南昌地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析

廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司 廣州 510010

摘要：地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗占地鐵車站總能耗的45%以上，因此如何有效降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗是車站節(jié)能的重點(diǎn)。通過對地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)地能耗分析，提出在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計階段，采用優(yōu)化系統(tǒng)布置、大溫差送風(fēng)的措施，具有較好的節(jié)能效果；運(yùn)行階段，本文通過對南昌2號線一期通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)例進(jìn)行分析，提出相應(yīng)節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞：地鐵；通風(fēng)空調(diào)；節(jié)能

引言

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)包括隧道通風(fēng)系統(tǒng)、車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)（簡稱大系統(tǒng)）、車站設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（簡稱小系統(tǒng)）、車站空調(diào)水系統(tǒng)（簡稱水系統(tǒng)）。

根據(jù)廣州已運(yùn)營線路的能耗分析，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占城市軌道交通能耗的30%～40%，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能對于南昌市軌道交通2號線一期工程（以下簡稱南昌2號線一期工程）的節(jié)能具有非常重要的意義。

1 站臺門系統(tǒng)能耗分析

根據(jù)南昌的氣候特點(diǎn)，根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，南昌2號線一期工程的車站設(shè)置了空調(diào)系統(tǒng)。同時在站臺設(shè)置了全封閉站臺門，將站臺與隧道分隔，可以減少站臺冷風(fēng)泄漏至隧道，或由出入口泄漏至地面。根據(jù)南方城市已運(yùn)營地鐵線路的實(shí)際運(yùn)營數(shù)據(jù)，全封閉站臺門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)相比不但具有明顯的節(jié)能效果，還可以提高服務(wù)水平，保障乘客安全。

根據(jù)廣州地鐵一號線全封閉站臺門改造的研究成果，全封閉站臺門改造后，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗約為閉式系統(tǒng)的1/3。根據(jù)運(yùn)營經(jīng)驗，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)全封閉站臺門的密封性能，減少車站與隧道之間的空氣流通，可以更好的節(jié)省車站空調(diào)冷量損失、節(jié)約能源。

設(shè)置全封閉站臺門后，列車運(yùn)行的空氣阻力將增加，但在80km/h速度以下運(yùn)行情況下，空氣阻力占列車運(yùn)行阻力的5%左右，占的比重非常小，因增加站臺門而增加的列車運(yùn)行阻力將更小，根據(jù)目前了解的數(shù)據(jù)，暫不考慮此部分增加的能耗。

設(shè)置全封閉站臺門后，隧道內(nèi)的溫度較閉式系統(tǒng)升高5～10度，將增加列車空調(diào)器的運(yùn)行能耗約20%。同時，全封閉站臺門本身也需要消耗電能。

經(jīng)測算，采用全封閉站臺門系統(tǒng)后，南昌2號線一期工程通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗，較閉式系統(tǒng)全年節(jié)省的運(yùn)行能耗約4千萬千瓦時，節(jié)能效果非常明顯。

2.水系統(tǒng)的節(jié)能分析

通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)的能耗占通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)總能耗的30%，通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能對通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能至關(guān)重要。

1）供冷形式

南昌2號線一期工程的通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)采用了分站供冷形式，一次泵末端變流量系統(tǒng)，分站供冷較集中供冷系統(tǒng)節(jié)省了10%輸送能耗。

分站供冷形式能耗雖然較省，但冷卻塔的設(shè)置數(shù)量較多，且分散，在工程具體實(shí)施工程中，應(yīng)注意處理冷卻設(shè)置對周邊環(huán)境的影響，同時應(yīng)采取措施減少景觀及消聲措施對冷卻塔冷效的影響。

目前，冷凍水一次泵變流量系統(tǒng)在國內(nèi)已有部分城市應(yīng)用，南昌2號線一期工程應(yīng)積極研究冷水系統(tǒng)一次泵變流量系統(tǒng)，在保證系統(tǒng)可靠性的前提下，積極采用，節(jié)省水系統(tǒng)運(yùn)行能耗。特別應(yīng)注意降低水泵的輸送能耗時，不應(yīng)增加冷水機(jī)組的運(yùn)行能耗。

