地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能問題分析

鐘 坤

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 401122）

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能問題分析

鐘 坤

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 401122）

近年來隨著地鐵建設(shè)快速發(fā)展，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵建設(shè)的重要組成部分，其能耗也是地鐵車站主要能耗系統(tǒng)之一。地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)站在使用者角度進(jìn)行節(jié)能，從設(shè)計(jì)階段開始就綜合考慮運(yùn)營管理方的組織架構(gòu)及管理方式，一套空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能與否，設(shè)計(jì)建設(shè)是關(guān)鍵，維護(hù)使用同樣重要，只有將兩者一并統(tǒng)籌考慮，才能真正發(fā)揮空調(diào)系統(tǒng)的最大價值。文章主要分析關(guān)于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能問題。

地鐵；通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能問題

伴隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市現(xiàn)代化建設(shè)的快速進(jìn)程，世界各國正面臨著城市人口的迅猛增長、地域面積的不斷擴(kuò)大。因此，城市交通問題表現(xiàn)得愈加突出。作為城市主要軌道交通工具的地鐵，因其速度快、運(yùn)量大、安全準(zhǔn)點(diǎn)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們歡迎。地鐵快速發(fā)展為我們提供便利的同時，也帶來了很多問題，地鐵高能耗便是其中之一。因此，選擇合理的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，采用有效的節(jié)能運(yùn)行策略，是降低地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵。

1　概述

軌道交通系統(tǒng)是耗電量巨大、運(yùn)行成本很高的行業(yè)，其用電量約占運(yùn)營總成本的40%～48%。如何建設(shè)節(jié)能的系統(tǒng)成為系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)管理中的一個重要研究課題，也是行業(yè)發(fā)展的方向和追求的目標(biāo)。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的重要組成部分和用電大戶，消耗的能源約占軌道交通總能耗的1/3，對節(jié)能降耗有積極的影響，而其系統(tǒng)特點(diǎn)決定在設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營等環(huán)節(jié)都大有降耗潛力。

2　地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能及組成

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵中的重要設(shè)備系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著對地鐵內(nèi)部的空氣溫度、濕度、空氣流速、空氣壓力和空氣品質(zhì)進(jìn)行控制的任務(wù)，平時為車站提供一個適宜的環(huán)境。當(dāng)列車阻塞在區(qū)間隧道時，向阻塞區(qū)間提供一定的通風(fēng)量，保證列車空調(diào)等設(shè)備正常工作，維持車廂內(nèi)乘客在短時間內(nèi)能接受的環(huán)境條件。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)事故時，提供迅速有效地排煙手段和足夠的新鮮空氣，并形成一定的迎面風(fēng)速，引導(dǎo)乘客安全迅速地撤離火災(zāi)現(xiàn)場。也為各種設(shè)備提供必要的空氣溫度、濕度以及潔凈度等條件，保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要由以下四個子系統(tǒng)組成（其中前三個為風(fēng)系統(tǒng)）：①公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；②設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；③隧道通風(fēng)兼排煙系統(tǒng)；④空調(diào)制冷循環(huán)水系統(tǒng)。

3　通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能策略

（1）軌道排熱風(fēng)機(jī)節(jié)能。工程設(shè)計(jì)時均是按遠(yuǎn)期最不利工況設(shè)計(jì)，在未達(dá)到最不利工況前，排熱風(fēng)機(jī)具有很大的節(jié)能潛力，節(jié)能主要是變頻運(yùn)行及運(yùn)行時間的調(diào)整?？梢酝ㄟ^以下方式來實(shí)現(xiàn)：①結(jié)合行車組織按初、近、遠(yuǎn)期三種工況運(yùn)行；②根據(jù)列車位置來改變排熱風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，列車到站時高速運(yùn)轉(zhuǎn)，列車離站時低速運(yùn)轉(zhuǎn)；③在保證隧道溫度滿足運(yùn)行的條件下，減少排熱風(fēng)機(jī)每日運(yùn)行的時間。

（2）變頻調(diào)速控制節(jié)能。變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛的一種技術(shù)，這種技術(shù)在負(fù)荷變化及電機(jī)頻繁啟動的情況下應(yīng)用能夠有效節(jié)省能源，同時對于設(shè)備運(yùn)行工況也將能夠有極大改善。變頻調(diào)速技術(shù)對于進(jìn)一步改善實(shí)際節(jié)能效果，也將能發(fā)揮非常重要的作用。

（3）風(fēng)閥控制新風(fēng)量節(jié)能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地鐵早晚高峰期客流量均已超過全天平均流量的50%，同時每天每個小時的客流量都在變化?？照{(diào)設(shè)備裝機(jī)容量是按遠(yuǎn)期最大小時客流量配備的，這樣裝機(jī)容量運(yùn)行勢必會造成能源浪費(fèi)。正因?yàn)槿绱?，在今后工作中就可以從新風(fēng)控制方面，通過風(fēng)閥的開啟程度來調(diào)整環(huán)控系統(tǒng)新風(fēng)量從而使其適應(yīng)客流量變化，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能目的。

