我國地鐵發(fā)展迅速，截至2015年3月25日，共有38個城市獲批地鐵項目，其中有32個城市已動工，至2020年預(yù)計將投入約2.5萬億元在地鐵項目建設(shè)中。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵環(huán)控系統(tǒng)的重要組成部分，其能耗占地鐵總能耗的30％以上，占地鐵車站能耗的70％以上，是整個地鐵系統(tǒng)僅次于牽引供電的第二大耗能板塊，因此有必要探討其節(jié)能潛力。

 

　　1地鐵站室內(nèi)環(huán)境要求的特殊性

 

　　1.1溫濕度要求低

 

　　從進站、候車到上車，乘客在車站僅停留3～5 min，為節(jié)約能源，只考慮保證乘客由地面進入車站有較涼快的感覺，滿足“暫時舒適”即可。GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》對地鐵站溫濕度的要求為：當車站采用通風(fēng)系統(tǒng)時，公共區(qū)夏季室內(nèi)空氣計算溫度不宜高于室外空氣計算溫度5℃，且不應(yīng)超過30℃；當車站采用空調(diào)系統(tǒng)時，站廳公共區(qū)的空氣計算溫度應(yīng)低于空調(diào)室外空氣計算干球溫度2～3℃，且不應(yīng)超過30℃，站臺公共區(qū)的空氣計算溫度應(yīng)低于站廳１～２℃，相對濕度均應(yīng)為40％～70％；地下車站及區(qū)間隧道可不設(shè)供暖系統(tǒng)。可見地鐵站溫濕度要求略低于普通舒適性空調(diào)。

 

　　1.2保障時間長

 

　　地鐵從早晨到晚間一直處于運行狀態(tài)，《城市軌道交通試運營基本條件》與《城市軌道交通運營管理規(guī)范》規(guī)定，城市軌道交通線路的全天運營時間不得少于15 h，運營期間，地鐵站內(nèi)的空氣環(huán)境必須滿足相關(guān)要求。

 

　　2負荷分析及設(shè)計現(xiàn)狀

 

　　地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的組成如圖1所示，本文主要對車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進行分析。

 

　　圖1地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)組成

 

　　2.1負荷結(jié)構(gòu)

 

　　由于屏蔽門的應(yīng)用，活塞風(fēng)給車站帶來的額外通風(fēng)量顯著減少，列車發(fā)熱量對車站空調(diào)負荷的影響也大大減小。地鐵站深埋于地下，周圍巖土的傳熱有利于降低空調(diào)負荷，太陽輻射對空調(diào)負荷的影響可忽略不計，因此負荷主要包括人員散熱、設(shè)備散熱（照明、廣告燈箱、自動售檢票設(shè)備、扶梯、電梯等）、區(qū)間與站臺公共區(qū)的散熱、出入口熱滲透以及新風(fēng)所形成的負荷。

 

　　2.2負荷的變化特性

 

　　與客流量相關(guān)的負荷有人員散熱負荷、新風(fēng)負荷及部分設(shè)備負荷（如自動售檢票設(shè)備、扶梯等）；與室外氣溫相關(guān)的負荷有新風(fēng)負荷、出入口散熱負荷?？土髁拷谂c遠期差別很大，近期的客流量僅為遠期的30％～50％，且每天不同時段客流量不同，圖2顯示了某地鐵站客流量在一天內(nèi)的變化情況。室外氣溫也是不斷變化的，圖3顯示了重慶最熱月7月的氣溫變化情況。

 

　　圖2地鐵站客流量日變化

 

　　圖3重慶最熱月干球溫度變化

 

　　2.3設(shè)計現(xiàn)狀及運行中存在的問題

 

　　空調(diào)系統(tǒng)按預(yù)測的遠期客流量和大通過能力進行設(shè)計，GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》要求空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備宜按遠期和近期配置，并宜分期實施。但在實施過程中，很多項目的做法是制冷主機分期實施，空調(diào)末端一次性配置齊全，有的項目甚至制冷主機也一次安裝完成。目前，地鐵空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)一般采用一次回風(fēng)定風(fēng)量系統(tǒng)，水系統(tǒng)形式為主機定流量、末端變流量。近期負荷通常遠小于遠期負荷，此外，相關(guān)研究表明，由于長期運行，不斷向周邊巖土排熱，巖土溫度緩慢上升，會加大遠期負荷。近期空調(diào)需求與系統(tǒng)供給能力嚴重不匹配，會產(chǎn)生兩方面的問題：一是產(chǎn)生過冷現(xiàn)象，室內(nèi)溫度明顯低于設(shè)計溫度；二是設(shè)備長期低效運行，能耗高。

 

　　3實例分析

 

　　3.1工程簡介

 

　　重慶某地下雙層島式車站，地下1層為站廳層，地下2層為站臺層。埋深46.8 m，總建筑面積9 163.88 m2，出入口5個。采用屏蔽門系統(tǒng)，按遠期2037年高峰小時客流量16676人次/h進行設(shè)計，設(shè)計參數(shù)見表1，主要設(shè)備見表2。

 

　　1）服務(wù)于A端的電控室、配電室等；2）服務(wù)于B端的電控室、電池室、站長室等；3）服務(wù)于B端的變電所、高壓柜室等。

 

　　3.2運行現(xiàn)狀

 

　　空調(diào)系統(tǒng)有3種運行模式，即空調(diào)季1、空調(diào)季2、通風(fēng)季?？照{(diào)季１是指小新風(fēng)狀態(tài)（室內(nèi)所需最小新風(fēng)量狀態(tài)）；空調(diào)季２是指全新風(fēng)狀態(tài)；通風(fēng)季是指關(guān)閉水系統(tǒng)，送排風(fēng)機均開啟的狀態(tài)。5—10月運行空調(diào)季1，2模式，其余月份運行通風(fēng)季模式。地鐵運營時間為06：30—22：30，大系統(tǒng)運行時間為06：00—23：00，小系統(tǒng)在空調(diào)季有一半以上的時間每天24 h運行。

