地鐵暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制

趙 月

（北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司機(jī)電分公司，北京 100043）

0 引言

地下車(chē)站結(jié)構(gòu)一般分為站廳、站臺(tái)兩部分，其又分別設(shè)有公共區(qū)域和附屬房間區(qū)域，整個(gè)地下區(qū)域形成相對(duì)密閉的空間。其中空調(diào)系統(tǒng)均按照最熱天氣、最大負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，且有20%～30%的設(shè)計(jì)余量，實(shí)際情況一般不會(huì)在滿(mǎn)負(fù)荷的情況下運(yùn)行。此外，大部分地鐵車(chē)站空調(diào)系統(tǒng)均采用定流量模式運(yùn)轉(zhuǎn)，且基本按照滿(mǎn)負(fù)荷開(kāi)機(jī)，因此造成能量的損耗，如若根據(jù)末端負(fù)荷變化來(lái)調(diào)整和控制系統(tǒng)整體運(yùn)行，則空調(diào)系統(tǒng)會(huì)存在較大的節(jié)能潛力。這就需要對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)如何節(jié)約能源進(jìn)行分析，制定管理對(duì)策。

1 地鐵暖通空調(diào)系統(tǒng)分析對(duì)象

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

地鐵車(chē)站通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)是地鐵重要的防災(zāi)、救災(zāi)、服務(wù)設(shè)備設(shè)施。地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由隧道通風(fēng)系統(tǒng)、車(chē)站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)大系統(tǒng)）、車(chē)站設(shè)備及管理房間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)小系統(tǒng)）、及車(chē)站空調(diào)水系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)水系統(tǒng)）組成。

其主要承擔(dān)地鐵車(chē)站站廳、站臺(tái)、重要的設(shè)備用房、管理用房的通風(fēng)換氣、火災(zāi)排煙、空氣調(diào)節(jié)功能。系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行控制采用原地、車(chē)站集中、中心控制三級(jí)方式。

車(chē)站、區(qū)間通風(fēng)由設(shè)在車(chē)站風(fēng)道內(nèi)的大型軸流風(fēng)機(jī)、設(shè)在區(qū)間風(fēng)道內(nèi)的大型軸流風(fēng)機(jī)以及附屬的通風(fēng)設(shè)備組成。實(shí)現(xiàn)車(chē)站空氣調(diào)節(jié)及防災(zāi)功能。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)具有正常通風(fēng)、阻塞通風(fēng)（地下區(qū)間隧道）及火災(zāi)排煙三種運(yùn)行模式。①正常通風(fēng)模式：通過(guò)ISCS（Integrated Supervisory Control System，綜合監(jiān)控系統(tǒng)）或BAS（Building Automatic System，環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控，根據(jù)季節(jié)變化實(shí)現(xiàn)空調(diào)季、過(guò)渡季、冬季工況模式的轉(zhuǎn)換和運(yùn)行。其中空調(diào)季采用小新風(fēng)運(yùn)行，過(guò)渡季和冬季采用全新風(fēng)運(yùn)行；②阻塞通風(fēng)模式：列車(chē)在地下區(qū)間隧道發(fā)生阻塞時(shí)，接收ISCS 或BAS 的指令，由正常通風(fēng)模式轉(zhuǎn)換為阻塞通風(fēng)模式運(yùn)行；③火災(zāi)排煙模式：當(dāng)?shù)叵聟^(qū)間隧道內(nèi)、車(chē)站及車(chē)站附屬用房發(fā)生火災(zāi)時(shí)，接收FAS（Fire Alarm System，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)）的指令，由正常通風(fēng)模式轉(zhuǎn)換為火災(zāi)排煙模式運(yùn)行。

水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)主要由設(shè)在車(chē)站冷凍站內(nèi)的冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、控制設(shè)備；設(shè)在地面的冷卻塔；設(shè)在風(fēng)道內(nèi)的表冷器；設(shè)在各個(gè)房間內(nèi)的新風(fēng)機(jī)組；連接各個(gè)設(shè)備的管路和電氣線(xiàn)路組成。水冷式空調(diào)系統(tǒng)是靠水來(lái)把車(chē)站的熱量輸送到地面冷卻塔并散發(fā)到空氣中的，機(jī)組效率較高。

1.2 負(fù)荷構(gòu)成

負(fù)荷主要包括站內(nèi)人員散熱、設(shè)備散熱（照明、廣告燈箱、自動(dòng)售檢票設(shè)備、扶梯、電梯等）、區(qū)間與站臺(tái)公共區(qū)的散熱（軌行區(qū)活塞風(fēng)帶動(dòng)列車(chē)發(fā)熱量）、出入口熱滲透以及新風(fēng)所形成的負(fù)荷。由于地鐵站處于地面以下，周?chē)膰o(hù)結(jié)構(gòu)有利于降低空調(diào)負(fù)荷，太陽(yáng)輻射熱在空調(diào)負(fù)荷的占比很小。