2）設(shè)備的選擇計算

冷水機(jī)組是通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中重要的能耗設(shè)備，南昌2號線一期工程采用了二級能效的冷水機(jī)組，是按最小壽命周期成本的節(jié)能型產(chǎn)品的門檻標(biāo)準(zhǔn)。滿足國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求，且目前市場上產(chǎn)品較多，符合節(jié)能設(shè)計的原則。

冷卻塔是空調(diào)水系統(tǒng)的重要設(shè)備，冷卻塔水溫度對冷水機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行及降低冷水機(jī)的運(yùn)行能耗具有重要的意義，南昌2號線一期工程冷卻塔的選型標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)放大，有利于冷水機(jī)組的節(jié)能運(yùn)行。

冷水機(jī)數(shù)量及冷量的選取對水系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行同樣具有重要意義，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的空調(diào)逐時負(fù)荷計算，保證冷源的正確選取。冷水機(jī)組的選擇應(yīng)保證大部分的運(yùn)行時間能，設(shè)備處于高效運(yùn)行區(qū)，同時應(yīng)采取措施保證夜間小系統(tǒng)低負(fù)荷情況下，冷水機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

3. 隧道通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能分析

1）活塞風(fēng)道的設(shè)置

南昌2號線一期工程的隧道通風(fēng)系統(tǒng)針對工程特點(diǎn)，采用以雙活塞系統(tǒng)為主，在車站周邊風(fēng)亭布置條件較差的車站以單活塞系統(tǒng)相結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)置方案。在車站兩端各設(shè)了兩個16平方米的活塞風(fēng)道，活塞風(fēng)道的設(shè)置能降低隧道內(nèi)的溫度，能降低列車運(yùn)行的阻力，從而減少列車空調(diào)及牽引的能耗。同時雙活塞風(fēng)井的方案能減少站臺門漏風(fēng)量，減少車站空調(diào)冷量的泄露，降低了車站空調(diào)能耗。滿足節(jié)能設(shè)計的要求。

2）車站隧道排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置

南昌2號線一期工程根據(jù)工程特點(diǎn)，車站隧道排風(fēng)系統(tǒng)，采用了單獨(dú)設(shè)置排風(fēng)機(jī)，兩端對稱排風(fēng)的方案。

目前，在廣州已建線路中，車站隧道排風(fēng)系統(tǒng)采用了兩種系統(tǒng)方案：單獨(dú)設(shè)置車站隧道排風(fēng)機(jī)或隧道風(fēng)機(jī)變頻兼作車站隧道排風(fēng)機(jī)。均按近遠(yuǎn)期運(yùn)營條件的計算風(fēng)量運(yùn)行。未考慮季節(jié)變化、行車的變化及隧道內(nèi)溫度變化。根據(jù)廣州地鐵二號線的實(shí)測數(shù)據(jù)，排風(fēng)量較設(shè)計風(fēng)量偏大。

建議在南昌2號線一期采取措施，提高隧道風(fēng)機(jī)的效率，同時保證排熱風(fēng)的工作點(diǎn)位于風(fēng)機(jī)的高效區(qū)，保證系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。根據(jù)行車、季節(jié)變化及室外溫度變化，按時間表變頻運(yùn)行，或者同時在車站隧道的適當(dāng)位置設(shè)置溫度傳感器，排風(fēng)機(jī)根據(jù)隧道溫度變頻運(yùn)行。進(jìn)一步提高節(jié)能效果。

