地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析

龔德高

摘 要：以縮小地鐵車(chē)站規(guī)模、減少工程投資為出發(fā)點(diǎn)，在滿足地鐵車(chē)站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)基本功能的前提下，通過(guò)對(duì)地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)水系統(tǒng)遇到的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)可通過(guò)設(shè)置單活塞風(fēng)井來(lái)壓縮車(chē)站規(guī)模，減少活塞風(fēng)亭對(duì)車(chē)站周?chē)h(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；原理；優(yōu)化控制；節(jié)能策略

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，在地鐵運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮著重要的作用。良好的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)可以根據(jù)地鐵內(nèi)部環(huán)境的變化自動(dòng)進(jìn)行溫度、濕度、風(fēng)量等調(diào)節(jié)，為乘客創(chuàng)造一個(gè)舒適愜意的乘車(chē)環(huán)境。

1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理

地鐵車(chē)站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由大系統(tǒng)、小系統(tǒng)和水系統(tǒng)構(gòu)成，三部分組成一個(gè)有機(jī)的整體，共同作用完成車(chē)站環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。大系統(tǒng)和小系統(tǒng)負(fù)責(zé)車(chē)站公共區(qū)和設(shè)備管理用房的通風(fēng)、排風(fēng)以及車(chē)站溫濕度的控制等。水系統(tǒng)為車(chē)站空調(diào)系統(tǒng)提供冷源，使組合空調(diào)機(jī)組完成熱交換過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)地鐵車(chē)站溫度調(diào)節(jié)。在地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)，空調(diào)新風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)向站內(nèi)輸送新風(fēng)；回排風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)站內(nèi)排風(fēng)；組合空調(diào)機(jī)組兼具送風(fēng)和制冷兩個(gè)方面的功能。組合空調(diào)通過(guò)冷凍水回路和空調(diào)水系統(tǒng)相連，將制冷后帶有設(shè)備熱負(fù)荷的冷凍水通過(guò)冷凍泵輸送到空調(diào)水系統(tǒng)的冷水機(jī)組，冷水機(jī)組通過(guò)熱交換將冷凍水熱量轉(zhuǎn)移到冷卻水，通過(guò)冷卻水回路和冷卻塔將熱量排放到大氣中。同時(shí)冷水機(jī)組將熱交換后形成的冷源，回饋到空調(diào)機(jī)組以便站內(nèi)制冷。

2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制

2.1 優(yōu)化控制思路

由于傳統(tǒng)的空調(diào)控制系統(tǒng)的控制方式屬于粗放式的控制，造成了極高的能源耗費(fèi)，因此必須尋找一種更加優(yōu)化的控制方式來(lái)代替。地鐵列車(chē)及其空調(diào)冷凝器的發(fā)熱量、新風(fēng)負(fù)荷、人員負(fù)荷隨行車(chē)密度及客流量波動(dòng)，不同時(shí)期、不同時(shí)段所需要的軌道排風(fēng)量、車(chē)站所需的新風(fēng)量和冷量都會(huì)因行車(chē)密度、客流量及屏蔽門(mén)開(kāi)啟時(shí)間的變化而有很大差異。在空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照車(chē)站最大設(shè)計(jì)負(fù)荷選定的，且留有余量。在實(shí)際使用中，空調(diào)系統(tǒng)大多處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，因此，對(duì)冷凍水回水閥進(jìn)PID調(diào)節(jié)，以控制冷凍水回水量，這是減少能耗的有效途徑。

2.2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制方案

2.2.1 變風(fēng)量變流量控制。變風(fēng)量控制主要是由設(shè)在車(chē)站兩端的組合式空調(diào)機(jī)組和回排風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在送風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)機(jī)上均配備變頻器，用來(lái)改變送風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可方便地調(diào)節(jié)送風(fēng)量和回風(fēng)量，使空調(diào)大系統(tǒng)成為變風(fēng)量系統(tǒng)。這樣，系統(tǒng)不僅能隨時(shí)改變供風(fēng)量以適應(yīng)風(fēng)量需求的變化，同時(shí)也有顯著的節(jié)能效果。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)與自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、屏蔽門(mén)系統(tǒng)及環(huán)境與設(shè)備控制系統(tǒng)的接口，可獲知當(dāng)前時(shí)段進(jìn)閘人數(shù)和出閘人數(shù)等客流信息、屏蔽門(mén)開(kāi)啟次數(shù)以及站內(nèi)的二氧化碳傳感器采集的信息，然后由綜合監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)這些信息實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)的新風(fēng)負(fù)荷和人員負(fù)荷。

2.2.2 分析比較。常規(guī)的定風(fēng)量變流量控制方式存在冷水量不能隨風(fēng)量同步變化的問(wèn)題，這也限制了冷水量的調(diào)節(jié)作用。而且地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷具有大干擾、高度非線性、不確定性、大滯后的特征，如果控制模型單純采用負(fù)反饋控制，容易造成系統(tǒng)的波動(dòng)和震蕩，難以達(dá)到預(yù)想的控制效果。采用變風(fēng)量變流量?jī)?yōu)化方案的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)揮變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量的優(yōu)勢(shì)，引入正反饋和負(fù)反饋控制，用于調(diào)節(jié)組合空調(diào)和新風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量以適應(yīng)負(fù)荷的波動(dòng)。對(duì)末端冷水量的調(diào)節(jié)引入正反饋控制，使冷水量隨風(fēng)量同步變化，增加了風(fēng)量調(diào)節(jié)的有效范圍，縮短了冷水量調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間。該方案考慮了冷水量和風(fēng)量的配合問(wèn)題，將變風(fēng)量控制和變流量控制有機(jī)地結(jié)合在一起，使整個(gè)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的性能得到了進(jìn)一步的優(yōu)化，而且該方案結(jié)構(gòu)清晰、控制流程簡(jiǎn)單、易于組態(tài)、容易編程，可以有效地節(jié)約地鐵運(yùn)營(yíng)的能耗。

