地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及節(jié)能研究

姜俊

摘要：隨著我國社會的不斷進步，加快了城市化進程的發(fā)展，促使地鐵工程逐步興起，由于地鐵工程位于地下，需要地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)不斷輸送新風，而在這個過程中會消耗大量的能量，所以，地鐵行業(yè)需要積極進行地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與節(jié)能研究。

關(guān)鍵詞：地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)；空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計；節(jié)能研究

地鐵工程多位于封閉的地下空間，自然通風散熱比較困難，加上地鐵列車的散熱以及其他機電設(shè)備、乘客的散熱，大量熱量的集聚，必將造成地鐵內(nèi)空氣溫度的升高。同時，隧道內(nèi)土壤通過維護結(jié)構(gòu)的滲透熱量也較大，若不及時排除，車站和隧道內(nèi)的空氣濕度也會增大，直至達到乘客難以忍受的程度。為了保證地鐵工程的穩(wěn)定運行，要科學的設(shè)計隧道活塞風井、新排風井以及車站空調(diào)系統(tǒng)，為地鐵車站提供新風以及排除濕熱，而在這個過程中，地鐵空調(diào)系統(tǒng)會損耗大量能量，約占地鐵工程能耗的25%-35%，用電量約占地鐵工程用電量的40%-50%。因此，相關(guān)部門以及技術(shù)人員要積極進行節(jié)能的創(chuàng)新研究。

一、地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計

1、區(qū)間隧道通風系統(tǒng)

區(qū)間隧道通風空調(diào)系統(tǒng)一般分為開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)和屏蔽門式系統(tǒng)，其中， 開式系統(tǒng)是應(yīng)用機械或“活塞效應(yīng)“的方法使地鐵內(nèi)部與外界交換空氣，利用外界空氣冷卻車站和隧道。這種系統(tǒng)多用于當?shù)刈顭嵩碌脑缕骄鶞囟鹊陀?5℃且運量較少的地鐵系統(tǒng)；閉式系統(tǒng)主要是指地鐵內(nèi)部與外部環(huán)境相隔絕，只供給乘客所用的新鮮空氣，而車站內(nèi)部主要使用空調(diào)系統(tǒng)提供新風，以及區(qū)間隧道的冷卻主要依靠列車運行的活塞作用，通過攜帶車站內(nèi)的空調(diào)冷風，降低區(qū)間隧道的溫度；而屏蔽門式系統(tǒng)主要是指在車站的站臺內(nèi)部安裝全封閉屏蔽門，將區(qū)間隧道氣流與車站整體進行分隔，并且，區(qū)間隧道的熱氣排放主要依靠列車運行過程中的活塞作用，同時，將引入外部環(huán)境的新風來降低區(qū)間隧道的穩(wěn)定。

現(xiàn)階段，我國地鐵線路常用的系統(tǒng)是屏蔽門式通風空調(diào)系統(tǒng)，主要是因為這種系統(tǒng)不僅能夠改善車站區(qū)域的空氣環(huán)境，還能夠減少列車運行活塞作用帶來的噪聲，有利于降低車站公共區(qū)域通風空調(diào)的能源損耗。

2、車站公共區(qū)域通風空調(diào)系統(tǒng)

在進行地鐵車站公共區(qū)域通風空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計時，要充分考慮到土建的規(guī)模限制、人員的過渡區(qū)域，并且，要結(jié)合人員在公共區(qū)域的停留時間較短，對溫度和濕度的要求不高，來進行綜合性設(shè)計，多采用全空氣一次回風系統(tǒng)，按照站廳和站臺進行均勻的送風設(shè)計、回風設(shè)計、排風設(shè)計，有利于排除車站公共區(qū)域的濕熱，從而為乘客乘車提供舒適的候車環(huán)境。如圖1所示。

3、車站設(shè)備管理用房通風空調(diào)系統(tǒng)

地鐵工程中不同房間的室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、空氣換氣等相關(guān)要求存在差異，主要劃分為設(shè)備房間、管理房間、變電所房間，而車站設(shè)備管理用房的通風空調(diào)系統(tǒng)多采用全空氣一次回風系統(tǒng)，以及在機房內(nèi)部設(shè)置組合式空調(diào)機組、回排風機等，其中，針對要求換氣次數(shù)的房間設(shè)置送排風系統(tǒng)。

4、車站空調(diào)水系統(tǒng)

車站空調(diào)水系統(tǒng)主要是為了地鐵車站的通風空調(diào)系統(tǒng)提供冷氣來源，以水冷螺桿式冷水機組為提供冷源的核心，該冷水機組主要包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)，其中，冷凍水系統(tǒng)由冷凍水泵、分集水器、處理設(shè)備、閥門管道組成；而冷卻水系統(tǒng)由冷卻水泵、冷卻水塔、閥門管道組成，并且，冷卻水塔要建立在冷水機房的側(cè)地面。如圖2所示。

由于車站的公共區(qū)域以及管理用房的實際負荷存在差異，甚至在公共區(qū)域夜間停運之后，其實際負荷趨近于零，而設(shè)備管理用房的全年實際負荷較為穩(wěn)定，常見的水系統(tǒng)冷源配置方式主要有兩種：第一種，兩臺大機組容量相同的冷機，白天同時運行，晚上只運行一臺；第二種，三臺冷水機組，其中，兩臺大機組容量相同的冷機為公共區(qū)域提供冷源，一臺小機組容量的冷機為設(shè)備區(qū)域提供冷源。

二、地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能

1、變頻技術(shù)的應(yīng)用

在地鐵工程中，隧道通風系統(tǒng)、大系統(tǒng)、水系統(tǒng)都與客流和行車等參數(shù)變化具有緊密聯(lián)系，而變頻技術(shù)對風機、水泵等進行變頻控制，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、行車參數(shù)等，來更好的實現(xiàn)節(jié)能效果。例如，變頻技術(shù)在排熱風機中的應(yīng)用，能夠有效的節(jié)約60%的能耗；大系統(tǒng)中的組合式空調(diào)機組和回排風機使用變頻系統(tǒng)進行分時段調(diào)節(jié)，能夠節(jié)約40%的能耗，雖然，變頻技術(shù)的初期投資較高，但是，變頻技術(shù)的運行費用低，并且，在使用兩年之內(nèi)，能夠進行回收加裝變頻器成本；車站空調(diào)水系統(tǒng)要以遠期高峰時刻的負荷來設(shè)計確定相關(guān)設(shè)備，并且，冷水機組要根據(jù)實際的制冷需要進行10%-100%制冷調(diào)節(jié)，通過將變頻技術(shù)應(yīng)用在冷水泵上，能夠節(jié)約30%的能耗。

2、綜合控制技術(shù)的應(yīng)用

車站的實際負荷受到諸多因素的影響，因此，在進行數(shù)據(jù)信息收集和運用時，要注意使用綜合控制技術(shù)。例如，負荷預(yù)測的變頻調(diào)節(jié)模式，主要使用BAS、PIS、綜合監(jiān)控系統(tǒng)，來采集客流信息以及屏蔽門的開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的實際調(diào)控。

三、結(jié)語

綜上所述，地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)是保證地鐵內(nèi)部環(huán)境中濕度和熱度的重要環(huán)節(jié)，有利于為乘客提供良好的乘車環(huán)境。與此同時，由于地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的能耗較大，所以，要注重對地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)進行科學合理的設(shè)計，在滿足地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的遠期需求下，要注重使用變頻技術(shù)和綜合控制技術(shù)，來實現(xiàn)更好的節(jié)能效果。

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（作者單位：中鐵上海設(shè)計院集團有限公司）