空調(diào)通風(fēng)體統(tǒng)模式在地鐵車站中的應(yīng)用

南京地鐵運營有限責(zé)任公司 江蘇南京 210012

摘要：隨著社會快速發(fā)展，地鐵空調(diào)設(shè)備的機房面積逐漸減小、設(shè)備的投資和運行費用也越來越大，為了能夠滿足減少投資及運行費用需要進一步的做好地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的改進和節(jié)能工作。下文對地鐵車站空調(diào)通風(fēng)進行論述，進一步促進我國地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的長遠發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)；節(jié)能分析

1地鐵車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)能耗概況

近年來，我國城市軌道交通是以大量用電來保持運行的，而地鐵車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)是地鐵系統(tǒng)的用電主力之一。在地鐵整個運行過程中，列車運行的能耗最大，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的能耗緊排其次，而通風(fēng)空調(diào)設(shè)備能耗的大頭是水系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)因全天24 h不間斷運行緊排其后；通風(fēng)系統(tǒng)能耗的大頭又以大系統(tǒng)為主，所以為了達到地鐵技術(shù)節(jié)能及運營節(jié)能，需要從空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的水系統(tǒng)、大系統(tǒng)變頻運行模式方面進行全面的節(jié)能設(shè)計及探討。

2通風(fēng)系統(tǒng)變頻運行節(jié)能分析

在地鐵通風(fēng)系統(tǒng)中，變頻運行的節(jié)能技術(shù)措施主要使用于通風(fēng)系統(tǒng)中的大系統(tǒng)，實施變頻運行的大系統(tǒng)設(shè)備主要為組合式空調(diào)箱和回排風(fēng)機。針對組合式空調(diào)箱，通常使用一臺變頻器控制一臺電機功率為30 kW左右的電機，車站智能控制系統(tǒng)將回風(fēng)點的溫度、濕度轉(zhuǎn)換為焓值，通過與設(shè)定焓值對比，使用焓差控制變頻器，以調(diào)整空調(diào)箱風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，這樣可避免空調(diào)箱全速運行，還能使地鐵站公共區(qū)域內(nèi)保持一個適合的溫度和濕度，最終達到節(jié)能目標。對回排風(fēng)機也同樣采用一臺變頻器控制一臺電機，電機功率一般為15 kW，自動控制儀會把風(fēng)機出口的溫度、濕度轉(zhuǎn)換為焓值，然后與設(shè)定焓值進行對比，使用以上焓差對風(fēng)機轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，進而達到節(jié)能目標。

通風(fēng)系統(tǒng)的變頻調(diào)速是利用客流量變化，尤其非高峰與高峰時段，車站公共區(qū)人流量變化，列車行車間隔變化，所需要排放的熱量變化，將相應(yīng)的組合式空調(diào)機組、回排風(fēng)機的頻率降低，以達到節(jié)能的目的。變頻后功率與頻率的關(guān)系為立方關(guān)系：N0/N=（f0/f）3（其中N為工頻功率，f為50 Hz，N0為變頻功率，f0為變頻運行頻率），可達到顯著節(jié)能效果。以一車站為例：2臺組合式空調(diào)機組，每臺22 kW，采用變頻運行，頻率范圍30～50 Hz，高峰期兩臺設(shè)備按工頻運行，非高峰期變頻運行，設(shè)置運行頻率為30Hz。變頻運行時，電機功率為：22×（30/50）3=4.752 kW。在傳統(tǒng)模式下的運行耗電量：22×2×18=792度，變頻運行模式耗電量：22×2×6+4.752×2×12=378.048度，節(jié)約用電量（792-378.048）×365=151 092.48度。

3冷水系統(tǒng)節(jié)能分析

3.1一次泵變流量運行的節(jié)能分析

3.1.1一次泵變流量系統(tǒng)原理及組成

一次泵變流量空調(diào)水系統(tǒng)是為了適應(yīng)流經(jīng)末端用戶空調(diào)負荷的變化，通過調(diào)節(jié)二通閥改變流經(jīng)末端設(shè)備設(shè)施的冷水流量，并同時采用變頻冷凍泵，使空調(diào)系統(tǒng)的總循環(huán)冷水量符合末端設(shè)備的需求量，通過在安全流量范圍內(nèi)變化的冷水機蒸發(fā)器的水流量，使冷水機蒸發(fā)壓力、溫度、能效比保持穩(wěn)定狀態(tài)。變頻水泵的使用能夠降低水泵機組全年的能耗費用，冷卻水泵和冷水機組的運行時間也大大減少，降低了系統(tǒng)運行的費用，對地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減耗具有十分重要的意義。

