地鐵通風空調系統設計及節能研究

姜俊

摘要：隨著我國社會的不斷進步，加快了城市化進程的發展，促使地鐵工程逐步興起，由于地鐵工程位于地下，需要地鐵通風空調系統不斷輸送新風，而在這個過程中會消耗大量的能量，所以，地鐵行業需要積極進行地鐵通風空調系統的設計與節能研究。

關鍵詞：地鐵通風空調系統；空調系統設計；節能研究

地鐵工程多位于封閉的地下空間，自然通風散熱比較困難，加上地鐵列車的散熱以及其他機電設備、乘客的散熱，大量熱量的集聚，必將造成地鐵內空氣溫度的升高。同時，隧道內土壤通過維護結構的滲透熱量也較大，若不及時排除，車站和隧道內的空氣濕度也會增大，直至達到乘客難以忍受的程度。為了保證地鐵工程的穩定運行，要科學的設計隧道活塞風井、新排風井以及車站空調系統，為地鐵車站提供新風以及排除濕熱，而在這個過程中，地鐵空調系統會損耗大量能量，約占地鐵工程能耗的25%-35%，用電量約占地鐵工程用電量的40%-50%。因此，相關部門以及技術人員要積極進行節能的創新研究。

一、地鐵通風空調系統的設計

1、區間隧道通風系統

區間隧道通風空調系統一般分為開式系統、閉式系統和屏蔽門式系統，其中， 開式系統是應用機械或“活塞效應“的方法使地鐵內部與外界交換空氣，利用外界空氣冷卻車站和隧道。這種系統多用于當地最熱月的月平均溫度低于25℃且運量較少的地鐵系統；閉式系統主要是指地鐵內部與外部環境相隔絕，只供給乘客所用的新鮮空氣，而車站內部主要使用空調系統提供新風，以及區間隧道的冷卻主要依靠列車運行的活塞作用，通過攜帶車站內的空調冷風，降低區間隧道的溫度；而屏蔽門式系統主要是指在車站的站臺內部安裝全封閉屏蔽門，將區間隧道氣流與車站整體進行分隔，并且，區間隧道的熱氣排放主要依靠列車運行過程中的活塞作用，同時，將引入外部環境的新風來降低區間隧道的穩定。

現階段，我國地鐵線路常用的系統是屏蔽門式通風空調系統，主要是因為這種系統不僅能夠改善車站區域的空氣環境，還能夠減少列車運行活塞作用帶來的噪聲，有利于降低車站公共區域通風空調的能源損耗。

2、車站公共區域通風空調系統

在進行地鐵車站公共區域通風空調系統的節能設計時，要充分考慮到土建的規模限制、人員的過渡區域，并且，要結合人員在公共區域的停留時間較短，對溫度和濕度的要求不高，來進行綜合性設計，多采用全空氣一次回風系統，按照站廳和站臺進行均勻的送風設計、回風設計、排風設計，有利于排除車站公共區域的濕熱，從而為乘客乘車提供舒適的候車環境。如圖1所示。

3、車站設備管理用房通風空調系統

地鐵工程中不同房間的室內溫度、室內濕度、空氣換氣等相關要求存在差異，主要劃分為設備房間、管理房間、變電所房間，而車站設備管理用房的通風空調系統多采用全空氣一次回風系統，以及在機房內部設置組合式空調機組、回排風機等，其中，針對要求換氣次數的房間設置送排風系統。

4、車站空調水系統

車站空調水系統主要是為了地鐵車站的通風空調系統提供冷氣來源，以水冷螺桿式冷水機組為提供冷源的核心，該冷水機組主要包括冷凍水系統和冷卻水系統，其中，冷凍水系統由冷凍水泵、分集水器、處理設備、閥門管道組成；而冷卻水系統由冷卻水泵、冷卻水塔、閥門管道組成，并且，冷卻水塔要建立在冷水機房的側地面。如圖2所示。

由于車站的公共區域以及管理用房的實際負荷存在差異，甚至在公共區域夜間停運之后，其實際負荷趨近于零，而設備管理用房的全年實際負荷較為穩定，常見的水系統冷源配置方式主要有兩種：第一種，兩臺大機組容量相同的冷機，白天同時運行，晚上只運行一臺；第二種，三臺冷水機組，其中，兩臺大機組容量相同的冷機為公共區域提供冷源，一臺小機組容量的冷機為設備區域提供冷源。

二、地鐵通風空調系統的節能

1、變頻技術的應用

在地鐵工程中，隧道通風系統、大系統、水系統都與客流和行車等參數變化具有緊密聯系，而變頻技術對風機、水泵等進行變頻控制，結合氣象數據、行車參數等，來更好的實現節能效果。例如，變頻技術在排熱風機中的應用，能夠有效的節約60%的能耗；大系統中的組合式空調機組和回排風機使用變頻系統進行分時段調節，能夠節約40%的能耗，雖然，變頻技術的初期投資較高，但是，變頻技術的運行費用低，并且，在使用兩年之內，能夠進行回收加裝變頻器成本；車站空調水系統要以遠期高峰時刻的負荷來設計確定相關設備，并且，冷水機組要根據實際的制冷需要進行10%-100%制冷調節，通過將變頻技術應用在冷水泵上，能夠節約30%的能耗。

2、綜合控制技術的應用

車站的實際負荷受到諸多因素的影響，因此，在進行數據信息收集和運用時，要注意使用綜合控制技術。例如，負荷預測的變頻調節模式，主要使用BAS、PIS、綜合監控系統，來采集客流信息以及屏蔽門的開關狀態等數據信息，從而實現對系統運行的實際調控。

三、結語

綜上所述，地鐵通風空調系統是保證地鐵內部環境中濕度和熱度的重要環節，有利于為乘客提供良好的乘車環境。與此同時，由于地鐵通風空調系統的能耗較大，所以，要注重對地鐵通風空調系統進行科學合理的設計，在滿足地鐵通風空調系統的遠期需求下，要注重使用變頻技術和綜合控制技術，來實現更好的節能效果。

參考文獻：

[1]黃璟瑜.地鐵通風空調系統設計及節能研究[J].工程技術：全文版，2015.

[2]張浩.地鐵車站通風空調大系統節能控制的設計與實踐[D].華北電力大學，2015.

[3]陸健東.地鐵通風空調系統節能的實現研究與思考[J].科技創新與應用，2017.

（作者單位：中鐵上海設計院集團有限公司）