（4）管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)劣決定了管網(wǎng)阻力大小，為克服阻力所選的風(fēng)機(jī)等設(shè)備，其全壓與設(shè)備功率成正比，也直接決定了輸送能耗。管網(wǎng)阻力主要為沿程阻力和局部阻力，房間布局、管道附件設(shè)置、管線布置等方面的優(yōu)化均可有效減少管網(wǎng)阻力：①設(shè)備及管理用房的空調(diào)應(yīng)盡量根據(jù)需求特點(diǎn)模塊化布置，優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)劃分方案，使管路短、簡、直，從根本上減少管路的復(fù)雜程度，降低管道阻力；②風(fēng)管系統(tǒng)中必要的防火閥、電動風(fēng)閥、手動調(diào)節(jié)閥等是局部阻力的主要貢獻(xiàn)者。以防火閥為例，各地對規(guī)范的理解及做法不同，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)也不一致，在滿足工藝要求和規(guī)范要求的前提下，宜盡量少設(shè)；③管路系統(tǒng)中盡量減少風(fēng)箱、土建風(fēng)室的使用，風(fēng)機(jī)出入口應(yīng)有一定的直管段長度，對于氣流偏轉(zhuǎn)角較大的應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流措施等減少局部阻力，以減少設(shè)備運(yùn)行能耗；④對于公共區(qū)回排風(fēng)兼排煙系統(tǒng)也可進(jìn)行優(yōu)化。若按排煙需要，需設(shè)置多個風(fēng)口并均勻布置，管路較長，而在正常通風(fēng)情況下，回排風(fēng)口對于氣流組織的影響較小。因此，可以在當(dāng)前的排風(fēng)兼排煙風(fēng)口的做法上進(jìn)行改進(jìn)，近端增設(shè)集中排風(fēng)口，平時常開，排煙時關(guān)閉。集中排風(fēng)或回風(fēng)，可有效減少沿程阻力和局部阻力，從而減少風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率。

（5）設(shè)備配置優(yōu)化。地鐵為百年工程，考慮到系統(tǒng)擴(kuò)容困難，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及負(fù)荷一般按遠(yuǎn)期夏季晚高峰運(yùn)營條件計(jì)算，設(shè)備配置也按滿足遠(yuǎn)期需求設(shè)計(jì)，近期負(fù)荷較小時，依靠空調(diào)設(shè)備臺數(shù)控制或采取變頻措施以適應(yīng)低負(fù)荷狀態(tài)。在實(shí)際使用中，由于受自控系統(tǒng)的完善性及運(yùn)營管理水平的制約，運(yùn)行模式不合理、設(shè)備運(yùn)行無秩序所造成的“大馬拉小車”、設(shè)備效率低下等能源浪費(fèi)情況較為普遍。另外，在各系統(tǒng)專業(yè)設(shè)備的空調(diào)負(fù)荷計(jì)算、設(shè)備選型等環(huán)節(jié)中，各專業(yè)設(shè)計(jì)人員出于安全考慮，每個環(huán)節(jié)中都保守地考慮了一定的安全系數(shù)，最后廠家進(jìn)行產(chǎn)品匹配時，也往往“只許大不許小”，導(dǎo)致設(shè)備容量被層層擴(kuò)大，超出實(shí)際需求，造成資源的浪費(fèi)。

（6）空調(diào)與通風(fēng)工況的轉(zhuǎn)換。從經(jīng)濟(jì)性方面考慮，啟動冷機(jī)的條件是：啟動冷機(jī)后的總耗電量小于不啟用冷機(jī)時的通風(fēng)耗電量。冷機(jī)啟動后，系統(tǒng)能耗為風(fēng)機(jī)能耗、冷機(jī)能耗、水泵能耗、冷卻塔能耗之和；不啟動冷機(jī)時，系統(tǒng)的能耗全部為風(fēng)機(jī)能耗。根據(jù)常識判斷，冷機(jī)啟停臨界點(diǎn)附近，應(yīng)該在過渡季，此時室外溫度低于室內(nèi)設(shè)定溫度，隨著送風(fēng)溫度的降低，風(fēng)機(jī)功率下降很快，而冷機(jī)功率則逐漸上升。

（7）設(shè)備配置優(yōu)化。地鐵為百年工程，考慮到系統(tǒng)擴(kuò)容困難，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及負(fù)荷一般按遠(yuǎn)期夏季晚高峰運(yùn)營條件計(jì)算，設(shè)備配置也按滿足遠(yuǎn)期需求設(shè)計(jì)，近期負(fù)荷較小時，依靠空調(diào)設(shè)備臺數(shù)控制或采取變頻措施以適應(yīng)低負(fù)荷狀態(tài)。在實(shí)際使用中，由于受自控系統(tǒng)的完善性及運(yùn)營管理水平的制約，運(yùn)行模式不合理、設(shè)備運(yùn)行無秩序所造成的“大馬拉小車”、設(shè)備效率低下等能源浪費(fèi)情況較為普遍。組合式空調(diào)器在非空調(diào)季節(jié)（即無需制冷的過渡季節(jié)），由于新風(fēng)不經(jīng)過制冷熱交換器，直接經(jīng)過旁通風(fēng)道輸送，因此，空調(diào)器內(nèi)部可減少約100Pa的阻力，從而可減少組合式空調(diào)器配電功率約10%的功耗，具有一定的節(jié)能效果。

4　結(jié)束語

總的來說，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵系統(tǒng)的重要組成部分，從耗能來看，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)所耗電量占到了總耗電量的40%～50%，從這一數(shù)據(jù)中就可以看出通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的必要性。地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)較為復(fù)雜，耗能設(shè)備眾多，在今后工作中必須要從實(shí)際出發(fā)采取專門的措施，從而達(dá)到節(jié)能目的。

［1］高波，李先庭，韓宗偉，等.地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的新進(jìn)展［J］.暖通空調(diào)，2011，（8）：21-26.

［2］羅佳.地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行策略研究［D］.廣州大學(xué)，2015.

［3］蘇振宇.廣州地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能測試調(diào)試實(shí)踐分析［J］.城市軌道交通研究，2015，（11）：106-109+113.

［4］徐文兵.地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的新進(jìn)展分析［J］.金屬材料與冶金工程，2015，（3）：57-58.

［5］騫志彥，姜博.蘇州地鐵1號線車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制方案與應(yīng)用研究［J］.電子世界，2015，（19）：154-155+166.

TD724

A

1671-3818（2016）09-0105-02