地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)能耗影響因素研究

許哲浩

摘? 要：隨著人們生活水平越來越好，使人們對地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)能耗也越來越關(guān)注。因此，能耗降耗是為現(xiàn)代社會(huì)的主旋律以及重點(diǎn)工作，地鐵空調(diào)的能耗經(jīng)常達(dá)到建筑能耗的一半，所以地鐵空調(diào)系統(tǒng)能耗的潛力是非常大的，對地鐵空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行能耗改造是建筑技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向，盡管我國電力系統(tǒng)供應(yīng)能力充足，能耗問題絕不能忽視，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)電力資源消耗優(yōu)化，促進(jìn)能源高效轉(zhuǎn)型，促進(jìn)全社會(huì)低碳發(fā)展有積極作用。

關(guān)鍵詞：地鐵;車輛空調(diào)系統(tǒng);能耗;影響因素

引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市內(nèi)的交通問題日趨嚴(yán)重，越來越多的城市開始考慮將發(fā)展地鐵、輕軌或有軌電車等不同軌道交通方式作為解決城市交通問題的策略和措施.但是在城市軌道交通中，無論是在市內(nèi)和市郊地鐵、輕軌等軌道車輛上，還是有軌電車上，空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗問題都日漸突出。

1地鐵空調(diào)系統(tǒng)的組成分析

（1）隧道通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。隧道通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要包括車輛隧道通風(fēng)系統(tǒng)和區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)。在列車正常運(yùn)行的過程當(dāng)中，通過利用列車的活塞風(fēng)以及車輛之間的排熱系統(tǒng)進(jìn)行列車的散熱，以及地下區(qū)間的通風(fēng)換氣工作，從而保證區(qū)間內(nèi)的溫度，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，為地鐵乘客提供一個(gè)舒適的室外環(huán)境。在每日晨間地鐵運(yùn)營前以及夜間地鐵停止運(yùn)行后，要將隧道內(nèi)的通風(fēng)機(jī)開起，并采用隔站排風(fēng)的方式，對區(qū)間的隧道進(jìn)行通風(fēng)，從而保證該區(qū)域內(nèi)能夠完成通風(fēng)換氣以及降溫。當(dāng)列車區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)了火災(zāi)時(shí)，隧道通風(fēng)系統(tǒng)可以同時(shí)作為排煙，系統(tǒng)進(jìn)行工作，從而助力人員疏散等工作的開展。當(dāng)車輛以及車軌區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)，要及時(shí)關(guān)閉下排的熱風(fēng)并開啟熱風(fēng)機(jī)，將煙霧從上排熱風(fēng)道排出。（2）地鐵站公共區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)。地鐵站公共區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)主要由回排風(fēng)機(jī)，排煙風(fēng)機(jī)以及組合式空調(diào)機(jī)組構(gòu)成。公共區(qū)域內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)能夠保證地鐵在運(yùn)行的過程當(dāng)中，為地鐵乘客提供一個(gè)良好舒適的乘車環(huán)境。當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)情況時(shí)，可以通過大系統(tǒng)來啟動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙，從而為乘客提供流通的空氣，保證人員疏散工作的有效開展。（3）地鐵設(shè)備管理用房的空調(diào)系統(tǒng)。地鐵設(shè)備管理用房的系統(tǒng)當(dāng)中，主要是根據(jù)房間類型進(jìn)行劃分，主要包括弱電設(shè)備房間空調(diào)系統(tǒng)、管理用房空調(diào)系統(tǒng)以及變電所房間冷風(fēng)降溫系統(tǒng)等小系統(tǒng)。系統(tǒng)當(dāng)中主要包括新風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)，柜式空調(diào)回排風(fēng)機(jī)，排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備，小系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是，為地鐵運(yùn)營人員提供良好的工作環(huán)境以及良好的設(shè)備運(yùn)營環(huán)境。