（1）水系統(tǒng)節(jié)能環(huán)節(jié)。水系統(tǒng)是暖通空調(diào)的重要組成部分，其可以幫助地鐵站工作人員來(lái)判斷暖通空調(diào)的使用臺(tái)數(shù)，即工作人員根據(jù)冷水機(jī)組供/回水溫度來(lái)決定暖通空調(diào)的啟用/暫停，這對(duì)于暖通空調(diào)的節(jié)能控制有著重要意義。而且工作人員在節(jié)能控制的過(guò)程中也可以根據(jù)冷水泵的供回水溫度差異來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)暖通空調(diào)的工作頻率，這既保證了暖通空調(diào)作用的發(fā)揮，而且也有效減少了資源的浪費(fèi)。

（2）風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能環(huán)節(jié)。風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能控制對(duì)于地鐵暖通空調(diào)節(jié)能也有著重要的意義，就當(dāng)前地鐵暖通空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能控制來(lái)看，大部分地鐵風(fēng)系統(tǒng)在早間啟運(yùn)和晚間停運(yùn)時(shí)都可以根據(jù)隧道溫度和二氧化碳來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，這有效降低了資源的浪費(fèi)。此外，地鐵在正常運(yùn)營(yíng)期間，風(fēng)系統(tǒng)也可以根據(jù)地鐵內(nèi)的溫度來(lái)進(jìn)行排風(fēng)扇工作頻率的調(diào)節(jié)，以便于保證排風(fēng)扇工作頻率能夠與地鐵運(yùn)行狀態(tài)的一致性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。

2 對(duì)地鐵暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能問(wèn)題的管理對(duì)策

2.1 合理規(guī)劃施工，降低資源消耗

地鐵施工人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身實(shí)際情況，合理規(guī)劃施工。

例如，設(shè)計(jì)施工部門(mén)在暖通空調(diào)前期施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)先對(duì)以往的地鐵暖通空調(diào)運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，了解原有暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)以及施工環(huán)節(jié)的配置，為后期暖通空調(diào)節(jié)能的實(shí)現(xiàn)提供參考。其次，設(shè)計(jì)施工人員在設(shè)計(jì)規(guī)劃完成后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)對(duì)空調(diào)暖通系統(tǒng)的節(jié)能性能進(jìn)行測(cè)試檢驗(yàn)，即充分模擬列車(chē)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的周期性熱環(huán)境的變化，將暖通設(shè)備置于該環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)于暖通空調(diào)設(shè)備各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)的測(cè)量，如設(shè)備功率、暖通空調(diào)運(yùn)行負(fù)荷系統(tǒng)等多種設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，如果測(cè)試結(jié)果符合要求，設(shè)計(jì)施工人員應(yīng)當(dāng)按照測(cè)試環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行施工過(guò)程的細(xì)化，以便于實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)的節(jié)能性。最后，相關(guān)部門(mén)還可以對(duì)暖通空調(diào)設(shè)備進(jìn)行全面地改造升級(jí)，在升級(jí)過(guò)程中可以使用目前較為先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通空調(diào)設(shè)備的數(shù)字化、功能化、智能化的管理，充分利用此類(lèi)設(shè)備智能化和優(yōu)速化的特點(diǎn)，降低能源的消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

2.2 空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制

對(duì)于城市軌道交通地下車(chē)站來(lái)講，水資源能耗是暖通空調(diào)能耗的重要組成部分，地鐵設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行暖通空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)合理規(guī)劃設(shè)計(jì)，降低水資源的消耗。

例如，在水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)環(huán)境因素采用一次泵定流量系統(tǒng)，保證在暖通空調(diào)運(yùn)行的不同時(shí)刻，地鐵人員都能夠根據(jù)需要進(jìn)行水資源消耗量的調(diào)節(jié)，即當(dāng)暖通空調(diào)負(fù)荷側(cè)流量變化時(shí)，調(diào)節(jié)人員可以根據(jù)壓差變化來(lái)調(diào)節(jié)壓差閥開(kāi)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)管道通水量的調(diào)節(jié)。通過(guò)上述各種策略的實(shí)施，可以有效提升地鐵暖通空調(diào)的水資源消耗控制量，降低暖通空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的水資源消耗，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能。當(dāng)前暖通空調(diào)水資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.3 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能控制

通風(fēng)系統(tǒng)作為地鐵暖通空調(diào)的末端，主要的節(jié)能對(duì)象就是組合式空調(diào)風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)風(fēng)閥等設(shè)備，在綠色節(jié)能發(fā)展要求下，地鐵設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能控制。