標準車站的制冷系統(tǒng)每站設(shè)置2臺冷水機組、2臺冷凍水泵、2臺冷卻水泵、2組冷卻塔、2臺組合式空調(diào)機組、若干柜式風(fēng)機盤管機組，制冷系統(tǒng)總功率約為450 kW。為了達到節(jié)能減排、節(jié)約運營成本的目的，采用基于冷水機組群控的一次泵變頻控制節(jié)能新技術(shù)。根據(jù)車站的實際冷量消耗要求對冷凍、冷卻水設(shè)備進行變頻節(jié)能控制，冷水機組蒸發(fā)器側(cè)采用一次泵流量變頻控制，冷卻水側(cè)也采用變流量控制。冷水機組無級變頻可在15%～100%負荷之間調(diào)整，節(jié)能顯著。在一次泵變流量系統(tǒng)節(jié)能過程中，控制策略是直接關(guān)系到節(jié)能效果的關(guān)鍵點，冷水系統(tǒng)群控及變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 冷水系統(tǒng)群控及變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.2一次泵變流量系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

以南京為例，4～5月份，在溫度較低、空氣濕度小的環(huán)境下，冷水主機負荷小、能耗少，冷凍泵、冷卻泵、空調(diào)機大部分時間處于低頻運行，再加上冷水機組用電量少，電量基數(shù)小，整體節(jié)電率較高。6～9月份，由于溫度較高，水系統(tǒng)經(jīng)常滿負荷運轉(zhuǎn)，節(jié)電空間有限。10～11月外界溫度降低，整體節(jié)電率顯著回升?？梢妼τ谡麄€空調(diào)及空調(diào)過渡季節(jié)大約8個月的時間周期來說，其中有4個月的空調(diào)過渡季節(jié)利用一次泵變頻節(jié)能技術(shù)可產(chǎn)生一定的節(jié)能效益。以一車站為例：2臺冷凍水泵，每臺15 kW，采用變頻運行，頻率范圍30～50 Hz，高峰期2臺設(shè)備按工頻運行，非高峰期單臺變頻運行，設(shè)置運行頻率為30 Hz。變頻運行時，水泵功率為：15×（30/50）3=3.24 kW；在傳統(tǒng)模式下的運行耗電量：15×2×6+15×1×18=450度，而在變頻運行模式耗電量：15×2×6+3.24×1×18=238.32度，節(jié)約用電量（450-238）×240=50803.2度。

3.2末端電動二通閥開度自動控制節(jié)能分析

當?shù)罔F車站空調(diào)水系統(tǒng)采用定水量系統(tǒng)時，水泵和冷水機組的水量會保持不變，在分水器和供回水干管之間設(shè)置壓差調(diào)節(jié)閥，在末端設(shè)備設(shè)置電動二通閥，通過水流量的改變?nèi)ミm應(yīng)空調(diào)區(qū)的負荷要求，從而達到節(jié)能的目的。一次變頻泵變水流量系統(tǒng)主要由冷水機組、末端設(shè)備、一次水泵組成，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)水系統(tǒng)的區(qū)別就在于冷水機組常在變水流量工況下工作。在二通閥的調(diào)節(jié)過程中，系統(tǒng)負荷側(cè)冷凍水流量將發(fā)生變化，當末端設(shè)備的冷凍水流量隨負荷改變時，其兩端的壓差也在隨之改變，一次水泵的變頻器根據(jù)最不利環(huán)路的壓差信號，通過變頻改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變系統(tǒng)的水流量，以滿足末端設(shè)備的要求。為了適應(yīng)末端用戶空調(diào)負荷的變化，調(diào)節(jié)末端二通閥改變末端設(shè)備的冷凍水流量，根據(jù)負荷變化，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)水量剛好滿足負荷需求的水平，最終達到系統(tǒng)的節(jié)能。

4通風(fēng)系統(tǒng)與冷水系統(tǒng)的綜合節(jié)能分析

在對通風(fēng)系統(tǒng)和冷水系統(tǒng)的節(jié)能分析中，可以看出通過運用變頻調(diào)速的技術(shù)，可以在地鐵運營過程中起到節(jié)能降耗的作用。然而，在車站的實際通風(fēng)供冷當中，經(jīng)常遇到負荷變化，過渡性季節(jié)的情況，在這種情況下，在通風(fēng)系統(tǒng)和冷水系統(tǒng)變頻控制策略兩者中優(yōu)先采用哪一種？抑或同時采用而尋找中間一個平衡點來達到節(jié)能最大化。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制方案在過渡性季節(jié)需要滿足3個條件：保證地鐵站內(nèi)溫度低于30℃；滿足站內(nèi)人員的最小新風(fēng)量，站臺最小換氣次數(shù)大于5次（包括5次）。在滿足以上3個條件時，采用通風(fēng)變頻控制策略。在過渡季節(jié)，地鐵冷水系統(tǒng)需要根據(jù)負荷變化情況自動判斷冷水機組開啟臺數(shù)和調(diào)節(jié)冷機運行負載。在實際應(yīng)用中，站臺內(nèi)的乘客數(shù)量是不斷變化的，