軌道交通工程環控通風節能設計相關措施

趙月

（沈陽地鐵集團有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 軌道交通工程節能的意義及必要性

1.1 節能的意義

城市軌道建設正在向2、3線城市蔓延，從城市政府對軌道建設的需求和國家發改委重視程度可以從某種角度折射出軌道建設極大的促進城市發展，帶動軌道沿線用地的開發，軌道交通建設得到快速發展[1]。

沈陽是東北區域中心城市，隨著經濟水平和城市建設的飛速發展，城市的能源消耗量逐年遞增，能源的供需逐漸開始不平衡，為了能使得城市得以可持續發展，在使用有限的能源同時，又能保證城市建設，對城市經濟及社會的穩定發展均能達到一個相對平衡的狀態下，如何提高能源的利用效率、如何保護環境，就成了滿足人民生活需要的一個重要的課題。本項目的修建，一方面將完善沈陽市區軌道交通路網結構，滿足市民出行需求，另一方面能夠改善用能結構并節約能源。

1.2 節能的必要性

國家法律對節約能源有相關規定的。1988年1月1日發布的《中華人民共和國節約能源法》中對節約能源一事有明確規定，它表明節約能源、合理運用能源，發展節約能源技術是全社會一大重要的任務。

軌道交通工程的建設和運營堅持遵循以人為本、方便快捷的建設理念，在做到舒適、準時的同時，從節約能源角度上，軌道交通工程是用電大戶，必須要遵守國家法律、法規及規范的要求，要堅持合理用能，提高能源的利用效率，推進節能技術的進步，減少工程對環境的污染。節約能源不單單是土建施工或者機電施工某一項專業工程的事，軌道交通工程各個專業均涉及節能，在設計環節，節能就應該考慮進去，應當將能源低消耗經濟利益最大化作為我們的目標，充分調動各專業、各參建企業、各廠家的積極性，把節能設計和節能分析做好，以達到軌道交通工程整體綜合節能的目的。本文對環控通風節能的措施進行分析研判。

2 軌道交通工程能耗狀況分析

2.1 負荷的分類

城市軌道交通工程的能耗主要是電能的消耗，我們都能分析得出，車輛專業的能源消耗量是占比比較大的一個專業，其次環控通風耗電量也很大，在其他專業上，比如運營的環節、設備的管理及設備的維護上使用的電量相對較小一些。

城市軌道交通工程用電負荷一種牽引用電負荷，另一種是動力及照明用電負荷。前者用電負荷主要應用在車輛及其他設備的牽引上，而后者主要是軌道交通工程車站、車輛段、控制中心、區間等。本文對環控通風進行重點闡述，嚴寒地區軌道交通項目年綜合能源消耗量如表1所示。

表1 嚴寒地區軌道交通項目年綜合能源消耗量

2.2 節能的原則

在使用能源的過程中，我們要按照所提供的能源質量合理的安排它的用途，保證能源得到最有效的利用，同時要考慮系統對所提供能源的要求，選擇適當的輸入能源，讓能源盡其用，防止高能低用，避免能源的不必要貶值，實現供需平衡。在定量的角度來講，則需要對有效能進行測算，根據測算結果，采取有針對性的措施，充分地利用有效能，來提高有效能源的利用率。因此，從有效能的觀點來看，一切用能過程都要做到節約能源、合理的使用能源。

3 節能措施

環控通風的節能應貫穿整個工程工期，在工程可行性研究環節、初步設計階段、系統深化設計階段、設備設施的選型階段、施工階段以及后期運營等各個階段，均應有全面、有效、有針對性的考量與評判。

（1）軌道交通工程在設計初期，選用何種空調制式、車站采用何種建筑方案等都對車站節能方面有著重要的作用。所以我們在設計方案的時候，要盡可能的充分利用自然冷、熱源。近年來國內各軌道交通建設單位及設計院的環控通風專業都在圍繞著節能減排降耗，在冷源熱源等方面作出很多的新技術應用與改進工作，同時，在與自動化專業的廠家合作中，優化了通風系統的節能調節與控制策略。

（2）優化環控通風系統設計方案，優化設備的配置，實現可控制和可調節，依據環境參數優化設備的運行，減少時間表的控制，降低設備自身的損耗量，減少設備的維修兩，進一步的提高設備的安全運行和健康狀態，延長設備的使用壽命，提高運營的效率和運營的安全水平[2]。

（3）充分利用嚴寒地區的自然冷源、熱源。地下低溫地氣（冬暖夏涼）作為車站夏季冷源。歐美相當于中國長江已被的城市軌道交通中普遍沒有使用通風空調，因為這些城市年平均溫度都普遍低于環控送風溫度16℃，地下的土層溫度也接近于這個溫度，地鐵隧道內自然溫度也很接近于這個溫度，因此，只要隧道溫度控制的好，列車空調是可以少量開或者不開的。軌道交通工程相較于其他工程內部的發熱量是相對較大的，全年熱負荷性，所以應該采用節能的運行模式。嚴寒地區的氣候特點是冬天冷夏天熱，所以嚴寒地區軌道交通工程的通風設計應該要充分地考慮列車活塞風對車站的影響，充分利用其冷卻，這樣機械通風的運行時間就少了，能源就節約下來了。