例如，在通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能控制中，設(shè)計(jì)人員可以采取BAS 集成控制系統(tǒng)、水系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合等多種策略來(lái)降低資源浪費(fèi)。首先就BAS 集成控制系統(tǒng)來(lái)講，設(shè)計(jì)施工人員可以采取區(qū)域整合或者順序關(guān)聯(lián)的方式將通風(fēng)系統(tǒng)與地鐵暖通空調(diào)的整體運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行連接，以便于保證通風(fēng)系統(tǒng)能夠根據(jù)暖通空調(diào)的運(yùn)行情況來(lái)轉(zhuǎn)變自身運(yùn)行頻率，按需求來(lái)完成新風(fēng)的供應(yīng)。其次，就水系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)合來(lái)講，這一節(jié)能方式使得兩個(gè)系統(tǒng)既具有一定的獨(dú)立性，可以以自身設(shè)計(jì)的指標(biāo)為導(dǎo)向進(jìn)行工作，也可以為另一個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)參考。但是設(shè)計(jì)人員在將水系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)時(shí)，也應(yīng)當(dāng)注意一旦通風(fēng)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法達(dá)到制定溫度時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)要主動(dòng)向水系統(tǒng)請(qǐng)求增加調(diào)節(jié)閥整體開(kāi)度。

2.4 對(duì)冷卻塔及時(shí)清理來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能

冷卻塔是地鐵暖通空調(diào)系統(tǒng)的主要組成部位之一，由于其修建在地鐵站外部，在經(jīng)過(guò)多年的使用后就會(huì)布滿(mǎn)灰塵，造成堵塞，從而導(dǎo)致通風(fēng)能力減弱，嚴(yán)重影響冷卻的效率，造成能源的損失。有關(guān)部門(mén)應(yīng)該對(duì)于冷卻塔及時(shí)進(jìn)行清理，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，另一方面，對(duì)于冷卻塔還應(yīng)該進(jìn)行日常的維護(hù)與保養(yǎng)，定時(shí)對(duì)冷卻塔進(jìn)行檢查和維修，一旦發(fā)現(xiàn)存在安全隱患的問(wèn)題，就需要及時(shí)的進(jìn)行科學(xué)化的處理，從而保證冷卻塔的正常工作，防止由于冷卻塔因故障被迫暫停工作而導(dǎo)致的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。

圖1 地鐵通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)原理

例如北京地鐵10 號(hào)線(xiàn)使用的方形橫流風(fēng)冷卻塔，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，填料層和布水盤(pán)被塵土覆蓋產(chǎn)生了堵塞，使冷卻塔內(nèi)的冷卻水流到外面，造成了能源的浪費(fèi)，因此，在冷卻塔的使用過(guò)程之中，要進(jìn)行定時(shí)的檢查和維護(hù)，在發(fā)現(xiàn)填料層和布水盤(pán)被塵土覆蓋到一定程度時(shí)，應(yīng)該及時(shí)派專(zhuān)人對(duì)于其進(jìn)行塵土的清理，如可以采取使用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行干吹的方式去除塵土，保證北京地鐵10 號(hào)線(xiàn)冷卻塔的正常使用，做到防患于未然。在冷卻塔運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)處理，這樣地鐵暖通空調(diào)系統(tǒng)能源的浪費(fèi)現(xiàn)象就會(huì)減少，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。如對(duì)于冷卻塔的電力系統(tǒng)發(fā)生停電現(xiàn)象時(shí)，首先應(yīng)該將冷卻塔的總電源進(jìn)行切斷處理，保證維修過(guò)程的安全性。其次應(yīng)該進(jìn)行總成電路短路問(wèn)題的判斷，防止由于短路而產(chǎn)生較多的熱量從而引起火災(zāi)。之后再進(jìn)行正常的維修檢測(cè)處理即可，有助于對(duì)于地鐵暖通系統(tǒng)冷卻塔的節(jié)能降耗。

3 結(jié)束語(yǔ)

地鐵出行在人們的出行方式中扮演著越來(lái)越重要的角色，暖通空調(diào)系統(tǒng)是地鐵運(yùn)行的重要組成部分，地鐵暖通空調(diào)系統(tǒng)為人們創(chuàng)造舒適的環(huán)境，而且能夠進(jìn)行通風(fēng)排煙，但暖通空調(diào)系統(tǒng)也是地鐵眾多系統(tǒng)中能源消耗最多的系統(tǒng)，為了以較高效率的使用暖通空調(diào)系統(tǒng)，降低能耗，這就需要不斷地對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行研究改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)地鐵暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的目的。