)合人體舒適度要求，最大限度地提升站內(nèi)溫濕度的調(diào)節(jié)。

2.1.2 車站大系統(tǒng)的溫濕度調(diào)節(jié)。車站大系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、空調(diào)及風(fēng)機機組、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥及電動兩通閥等組成。對于設(shè)有變頻器的空調(diào)及風(fēng)機，就可以通過變頻變風(fēng)量的調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)能源的節(jié)約。根據(jù)電動機工況要求，適當(dāng)調(diào)節(jié)變頻器及變風(fēng)量閥門。PLC控制器以設(shè)定值與現(xiàn)場溫度采集數(shù)值進(jìn)行PID的輸出值計算，從而形成輸出頻率，來達(dá)到工況穩(wěn)定及風(fēng)機節(jié)能目的。變頻調(diào)節(jié)中需要注意的是，變頻變風(fēng)量的調(diào)節(jié)主要在地下封閉空間，變頻器必須設(shè)定頻率下限來保證必要的通風(fēng)條件。

2.1.3 地鐵大空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。大空調(diào)系統(tǒng)主要是進(jìn)行站內(nèi)站廳及公共區(qū)域的調(diào)節(jié)，通過變頻調(diào)節(jié)可以讓風(fēng)機軟啟停，降低對設(shè)備的沖擊，提升設(shè)備使用壽命，降低維護(hù)成本。變頻風(fēng)量對風(fēng)機的控制，主要是以控制車站內(nèi)部溫度為主，以現(xiàn)場溫度來調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，實現(xiàn)可變式風(fēng)量運行。

2.1.4 空調(diào)工況的調(diào)整。空調(diào)工況的調(diào)整還應(yīng)該考慮室內(nèi)焓值實際測量數(shù)據(jù)。減載時以先風(fēng)后水，加載時以先水后風(fēng)形式進(jìn)行變相運算調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)焓值濃度超過既定值時，以空調(diào)季正偏差模式來調(diào)節(jié)水閥開度，加大冷供應(yīng)來降低室內(nèi)溫度。當(dāng)焓值小于既定值時，通過空調(diào)季負(fù)偏差來降低風(fēng)機頻率和冷量供應(yīng)，降低能耗。

2.2 焓值的合理控制

2.2.1 系統(tǒng)焓值的控制目標(biāo)。車站內(nèi)的大、小通風(fēng)系統(tǒng)運營模式，分為小新風(fēng)模式、全新風(fēng)模式。通過溫濕度傳感器對室內(nèi)外焓值的計算，可以得出室內(nèi)外的熱濕變化情況，從而形成合理的調(diào)節(jié)方案，車站的焓值控制主要是用于通風(fēng)系統(tǒng)正常的自動控制模式中。

2.2.2 焓值在不同工況下的控制。（1）當(dāng)室外的空氣焓值高出車站內(nèi)部系統(tǒng)平均值時，要充分的利用室內(nèi)回風(fēng)，同時通風(fēng)系統(tǒng)以最小新風(fēng)量來達(dá)到降溫去濕的效果，從而也就提升了能源節(jié)約程度。這種工況下，站內(nèi)空氣一部分借助回風(fēng)機從排風(fēng)井排出，另一部分與新風(fēng)一起通過混風(fēng)室排至車站內(nèi)，起到室內(nèi)冷量的散失控制，合理保護(hù)室內(nèi)環(huán)境。（2）當(dāng)室外的焓值在室內(nèi)焓值與機器露點焓值之間時，以全新風(fēng)模式進(jìn)行空調(diào)運行。在關(guān)閉回風(fēng)機的同時，以溫濕度較低的室外新風(fēng)來實現(xiàn)室內(nèi)降溫，并借助正壓進(jìn)行室內(nèi)各個通風(fēng)口的自然排風(fēng)，降低能耗。（3）當(dāng)室外的焓值比機器露點低時，以通風(fēng)工況運行。關(guān)閉回風(fēng)機及冷水機組等閥門。同樣借助室內(nèi)各個自然通風(fēng)口進(jìn)行室內(nèi)排風(fēng)。

2.2.3 車站小系統(tǒng)的焓值控制。這類系統(tǒng)的工況轉(zhuǎn)換還是要通過室內(nèi)與室外的焓值比較來進(jìn)行。但不同的是小系統(tǒng)沒有獨立的混風(fēng)室，且與室外沒有太多的通風(fēng)道。這就要求小系統(tǒng)的回排風(fēng)機最好與送風(fēng)機保持相同頻率，來降低風(fēng)壓。具體的調(diào)節(jié)方式有以下幾種：（1）當(dāng)車站小系統(tǒng)的室外焓值大于室內(nèi)時，系統(tǒng)進(jìn)行小新風(fēng)的運行。同時開啟小系統(tǒng)的小新風(fēng)機與回排風(fēng)機，通過回風(fēng)閥將室內(nèi)的部分冷空氣與新風(fēng)同時送回室內(nèi)，降低室內(nèi)冷氣的散發(fā)量。（2）當(dāng)車站小系統(tǒng)室外的焓值小于室內(nèi)和設(shè)定值之間時，系統(tǒng)以全新風(fēng)模式運行。這時要保持回風(fēng)閥的關(guān)閉狀態(tài)，并同時開啟新風(fēng)與回排風(fēng)機，借助室外冷風(fēng)來實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的降低。不管哪種工況的運行，要充分地考慮到工況之間的轉(zhuǎn)換頻度對設(shè)備的磨損影響。一般情況下，各工況的持續(xù)運行時間要大于設(shè)備的正常動作持續(xù)時間。

結(jié)語

總的來看，地鐵的通風(fēng)系統(tǒng)的能源消耗是非常大的，在進(jìn)行地鐵通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計及施工中，必須將節(jié)能控制理念貫穿到系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備采購及施工和后期運營全過程中。通過嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)的銜接性，提升整體地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的運行水平。并借助變頻調(diào)測系統(tǒng)來實現(xiàn)風(fēng)量的自動調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。節(jié)能控制需要全過程的大力配合和更加周全的技術(shù)措施實施，才能確保地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的運行可靠性和節(jié)能高效性。

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