4.大、小系統(tǒng)節(jié)能分析

1）大系統(tǒng)新風(fēng)量的理選取

在地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，一般新風(fēng)量的取值按站臺門漏風(fēng)、人員新風(fēng)（12.6m3/h）、系統(tǒng)風(fēng)量的10%的最大值取值。系統(tǒng)新風(fēng)比及新風(fēng)負(fù)荷非常高，在小客流車站，系統(tǒng)新風(fēng)量在30～50%之間，新風(fēng)負(fù)荷經(jīng)常達(dá)到40%～50%，能源消耗非常嚴(yán)重。如果能減少新風(fēng)量，節(jié)能潛力將非常大。

經(jīng)過系統(tǒng)計算及實(shí)際測試，站臺門漏風(fēng)量客觀存在，且實(shí)測數(shù)據(jù)基本驗證了計算值。但是需要明確的是，站臺門漏風(fēng)量與車站隧道排風(fēng)量、列車停站時間、開門次數(shù)、開門數(shù)量及出入口設(shè)置、活塞風(fēng)井設(shè)置等有關(guān)，其中，開門次數(shù)與行車的發(fā)車對數(shù)有關(guān)。站臺門漏風(fēng)量基本按遠(yuǎn)期的行車計算取值，車站隧道排風(fēng)量也是按遠(yuǎn)期的計算取值。因此，在初、近期或低密度發(fā)車時段，新風(fēng)量存在較大的裕量。同時實(shí)際測試過程中發(fā)現(xiàn)，壓頭選取的原因，新風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行新風(fēng)量遠(yuǎn)大于設(shè)計新風(fēng)量，新風(fēng)負(fù)荷浪費(fèi)嚴(yán)重。

在已建線路的衛(wèi)生驗收中，衛(wèi)生監(jiān)督部門多次提出人員新風(fēng)按12.6m3/h取值不滿足衛(wèi)生要求。經(jīng)查地鐵設(shè)計規(guī)范相關(guān)條文解釋，12.63/h引用的是老版本的暖通空調(diào)設(shè)計規(guī)范，而新版本的暖通空調(diào)設(shè)計規(guī)范已沒有提出新風(fēng)量的要求，而是要滿足衛(wèi)生要求。因此采用12.6m3/h已無充分的依據(jù)。

南昌2號線一期工程車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，在空調(diào)季，新風(fēng)量按人員新風(fēng)（20m3/h）、系統(tǒng)風(fēng)量的15%的最大值取值；在過渡季及通風(fēng)季，新風(fēng)量按人員新風(fēng)30m3/h取值。既可滿足衛(wèi)生要求，又能建設(shè)新風(fēng)能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。同時，為補(bǔ)充站臺門漏風(fēng)形成的冷負(fù)荷，建議站臺在負(fù)荷計算時，根據(jù)車站規(guī)模及行車組織，考慮約100kw的站臺門漏風(fēng)負(fù)荷，以保證對站臺溫濕度的控制。

2）設(shè)備的選擇計算

目前，國內(nèi)通風(fēng)空調(diào)設(shè)置的生產(chǎn)制造門檻較低，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，特別是風(fēng)機(jī)的能耗水平，差異較大，應(yīng)采取措施，保證選用節(jié)能高效的產(chǎn)品，降低風(fēng)系統(tǒng)的能耗。

降低風(fēng)系統(tǒng)能耗的另一方面在于設(shè)置的合理計算及選擇。南昌2號線一期工程在工程設(shè)計中應(yīng)注意精細(xì)化管理，仔細(xì)準(zhǔn)確核實(shí)系統(tǒng)的風(fēng)量及揚(yáng)程，正確選取設(shè)備，避免出現(xiàn)大馬拉小車或關(guān)小風(fēng)閥調(diào)節(jié)的不節(jié)能的現(xiàn)象。同時，風(fēng)機(jī)的選擇應(yīng)注意使風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)位于設(shè)備的高效區(qū)，保證設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行。

3）大系統(tǒng)變頻的建議

根據(jù)廣州地鐵三號線的實(shí)際運(yùn)營數(shù)據(jù)，通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)變頻運(yùn)行可以