城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究與應(yīng)用

張世勇，張國華

0 引言

城市軌道交通（地鐵）憑借著快速、高效、載客量大的特點，已成為各大城市緩解交通壓力的重要手段。截止目前，國內(nèi)一、二線等城市都在大規(guī)模的修建地鐵，然而，其運行后的巨大能耗引起了社會的廣泛關(guān)注，“節(jié)能”已成為人們最為迫切的愿望。

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵運行中的重要設(shè)備系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著對地下空間的空氣溫度、濕度、空氣流速和空氣品質(zhì)進行控制的任務(wù)，據(jù)統(tǒng)計，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗約為地下線能耗的30%以上，僅次于車輛牽引用電能耗，節(jié)能潛力巨大。

本文重點對既有地下車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進行實際測試，并對測試數(shù)據(jù)進行分析以尋求節(jié)能方法，進而為通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的方案設(shè)計和推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能測試

1.1 測試方案

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要是指對地鐵運營空間的空氣溫度、濕度、空氣流速和空氣品質(zhì)進行控制的系統(tǒng)，其控制手段主要通過風(fēng)的流動完成。因此，選擇地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)系統(tǒng)進行測試試驗。

為了達到測試數(shù)據(jù)的精確度，通常采用集成閉式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（閉式是指地鐵內(nèi)部與外部空氣隔絕），即地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)的送、排風(fēng)機兼任區(qū)間隧道事故風(fēng)機，送風(fēng)道內(nèi)設(shè)置可電動開啟型表冷器和空氣過濾器，送、排風(fēng)機均為20#可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機，并設(shè)置了變頻調(diào)速裝置。

（1）耗電量測試。耗電量測試通過加裝智能型電表實現(xiàn)。在車站送、排風(fēng)機的變頻控制柜內(nèi)加裝PM1200型電力參數(shù)測量儀表，對其運行的電力參數(shù)進行實時監(jiān)測，并可以上傳電力監(jiān)控系統(tǒng)進行記錄和統(tǒng)計。

（2）車站公共區(qū)環(huán)境溫濕度測試。車站公共區(qū)環(huán)境溫濕度測試通過加裝溫濕度自記儀實現(xiàn)，在送、排風(fēng)道、車站公共區(qū)共安裝了10臺RR002型溫濕度記錄儀，記錄的溫濕度數(shù)值可定期通過USB接口導(dǎo)出，并可與BAS系統(tǒng)記錄的數(shù)值進行對比。

1.2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式

地鐵公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)一般按既定的運行時間表自動執(zhí)行，運行模式一般分為空調(diào)小新風(fēng)、空調(diào)全新風(fēng)、過渡季通風(fēng)和冬季通風(fēng)等，分別對應(yīng)不同的風(fēng)機、風(fēng)閥、表冷器、冷水系統(tǒng)等設(shè)備的開閉組合，送、排風(fēng)機的運行頻率為設(shè)定頻率。設(shè)計的運行模式如表1所示。

表1 地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年運行典型模式表

1.3 測試數(shù)據(jù)描述

（1）耗電量測試結(jié)果。測試是在1月份某天夜間地鐵停運后開始的，根據(jù)測試方案，通過BAS系統(tǒng)分別按不同運行模式開啟風(fēng)機、風(fēng)閥、表冷器，并使風(fēng)機在不同運行頻率下工作，得到各模式下、各頻率下的風(fēng)機運轉(zhuǎn)功率數(shù)據(jù)；并增加2種模式作為對比方案，分別是送風(fēng)機送風(fēng)、出入口自然排風(fēng)和排風(fēng)機排風(fēng)、出入口自然進風(fēng)，同時也調(diào)整風(fēng)機在不同頻率下工作進行耗電量測試。鑒于篇幅，以下僅列出30 Hz下各模式風(fēng)機的功率測試數(shù)據(jù)，詳見表2。

表2 風(fēng)機功率測試數(shù)據(jù)表

（2）溫濕度測試結(jié)果。測試車站公共區(qū)站臺層和站廳層的冬季某日溫度曲線如圖1、圖2所示，由于測試是在冬季進行的，待其他季節(jié)再進行相關(guān)的測試和分析。

