地鐵車站空調負荷特征分析

毛金偉

（杭州鐵路設計院有限責任公司，浙江 杭州 315000）

對于我國地鐵線路運營費用情況調研，發現地鐵運營費中電能費用已達到50%，而通風空調占地鐵用電已經超過40%，成為地鐵第二大耗電用戶。在杭州地區，由于空調運行時間長，其能耗比例將更高。

1 負荷計算

1．1 工程概況

某杭州地鐵建設規模線路總長15.184km。在這個地鐵建設的設計中有12個車站，其中有6個換乘站，都是地下線路，而本站為地鐵建設中的其中一站，站中心里程DK10+284.55，車站有著17129.99m2的總建筑面積，地鐵車站的地下兩層中一層為站廳層一層為站臺層。車站總長度226m，標準段寬23.1m，車站站廳、站臺層左右端設置的是工作人員所主要停留的設備管理用房。在車站左右端地面上分設有活塞風亭2座，新風亭、排風亭各1座，按遠期2047年預測晚高峰小時進站客流量1683人次/h，出站客流量2404人次/h，車站之中公共區域的空調負荷進行了計算，與此同時我們按照早高峰小時進站客流量3276人次/h，出站客流量2823人次/h校核新風量。

空調系統按照不同的分類方式劃分是不一樣的，我們用功能特點來對其進行劃分，可以將車站之中的站廳、站臺公共區域被稱為空調系統的大系統類別，它們是為了給予我們乘客們所在的方便于走動的區域一種較為舒適以及衛生的過渡性質的環境。然后可以將車站之中的如設備室、照明配電室還有工作人員駐留的場所叫做小系統類別，它們是為了可以讓車站里面各種的裝配的設備還有工作人員提供一種相對來說安逸的生活環境以及合理的運行環境。

1．2 空調負荷計算分析

根據計算，地鐵站總冷負荷為1027kW，其中大、小系統冷負荷分別為588kW、439kW，占總負荷的比例分別為57.3%和42.7%。

1．3 大系統空調負荷計算分析

從圖2中可以看出，人員負荷占比9.9%，與室外氣象參數相關的新風、出入口通道、風道、風機溫升、以及屏蔽門滲透負荷等附加負荷占大系統總冷負荷的比例達到31.5%，這兩種時變型負荷占比達到41.4%，它們的逐時變化將會使大系統負荷產生較大的波動，乘客在站停留時間的站廳空調負荷波動性較強。其他照明、室內設備、圍護結構、便民設施及商鋪等與室外氣象參數相關性較小且不隨時間波動的負荷占比58.6%。

圖1 地鐵站大小系統負荷比例

圖2 地鐵站大系統各分項冷負荷占比圖

1．4 小系統空調負荷計算分析

從圖3可以看出，人員負荷占比2.6%，與室外氣象參數相關的新風負荷占小系統總冷負荷的比例達到26.2%，這兩種時變型負荷占比達到28.8%，它們的逐時變化將會使小系統負荷產生較大的波動。其他照明、室內設備與室外氣象參數相關性較小且不隨時間波動的負荷占比71.2%。

圖3 地鐵站小系統各分項冷負荷占比圖

2 空調負荷變化特性

2．1 影響空調負荷變化的主要因素

大系統各項負荷中，照明燈具、設備全天使用，其負荷比較穩定，本次計算這些負荷與圍護結構散熱、散濕為固定值，室外氣象參數、客流量等為主要因素影響總負荷的波動。

2．2 地鐵空調負荷變化規律

（1）冷負荷全天變化規律。大系統工作時段與列車運營時段相同為7:00～23:00。設計日大系統空調負荷變化規律見圖4。

圖4 車站客流及大系統空調負荷變化曲線

設備用房與管理用房共同組成了小系統負擔的房間，一般來說設備用房使用時間為全天，管理用房絕大部分都在地鐵運營時間才有人值守除值班房間外。

本站大小系統合用冷源，由于運行時間不一致，大系統及小系統中的管理用房每天18h運行，小系統中設備用房空調系統基本全天24h運行，導致全天空調總負荷變化幅度較大。另外地鐵空調系統按照遠期負荷設計，在不同的設計年限，空調總冷負荷也有較大的差異。

在列車運營時段，大小系統同時運行，大系統負荷率變化區間為62.3%～100%，大系統最小冷負荷約占設計總冷負荷的40%左右，對應的時間為早上發車時間。該時段小系統負荷也有所減少，則設計日列車運營期間的低谷時段（即大系統冷負荷最小的時段），大小系統冷負荷約為設計總冷負荷的68%左右。

對于本站來說，空調系統最小冷負荷出現在夜間列車停運，大系統停用，小系統繼續運行的時段（24:00～6:00）。根據計算，小系統冷負荷占總冷負荷比例為42.7%左右。夜間列車停運后，管理用房空調系統停用，車站需要的變電設備負荷降低，變電設備發熱量也相應降低，新風負荷隨室外氣象參數的變化也有所降低，綜合考慮這些因素進行計算，空調系統最小冷負荷約為設計總冷負荷的28%左右。

通過以上分析，將全天劃分為4個時段通過設計日車站空調負荷率，

（1）早高峰和晚高峰就是工作日的高峰時間段，其中系統的能耗大概是在82%～100%。

（2）早高峰已過晚高峰未達的時間段，負荷率大概是在80%～82%。

（3）當列車處于早高峰之前與晚高峰已過的時間段，負荷率在68%～80%左右。

（4）當列車停運時，此時由于設備用房空調系統是處于全天運行，導致負荷率大概是在28%。

3 結語

（1）車站空調系統是按照遠期夏季晚高峰運營條件計算空調負荷，設備按照遠期計劃安排所配置。因此受到設計年限、室外氣象參數、客流量等的影響，在絕大多數情況之下空調系統是處于部分負荷運行轉臺，負荷變化區間通常為28%～100%，要求空調系統具有良好的負荷調節能力，以及較高的部分負荷運行效率。

（2）空調系統新風負荷在大系統負荷中占比較高，而新風量又與客流量密切相關，應根據客流量的變化實時調整系統新風量，做到既滿足衛生要求，又節約能源。

（3）提高車站公共區相對濕度可以減少空調系統的能耗。在到達同一舒適度的前提下，我們可以將相對濕度的設計值向最高值靠攏，并以此控制空調系統的運行模式。