軌道交通工程環(huán)控通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)相關(guān)措施

趙月

（沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

1 軌道交通工程節(jié)能的意義及必要性

1.1 節(jié)能的意義

城市軌道建設(shè)正在向2、3線城市蔓延，從城市政府對(duì)軌道建設(shè)的需求和國(guó)家發(fā)改委重視程度可以從某種角度折射出軌道建設(shè)極大的促進(jìn)城市發(fā)展，帶動(dòng)軌道沿線用地的開(kāi)發(fā)，軌道交通建設(shè)得到快速發(fā)展[1]。

沈陽(yáng)是東北區(qū)域中心城市，隨著經(jīng)濟(jì)水平和城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市的能源消耗量逐年遞增，能源的供需逐漸開(kāi)始不平衡，為了能使得城市得以可持續(xù)發(fā)展，在使用有限的能源同時(shí)，又能保證城市建設(shè)，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)及社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展均能達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)下，如何提高能源的利用效率、如何保護(hù)環(huán)境，就成了滿足人民生活需要的一個(gè)重要的課題。本項(xiàng)目的修建，一方面將完善沈陽(yáng)市區(qū)軌道交通路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，滿足市民出行需求，另一方面能夠改善用能結(jié)構(gòu)并節(jié)約能源。

1.2 節(jié)能的必要性

國(guó)家法律對(duì)節(jié)約能源有相關(guān)規(guī)定的。1988年1月1日發(fā)布的《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》中對(duì)節(jié)約能源一事有明確規(guī)定，它表明節(jié)約能源、合理運(yùn)用能源，發(fā)展節(jié)約能源技術(shù)是全社會(huì)一大重要的任務(wù)。

軌道交通工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)堅(jiān)持遵循以人為本、方便快捷的建設(shè)理念，在做到舒適、準(zhǔn)時(shí)的同時(shí)，從節(jié)約能源角度上，軌道交通工程是用電大戶，必須要遵守國(guó)家法律、法規(guī)及規(guī)范的要求，要堅(jiān)持合理用能，提高能源的利用效率，推進(jìn)節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步，減少工程對(duì)環(huán)境的污染。節(jié)約能源不單單是土建施工或者機(jī)電施工某一項(xiàng)專業(yè)工程的事，軌道交通工程各個(gè)專業(yè)均涉及節(jié)能，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，節(jié)能就應(yīng)該考慮進(jìn)去，應(yīng)當(dāng)將能源低消耗經(jīng)濟(jì)利益最大化作為我們的目標(biāo)，充分調(diào)動(dòng)各專業(yè)、各參建企業(yè)、各廠家的積極性，把節(jié)能設(shè)計(jì)和節(jié)能分析做好，以達(dá)到軌道交通工程整體綜合節(jié)能的目的。本文對(duì)環(huán)控通風(fēng)節(jié)能的措施進(jìn)行分析研判。

2 軌道交通工程能耗狀況分析

2.1 負(fù)荷的分類

城市軌道交通工程的能耗主要是電能的消耗，我們都能分析得出，車輛專業(yè)的能源消耗量是占比比較大的一個(gè)專業(yè)，其次環(huán)控通風(fēng)耗電量也很大，在其他專業(yè)上，比如運(yùn)營(yíng)的環(huán)節(jié)、設(shè)備的管理及設(shè)備的維護(hù)上使用的電量相對(duì)較小一些。

城市軌道交通工程用電負(fù)荷一種牽引用電負(fù)荷，另一種是動(dòng)力及照明用電負(fù)荷。前者用電負(fù)荷主要應(yīng)用在車輛及其他設(shè)備的牽引上，而后者主要是軌道交通工程車站、車輛段、控制中心、區(qū)間等。本文對(duì)環(huán)控通風(fēng)進(jìn)行重點(diǎn)闡述，嚴(yán)寒地區(qū)軌道交通項(xiàng)目年綜合能源消耗量如表1所示。

表1 嚴(yán)寒地區(qū)軌道交通項(xiàng)目年綜合能源消耗量

2.2 節(jié)能的原則

在使用能源的過(guò)程中，我們要按照所提供的能源質(zhì)量合理的安排它的用途，保證能源得到最有效的利用，同時(shí)要考慮系統(tǒng)對(duì)所提供能源的要求，選擇適當(dāng)?shù)妮斎肽茉?，讓能源盡其用，防止高能低用，避免能源的不必要貶值，實(shí)現(xiàn)供需平衡。在定量的角度來(lái)講，則需要對(duì)有效能進(jìn)行測(cè)算，根據(jù)測(cè)算結(jié)果，采取有針對(duì)性的措施，充分地利用有效能，來(lái)提高有效能源的利用率。因此，從有效能的觀點(diǎn)來(lái)看，一切用能過(guò)程都要做到節(jié)約能源、合理的使用能源。