2.2.3 軌道排熱風(fēng)機(jī)節(jié)能優(yōu)化控制。車(chē)行區(qū)排熱通風(fēng)系統(tǒng)中的排熱風(fēng)機(jī)的作用是排除列車(chē)進(jìn)站、停站、出站時(shí)產(chǎn)生的熱量，以減少列車(chē)發(fā)熱量對(duì)車(chē)站及區(qū)間的影響。車(chē)行區(qū)排熱系統(tǒng)在地鐵運(yùn)營(yíng)期間需長(zhǎng)期運(yùn)行，能耗巨大，且負(fù)荷變化明顯，因而排熱風(fēng)機(jī)有必要采用變頻技術(shù)。

3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能策略

從空調(diào)負(fù)荷分析，人員及新風(fēng)負(fù)荷是系統(tǒng)節(jié)能的重點(diǎn)，這需要根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求對(duì)風(fēng)量、水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。從系統(tǒng)運(yùn)行耗電分析，風(fēng)機(jī)、水泵等輸配系統(tǒng)是車(chē)站節(jié)能的重點(diǎn)，也需要根據(jù)車(chē)站負(fù)荷變化調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵等運(yùn)行狀態(tài)，降低運(yùn)行費(fèi)用。因此，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)、運(yùn)行的各個(gè)階段。

3.1 設(shè)計(jì)階段節(jié)能策略

3.1.1 優(yōu)化系統(tǒng)布置。車(chē)站設(shè)計(jì)時(shí)，本專(zhuān)業(yè)應(yīng)積極配合建筑專(zhuān)業(yè)，優(yōu)化風(fēng)道、房間的布置。風(fēng)井或機(jī)房位置應(yīng)保證管路通暢，協(xié)調(diào)減少土建直角彎，最大限度的減少不合理的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致車(chē)站能耗加大的情況。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)強(qiáng)化節(jié)能意識(shí)。設(shè)計(jì)師應(yīng)充分結(jié)合地鐵負(fù)荷特點(diǎn)，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)置，盡量減小風(fēng)管直角彎，合理科學(xué)選擇空調(diào)設(shè)備，杜絕“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象。

3.1.2 大溫差送風(fēng)。對(duì)于設(shè)備管理用房，合理加大送風(fēng)溫差。因送風(fēng)溫差的增大，使送風(fēng)量大大減小，可節(jié)省系統(tǒng)的一次投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于車(chē)站變電所及發(fā)熱量大的電氣用房，保證在電氣設(shè)備空載時(shí)不結(jié)露的情況下，適當(dāng)提高送風(fēng)溫差，一般取△T≈15～19℃。

3.2 運(yùn)行階段節(jié)能策略

3.2.1 風(fēng)機(jī)變頻變風(fēng)量調(diào)節(jié)。由于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)期高峰客流運(yùn)營(yíng)條件來(lái)計(jì)算的，在客流量遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻器來(lái)調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量。

3.2.2 空調(diào)水系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)。在空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照車(chē)站最大設(shè)計(jì)負(fù)荷選定的，且留有余量。在實(shí)際使用中，空調(diào)系統(tǒng)大多處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，因此，采用變頻器來(lái)調(diào)節(jié)水流量是減少能耗的有效途徑。

3.2.3 采用不同的運(yùn)行模式。夏季最大限度的減小新風(fēng)負(fù)荷，合理利用過(guò)渡季節(jié)自然冷源是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的有效措施。通過(guò)以下的運(yùn)行方式可達(dá)到較好的節(jié)能目的。①空調(diào)小新風(fēng)工況。當(dāng)站外空氣焓值大于車(chē)站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)采用小新風(fēng)加一次回風(fēng)運(yùn)行。②空調(diào)全新風(fēng)工況。當(dāng)站外空氣焓值小于或等于車(chē)站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值，并且站外空氣溫度大于空調(diào)送風(fēng)溫度時(shí)，采用全新風(fēng)空調(diào)運(yùn)行，空調(diào)器處理室外新風(fēng)后送至空調(diào)區(qū)域，回/ 排風(fēng)全部排至車(chē)站外。③通風(fēng)工況。當(dāng)站外空氣溫度小于空調(diào)送風(fēng)溫度時(shí)，停止冷水機(jī)組運(yùn)行，外界空氣不經(jīng)處理直接送至空調(diào)區(qū)域，回/排風(fēng)則全部排出車(chē)站外。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析，地鐵車(chē)站空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求對(duì)風(fēng)量、水量進(jìn)行變頻控制，以及不同季節(jié)采用不同的運(yùn)行模式，都能起到良好的節(jié)能效果。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)同樣可以達(dá)到節(jié)能目的。然而，有效并全面降低地鐵系統(tǒng)的能耗是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，需要各專(zhuān)業(yè)密切協(xié)作，節(jié)能意識(shí)更需要貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中。隨著新型節(jié)能空調(diào)設(shè)備的不斷發(fā)明，以及優(yōu)化方案的不斷開(kāi)發(fā)，地鐵節(jié)能前景必將更為廣闊！

參考文獻(xiàn)

[1] 曾瑜，陳麗華.對(duì)廣州地鐵風(fēng)亭設(shè)計(jì)的總結(jié)與思考[J].廣州建筑， 2010（02）.

[2] 張洪強(qiáng).淺談?wù)舭l(fā)冷凝技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用[J].山西建筑，2011（16）.

[3] 吳晶.淺談南京地鐵二號(hào)線車(chē)站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)[J].科技信息，2010 （25）.

[4] 袁鳳東.智能化地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究[D].2006.