2 測試數(shù)據(jù)分析

2.1 耗電量測試數(shù)據(jù)分析

從表2的測試數(shù)據(jù)可以看出，風(fēng)機采用變頻風(fēng)機后，有較好的節(jié)能效果。但對于同一臺風(fēng)機，相同運行頻率、不同運行模式下的實際運行功率有所差別，主要是因為管路特性曲線變化引起風(fēng)機工作點發(fā)生變化，變化的幅度一定程度上能夠反映當(dāng)時實際產(chǎn)生風(fēng)量的差異。

全新風(fēng)（通風(fēng)）模式和全新風(fēng)（空調(diào)）模式的區(qū)別僅在于表冷器的開啟與關(guān)閉，全新風(fēng)（通風(fēng)）模式下，門式表冷器處于開啟狀態(tài)，風(fēng)機無需克服表冷器的阻力，表現(xiàn)在測試數(shù)據(jù)上，則是送風(fēng)機的功率下降了1.1 kW，約為4.5%，節(jié)省了運行能耗。

對比全新風(fēng)（通風(fēng)）模式、送風(fēng)（單送，通風(fēng)）和排風(fēng)（單排，通風(fēng)）模式的測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其送、排風(fēng)機的實際運行功率有所區(qū)別，但區(qū)別很小，考慮到其中的記錄誤差，可以認(rèn)為由于出入口的面積較大，公共區(qū)采用機械送風(fēng)、機械排風(fēng)的方式，與采用機械排風(fēng)、出入口自然進風(fēng)或者機械送風(fēng)、出入口自然排風(fēng) 2種方式產(chǎn)生的實際通風(fēng)量差別不大，所以，采用后2種單排、單送的方式替代送、排的方式是很好的節(jié)能選擇，而由于排風(fēng)機的功率比送風(fēng)機的功率有較大幅度的下降，所以，機械排風(fēng)、出入口自然進風(fēng)的方式是最為節(jié)能的方式。

2.2 溫濕度測試數(shù)據(jù)分析

根據(jù)圖1、圖2可以看出，地鐵車站早、晚高峰特點較為明顯，尤以早高峰溫度上升較為明顯。但是，由于現(xiàn)階段冬季日間通風(fēng)時間為 10：00～18：00，故在日間平峰時段內(nèi)，站廳溫度受到機械通風(fēng)及列車活塞風(fēng)效應(yīng)的影響較大，室外低溫空氣的引入會造成站廳溫度偏低的情況，日間局部時段出現(xiàn)接近5℃的低溫。而該時段站臺因有一定的人員發(fā)熱及列車等設(shè)備發(fā)熱，受到室外低溫空氣的影響較小，日間站臺溫度基本維持在12～14℃。

圖1 站臺層全日溫濕度曲線圖

圖2 站廳層溫濕度曲線圖

2.3 節(jié)能分析

測試數(shù)據(jù)顯示，相對實際采用的機械送風(fēng)、機械排風(fēng)的方式，機械排風(fēng)、出入口自然進風(fēng)方式節(jié)能幅度達到60%，但其缺點是室外空氣不經(jīng)過濾直接進入地鐵，會帶進一部分灰塵，如果擔(dān)心灰塵問題，可采用機械送風(fēng)、自然排風(fēng)的方式，也能收到40%左右的節(jié)能率。

對于冬季，測試數(shù)據(jù)顯示站廳、站臺溫度差距較大，說明列車運行活塞風(fēng)對站廳的影響較大且站廳層的發(fā)熱量較小，采用機械送風(fēng)、自然排風(fēng)的方式能夠在一定程度上抵消活塞風(fēng)引入的室外空氣，站臺層的熱量也會進入站廳層，對縮小差距有很大幫助。在風(fēng)機運行時間上，早高峰和晚高峰進行通風(fēng)較好，其他時段則應(yīng)采用閉式運行方式，每日運行時間縮短4 h，可節(jié)省50%的運行能耗。

3 結(jié)束語

通過對地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的測試分析，得出結(jié)論，采用機械排風(fēng)配合自然進出風(fēng)的技術(shù)創(chuàng)新和合理調(diào)節(jié)風(fēng)系統(tǒng)工作運行時段，其節(jié)能的效果可以到達預(yù)期效果。

因此，依據(jù)實際人員流動和季節(jié)溫度變化的特點，優(yōu)化設(shè)計方案，調(diào)整現(xiàn)有地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)布局，挖掘現(xiàn)有設(shè)備節(jié)能潛力，有著十分現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。同時，也可以有效地降低大規(guī)模改造帶來的成本壓力，為新地鐵線設(shè)計和建設(shè)提供幫助。