3 節(jié)能措施

環(huán)控通風(fēng)的節(jié)能應(yīng)貫穿整個(gè)工程工期，在工程可行性研究環(huán)節(jié)、初步設(shè)計(jì)階段、系統(tǒng)深化設(shè)計(jì)階段、設(shè)備設(shè)施的選型階段、施工階段以及后期運(yùn)營(yíng)等各個(gè)階段，均應(yīng)有全面、有效、有針對(duì)性的考量與評(píng)判。

（1）軌道交通工程在設(shè)計(jì)初期，選用何種空調(diào)制式、車站采用何種建筑方案等都對(duì)車站節(jié)能方面有著重要的作用。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)方案的時(shí)候，要盡可能的充分利用自然冷、熱源。近年來(lái)國(guó)內(nèi)各軌道交通建設(shè)單位及設(shè)計(jì)院的環(huán)控通風(fēng)專業(yè)都在圍繞著節(jié)能減排降耗，在冷源熱源等方面作出很多的新技術(shù)應(yīng)用與改進(jìn)工作，同時(shí)，在與自動(dòng)化專業(yè)的廠家合作中，優(yōu)化了通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能調(diào)節(jié)與控制策略。

（2）優(yōu)化環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化設(shè)備的配置，實(shí)現(xiàn)可控制和可調(diào)節(jié)，依據(jù)環(huán)境參數(shù)優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行，減少時(shí)間表的控制，降低設(shè)備自身的損耗量，減少設(shè)備的維修兩，進(jìn)一步的提高設(shè)備的安全運(yùn)行和健康狀態(tài)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高運(yùn)營(yíng)的效率和運(yùn)營(yíng)的安全水平[2]。

（3）充分利用嚴(yán)寒地區(qū)的自然冷源、熱源。地下低溫地氣（冬暖夏涼）作為車站夏季冷源。歐美相當(dāng)于中國(guó)長(zhǎng)江已被的城市軌道交通中普遍沒(méi)有使用通風(fēng)空調(diào)，因?yàn)檫@些城市年平均溫度都普遍低于環(huán)控送風(fēng)溫度16℃，地下的土層溫度也接近于這個(gè)溫度，地鐵隧道內(nèi)自然溫度也很接近于這個(gè)溫度，因此，只要隧道溫度控制的好，列車空調(diào)是可以少量開(kāi)或者不開(kāi)的。軌道交通工程相較于其他工程內(nèi)部的發(fā)熱量是相對(duì)較大的，全年熱負(fù)荷性，所以應(yīng)該采用節(jié)能的運(yùn)行模式。嚴(yán)寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)是冬天冷夏天熱，所以嚴(yán)寒地區(qū)軌道交通工程的通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)該要充分地考慮列車活塞風(fēng)對(duì)車站的影響，充分利用其冷卻，這樣機(jī)械通風(fēng)的運(yùn)行時(shí)間就少了，能源就節(jié)約下來(lái)了。

（4）考慮到嚴(yán)寒地區(qū)冬季寒冷而漫長(zhǎng)，室外溫度極低，軌道交通工程冬季采取閉式運(yùn)行，他能基本阻隔軌道交通工程內(nèi)部與外界大氣的通風(fēng)方式。既關(guān)閉城市軌道交通車站內(nèi)所有與室外聯(lián)通的活塞風(fēng)井及風(fēng)閥，車站的內(nèi)部設(shè)置空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，車站兩端有風(fēng)井和屏蔽門。正常運(yùn)行的時(shí)候，車站內(nèi)乘客的新鮮空氣量主要是由空調(diào)系統(tǒng)來(lái)供應(yīng)的，在這時(shí)風(fēng)井處于一個(gè)關(guān)閉的狀態(tài)，列車的活塞風(fēng)會(huì)把車站內(nèi)的空氣帶入到區(qū)間隧道中去，這樣隧道內(nèi)的空氣溫度就會(huì)在一個(gè)正常的狀態(tài)下。閉式系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，活塞風(fēng)對(duì)于泄壓是有一定要求的，所以我們?yōu)榱私鉀Q這一需求，會(huì)在車站的兩端增加迂回風(fēng)道以解決這一問(wèn)題，而車站的出入口以及區(qū)間隧道的洞口處，我們一般設(shè)置空氣幕，這樣就能將其隔離開(kāi)來(lái)。在冬季，軌道交通車站采用閉式運(yùn)行時(shí)，利用站內(nèi)較高的溫度與送入車站乘客所需的最小新風(fēng)進(jìn)行混合，在保證車站公共區(qū)溫度的前提下，節(jié)能效果也非常明顯。