 

　　該項目運行至今，冷水機組、冷卻塔、冷卻水泵、冷水泵均只開啟了1臺，冷水出水溫度設(shè)定為10℃，即使在8月的晚高峰，站臺內(nèi)的溫度都在24℃以下，這表明設(shè)計容量遠大于目前的需求量。系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)設(shè)備的容量是相匹配的，目前冷水機組、水泵、冷卻塔的供應(yīng)能力通過減少運行臺數(shù)，即分別只運行1臺進行調(diào)控，但是對末端設(shè)備（空調(diào)機組、空調(diào)器、回排風(fēng)機）卻沒有采用相應(yīng)措施來降低其輸出能力（按理應(yīng)與水系統(tǒng)設(shè)備的輸出能力相匹配）。應(yīng)采取措施降低末端設(shè)備的輸出能力，當然，此時的措施不是減少其運行臺數(shù)，而是降低風(fēng)機的運轉(zhuǎn)頻率。

 

　　3.3節(jié)能運行措施?

 

　　3.3.1增設(shè)冷水泵變頻器

 

　　增設(shè)冷水泵變頻器，改為冷水機組變流量系統(tǒng)，不僅可以降低白天運行期間水泵的能耗，而且還可以顯著降低夜間只有小系統(tǒng)運行時水泵的能耗。

 

　　3.3.2按需供應(yīng)新風(fēng)

 

　　大系統(tǒng)增設(shè)小新風(fēng)機變頻器，在站廳和站臺內(nèi)設(shè)CO2濃度探測器，根據(jù)CO2的設(shè)定要求改變小新風(fēng)機的運轉(zhuǎn)頻率，調(diào)節(jié)新風(fēng)供應(yīng)量。當運行模式為空調(diào)季1（小新風(fēng)工況）時，一方面可以降低新風(fēng)機自身能耗，另一方面可顯著減少空調(diào)系統(tǒng)負荷，進而降低冷水機組和水泵能耗。

 

　　3.3.3增設(shè)組合式空調(diào)器、回排風(fēng)機變頻器

 

　　組合式空調(diào)器、回排風(fēng)機的輸出能力相對于近期需求嚴重過剩，增設(shè)變頻器，合理降低其運轉(zhuǎn)頻率，實現(xiàn)系統(tǒng)輸出量與需求量的匹配。

 

　　3.3.4改善空調(diào)季2運行模式

 

　　當進入空調(diào)季2（全新風(fēng)工況）運行模式時，關(guān)閉回排風(fēng)機，利用5個出入口（每個出入口面積在15 m2以上）進行自然排風(fēng)，降低回排風(fēng)機的運行能耗。

 

　　3.3.5改善通風(fēng)季運行模式

 

　　將通風(fēng)季細分為過渡季和冬季，過渡季為10月中旬至11月中旬及3月初至5月初，冬季為11月下旬至３月初。過渡季開啟回排風(fēng)機排風(fēng)，關(guān)閉大系統(tǒng)組合式空調(diào)器，利用地鐵站5個出入口自然進風(fēng)；冬季開啟組合式空調(diào)器送風(fēng)，關(guān)閉回排風(fēng)機，利用5個出入口自然排風(fēng)。冬季室外溫度低，站內(nèi)溫度高于室外溫度，利用出入口排風(fēng)對乘客而言感覺更舒適。同時，根據(jù)控制CO2濃度和室內(nèi)溫度不超標所需風(fēng)量的大值調(diào)整風(fēng)機的運轉(zhuǎn)頻率。

 

　　3.3.6同時運行2臺冷卻塔

 

　　目前冷卻塔只運行了1臺，未充分利用2臺冷卻塔的散熱散濕面積，調(diào)整控制策略，讓2臺冷卻塔同時運行（冷水機組和水泵運行臺數(shù)保持不變），降低冷卻水溫度，提高冷水機組能效。

 

　　3.3.7增設(shè)在線清洗系統(tǒng)

 

　　增設(shè)一套水系統(tǒng)在線自動清洗系統(tǒng)，降低冷水機組能耗。

 

　　3.3.8補設(shè)能量計量裝置

 

　　補設(shè)空調(diào)系統(tǒng)的能量計量裝置。

 

　　3.4節(jié)能量與節(jié)能效益（詳見原文）

 

　　4結(jié)論

 

　　1）地鐵站室內(nèi)環(huán)境具有溫濕度要求低、但保障時間長的特殊性。

 

　　2）地鐵站空調(diào)總負荷中60％～70％的負荷是變化的，地鐵站空調(diào)系統(tǒng)的供給能力相對于近期需求嚴重過剩，對冷水泵、小新風(fēng)機、組合式空調(diào)器、回排風(fēng)機增設(shè)變頻器，節(jié)能效果顯著，節(jié)能效益明顯。

 

　　3）合理利用地鐵站的幾何空間特性，改善空調(diào)季2、通風(fēng)季運行模式，充分利用自然排風(fēng)、自然進風(fēng)，可以明顯降低環(huán)控系統(tǒng)能耗。

 

　　4）鑒于地鐵站近期與遠期負荷的巨大差異，設(shè)計時應(yīng)按遠期統(tǒng)一規(guī)劃，冷源設(shè)備及水泵分期實施，水泵與末端空調(diào)設(shè)備均設(shè)變頻器，先實施的冷源設(shè)備至少采用1臺變頻調(diào)速機組。（來源：網(wǎng)絡(luò)）

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本文標題：地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造潛力分析

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