2通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗影響因素

（1）室外及隧道空氣參數(shù)室外空氣參數(shù)影響車輛通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)供冷負(fù)荷中的機(jī)械新風(fēng)負(fù)荷和出入口滲風(fēng)負(fù)荷，隧道空氣參數(shù)主要影響車輛的屏蔽門滲風(fēng)負(fù)荷。隨著室外和隧道空氣參數(shù)（相對濕度和溫度）的提高，地鐵車輛通風(fēng)空調(diào)能耗相應(yīng)增加。探究供冷期間上述參數(shù)在其可能的變化范圍內(nèi)波動(dòng)對通風(fēng)空調(diào)能耗的影響。可以看出，室外空氣相對濕度和溫度的變化對能耗影響顯著。室外空氣相對濕度在20%到100%之間變化時(shí)，通風(fēng)空調(diào)能耗從90kW·h變成570kW·h，能耗變化百分比高達(dá)84%。室外空氣溫度在24℃到40℃之間變化時(shí)，能耗變化百分比為78%。隧道空氣參數(shù)對能耗的影響程度低于室外空氣參數(shù)，隧道相對濕度對能耗的影響為33%，溫度對能耗的影響為28%。（2）機(jī)械新風(fēng)量。機(jī)械新風(fēng)量影響車輛通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的供冷負(fù)荷，機(jī)械新風(fēng)過量供應(yīng)導(dǎo)致供冷負(fù)荷大幅增加，造成能源浪費(fèi)。根據(jù)對地鐵車輛的大規(guī)模調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前多數(shù)車輛供冷期間機(jī)械新風(fēng)量在1.0萬～5.5萬m3/h之間?？梢钥闯觯瑱C(jī)械新風(fēng)量在其常見的取值范圍內(nèi)變化，對空調(diào)季通風(fēng)空調(diào)能耗的影響程度為43%。（3）無組織滲風(fēng)量。地鐵車輛的無組織滲風(fēng)量影響車輛的無組織滲風(fēng)冷負(fù)荷從而影響能耗。無組織滲風(fēng)由兩部分組成，一部分是從隧道經(jīng)屏蔽門進(jìn)入站臺的屏蔽門滲風(fēng)量，另一部分是從室外經(jīng)出入口通道進(jìn)入站廳的出入口滲風(fēng)量。根據(jù)調(diào)研，當(dāng)前多數(shù)地鐵車輛的屏蔽門和出入口無組織滲風(fēng)量在0.4萬～3.2萬m3/h之間?？梢钥闯?，出入口滲風(fēng)量對能耗的影響程度為29%，屏蔽門滲風(fēng)量對能耗的影響程度為12%，前者比后者對能耗的影響程度更大，主要原因是供冷時(shí)段室外空氣參數(shù)比隧道空氣參數(shù)更為不利。

3地鐵空調(diào)系統(tǒng)的能耗方向以及相應(yīng)措施

3.1地鐵站設(shè)備管理用房空調(diào)系統(tǒng)

（1）送風(fēng)溫差。在進(jìn)行車輛的設(shè)備管理用房設(shè)備空調(diào)系統(tǒng)的過程當(dāng)中，可以通過提高管理用房的送風(fēng)溫差來降低送風(fēng)量，使得空調(diào)系統(tǒng)的投資成本以及運(yùn)行費(fèi)用能夠得到降低。但是在車輛以及變電所當(dāng)中，還存在一部分弱電設(shè)備，這部分弱電設(shè)備的發(fā)熱體量較大。所以要在電氣設(shè)備空載時(shí)保證不會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象的前提之下將送風(fēng)溫差提高，從而實(shí)現(xiàn)能耗降耗的目的。（2）變電所的空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化。當(dāng)前的地鐵站的地下變電所主要采用的是一次回風(fēng)定風(fēng)量系統(tǒng)。主要工作原理是運(yùn)用冷風(fēng)來對于房間溫度進(jìn)行降溫，保持溫度在36℃以內(nèi)。然而，在實(shí)際運(yùn)營的過程當(dāng)中，其發(fā)熱量會(huì)由于列車停運(yùn)等因素而降低。在列車運(yùn)行的過程當(dāng)中整流變壓器，發(fā)熱量達(dá)到了36kW，但列車停運(yùn)之后，其發(fā)熱量在6kW以內(nèi)，列車運(yùn)行的過程當(dāng)中，配電變壓器的發(fā)熱量約為18kW，而停止運(yùn)行時(shí)，其發(fā)熱量在6kW以內(nèi)，除此之外，其他的供電設(shè)備在車輛運(yùn)營停止之后，發(fā)熱量也會(huì)急劇降低，但此時(shí)空調(diào)系統(tǒng)仍然處于負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，從而導(dǎo)致了能源的大量消耗。