（4）考慮到嚴寒地區冬季寒冷而漫長，室外溫度極低，軌道交通工程冬季采取閉式運行，他能基本阻隔軌道交通工程內部與外界大氣的通風方式。既關閉城市軌道交通車站內所有與室外聯通的活塞風井及風閥，車站的內部設置空氣調節系統，車站兩端有風井和屏蔽門。正常運行的時候，車站內乘客的新鮮空氣量主要是由空調系統來供應的，在這時風井處于一個關閉的狀態，列車的活塞風會把車站內的空氣帶入到區間隧道中去，這樣隧道內的空氣溫度就會在一個正常的狀態下。閉式系統運行時，活塞風對于泄壓是有一定要求的，所以我們為了解決這一需求，會在車站的兩端增加迂回風道以解決這一問題，而車站的出入口以及區間隧道的洞口處，我們一般設置空氣幕，這樣就能將其隔離開來。在冬季，軌道交通車站采用閉式運行時，利用站內較高的溫度與送入車站乘客所需的最小新風進行混合，在保證車站公共區溫度的前提下，節能效果也非常明顯。

（5）車站公共區通風機及隧道風機采用變頻調速控制。隧道通風系統的組成有兩部分，一是區間隧道機械通風（兼顧排煙，圖1），二是車站隧道通風系統（圖2）。

圖1 區間隧道機械通風（兼排煙）

圖2 車站隧道通風系統

因為軌道交通工程在地下建筑，所以太陽對其的輻射影響可以忽略不計，車站熱狀況主要受設備、照明、室內人員等影響，列車本身的發熱量對車站本身的影響也可以忽略不急，因此，人員的流量帶來的發熱量變化是車站公共區冷熱負荷的主要變化，我們主要對此考慮，在此基礎上進行設計采用變頻系統進行控制。在沈陽地鐵6號線的設計中，了解到車站排風機和區間事故風機采用可逆轉軸流風機，風機采用變頻控制。風機耐高溫280℃，高溫條件下持續運轉1.0h。正轉風量、風壓≈逆轉風量、風壓。噪聲水平是可逆軸流風機的重要指標，要求自風亭傳至站外的噪聲滿足環評報告的要求。風機變頻控制：車站排風機設置變頻器，一方面，滿足不同通風工況的不同通風參數要求；另一方面，根據季節、時段進行對通風系統進行全過程、精細化、智能化控制。

（6）注重設備選型，提高設備效率，一方面在設計過程中優先選擇高效、低耗的通風空調設備；另一方面采用合理的設備選型手段。例如，車站風機一臺機器可以用作多個用途，既可以正轉，又可以反轉，同一臺風機可以有多個不同的管路特性曲線。在選型時注意使其正常工況時的風機效率高于事故工況下的效率，這樣就可以節省風機在正常通風工作的情況下，對于能源的消耗量。同時各個專業系統在設計之初和設備選型的時候要考慮后期運營階段所涉及的節能問題，不同的運營時期，不同的時間段都是有不同的系統運行模式，我們應該根據實際情況劃分系統的運行模式，并且依據這些數據合理的去選擇設備的型號、數量以及容量，并同時加強控制管理，落實有效的控制方式和手段[3]。

再來對比下通風機的選型，老式通風機自身存在很多缺點，比如說浪費電、啟動時的瞬時電流大、自動化程度實現不高，所以對風機實施變頻改造應該建立在缺點上進行研究。它包括軟啟動和全停止，甚至可以列入無級變速的功能。變頻器就是這樣一種產品，它的有點在于在啟動時瞬時電流較小，因為在啟動的時候變頻器對于電機的速度是有一個很準確的把控，所以它的激動力矩相對于老式機器要大，這樣下來功率系數就高了很多，它既能滿足施工時候我們對于現場施工情況的要求，又能很好地改善供電質量，節約大量的電能，達到節能的目的。

國內目前使用的通風機基本是變頻風機，變頻后節能是原配置功率110kW·2的0.85，而某國外進口生產的變頻風機變頻后節能達到原配置l10kW·2的0.53，同功率型號通風機每小時節約70kW·h。空壓機選型比較，傳統空壓機站存在啟動電流大、卸載浪費、啟動數量浪費等問題，實現變頻技術后多臺空氣壓縮機都由變頻器來啟動實現帶載軟啟動避免了啟動沖擊電流和啟動給空氣壓縮機帶來的機械沖擊。系統循環帶載軟啟動、循環停機的工作方式實現了供氣量的連續調節保證了總管壓力穩定[4]。

4 結語

國家節能減排目標到2025年，全國單位國內生產總值能源消耗比2020年下降13.5%，能源消費總量得到合理控制，化學需氧量、氨氮、氮氧化物、揮發性有機物排放總量比2020年分別下降8%、8%、10%以上、10%以上。節能減排政策機制更加健全，重點行業能源利用效率和主要污染物排放控制水平基本達到國際先進水平，經濟社會發展綠色轉型取得顯著成效。在這一大背景下，對軌道交通工程環控通風系統采取有效地節能方式，最后使得環控通風在能耗上下降，達到了節能減排的目標，對改善自然環境起到了一個良好的作用，對建設綠色軌道交通工程有一個良好的推動，具有良好的經濟及社會效益。