3.2優(yōu)化地鐵空調(diào)水系統(tǒng)技術(shù)

水系統(tǒng)占據(jù)了地鐵空調(diào)系統(tǒng)的很大一部分能源消耗，對以地鐵空調(diào)系統(tǒng)能耗改造可以從水系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，減少系統(tǒng)中的過剩流量，提高水泵的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)效，在地鐵空調(diào)系統(tǒng)中，冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的容量的設(shè)計(jì)是按照建筑物最大熱負(fù)荷選取的，會(huì)有10%～15%的余量，水系統(tǒng)實(shí)際并沒有在穩(wěn)定的大水流量下運(yùn)行，由于季節(jié)、晝夜采用負(fù)荷的不斷變化，空調(diào)實(shí)際的熱負(fù)荷要比原有設(shè)計(jì)負(fù)荷低，而我國地鐵空調(diào)系統(tǒng)普遍采用定流量系統(tǒng)，水系統(tǒng)不能根據(jù)末端變化而變化，優(yōu)化地鐵空調(diào)水系統(tǒng)技術(shù)，減少循環(huán)水泵電機(jī)的能耗，能夠減少空調(diào)系統(tǒng)耗電量的15%～30%，水系統(tǒng)控制來達(dá)到主機(jī)能耗的作用，而且能耗潛力非常大，減少了能量消耗。

3.3蒸發(fā)冷凝式制冷機(jī)組

蒸發(fā)冷凝式制冷機(jī)組當(dāng)中主要采用的是蒸發(fā)式冷凝器，該設(shè)備主要是利用冷卻水，在蒸發(fā)過程當(dāng)中的吸收熱，將制冷劑進(jìn)行蒸汽式的凝結(jié)，通過制冷劑在管道內(nèi)凝結(jié)釋放出的熱，通過油膜管壁傳遞到水膜當(dāng)中，最后由水的蒸發(fā)將熱量傳遞到空氣當(dāng)中，而蒸發(fā)時(shí)的水蒸氣則會(huì)隨著空氣離開。蒸發(fā)式冷凝器與冷卻塔的風(fēng)機(jī)的功率相同，但功率僅僅為風(fēng)冷式冷凝器的1/3。其中，蒸發(fā)冷凝式制冷機(jī)組中的水泵的循環(huán)水量較小，因此，該機(jī)組所需要的水泵的功率僅僅占冷凝器與冷卻塔系統(tǒng)的水泵功率的1/4，能夠減少七成的功率消耗。

結(jié)語

總而言之，對于地鐵的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過運(yùn)用多種能耗措施來實(shí)現(xiàn)高效能耗。在進(jìn)行地鐵能耗的過程當(dāng)中，降低地鐵系統(tǒng)的耗能是一項(xiàng)工程量較大的任務(wù)，需要各個(gè)部門緊密合作，將能耗理念貫穿到地鐵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全過程中。隨著能耗通風(fēng)設(shè)備的發(fā)展以及系統(tǒng)的優(yōu)化升級，地鐵空調(diào)系統(tǒng)的能耗能力也會(huì)逐漸提高，并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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