（5）車站公共區(qū)通風(fēng)機(jī)及隧道風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速控制。隧道通風(fēng)系統(tǒng)的組成有兩部分，一是區(qū)間隧道機(jī)械通風(fēng)（兼顧排煙，圖1），二是車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)（圖2）。

圖1 區(qū)間隧道機(jī)械通風(fēng)（兼排煙）

圖2 車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)

因?yàn)檐壍澜煌üこ淘诘叵陆ㄖ?，所以太?yáng)對(duì)其的輻射影響可以忽略不計(jì)，車站熱狀況主要受設(shè)備、照明、室內(nèi)人員等影響，列車本身的發(fā)熱量對(duì)車站本身的影響也可以忽略不急，因此，人員的流量帶來(lái)的發(fā)熱量變化是車站公共區(qū)冷熱負(fù)荷的主要變化，我們主要對(duì)此考慮，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)采用變頻系統(tǒng)進(jìn)行控制。在沈陽(yáng)地鐵6號(hào)線的設(shè)計(jì)中，了解到車站排風(fēng)機(jī)和區(qū)間事故風(fēng)機(jī)采用可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)采用變頻控制。風(fēng)機(jī)耐高溫280℃，高溫條件下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1.0h。正轉(zhuǎn)風(fēng)量、風(fēng)壓≈逆轉(zhuǎn)風(fēng)量、風(fēng)壓。噪聲水平是可逆軸流風(fēng)機(jī)的重要指標(biāo)，要求自風(fēng)亭傳至站外的噪聲滿足環(huán)評(píng)報(bào)告的要求。風(fēng)機(jī)變頻控制：車站排風(fēng)機(jī)設(shè)置變頻器，一方面，滿足不同通風(fēng)工況的不同通風(fēng)參數(shù)要求；另一方面，根據(jù)季節(jié)、時(shí)段進(jìn)行對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全過(guò)程、精細(xì)化、智能化控制。

（6）注重設(shè)備選型，提高設(shè)備效率，一方面在設(shè)計(jì)過(guò)程中優(yōu)先選擇高效、低耗的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備；另一方面采用合理的設(shè)備選型手段。例如，車站風(fēng)機(jī)一臺(tái)機(jī)器可以用作多個(gè)用途，既可以正轉(zhuǎn)，又可以反轉(zhuǎn)，同一臺(tái)風(fēng)機(jī)可以有多個(gè)不同的管路特性曲線。在選型時(shí)注意使其正常工況時(shí)的風(fēng)機(jī)效率高于事故工況下的效率，這樣就可以節(jié)省風(fēng)機(jī)在正常通風(fēng)工作的情況下，對(duì)于能源的消耗量。同時(shí)各個(gè)專業(yè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初和設(shè)備選型的時(shí)候要考慮后期運(yùn)營(yíng)階段所涉及的節(jié)能問(wèn)題，不同的運(yùn)營(yíng)時(shí)期，不同的時(shí)間段都是有不同的系統(tǒng)運(yùn)行模式，我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況劃分系統(tǒng)的運(yùn)行模式，并且依據(jù)這些數(shù)據(jù)合理的去選擇設(shè)備的型號(hào)、數(shù)量以及容量，并同時(shí)加強(qiáng)控制管理，落實(shí)有效的控制方式和手段[3]。

再來(lái)對(duì)比下通風(fēng)機(jī)的選型，老式通風(fēng)機(jī)自身存在很多缺點(diǎn)，比如說(shuō)浪費(fèi)電、啟動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)電流大、自動(dòng)化程度實(shí)現(xiàn)不高，所以對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻改造應(yīng)該建立在缺點(diǎn)上進(jìn)行研究。它包括軟啟動(dòng)和全停止，甚至可以列入無(wú)級(jí)變速的功能。變頻器就是這樣一種產(chǎn)品，它的有點(diǎn)在于在啟動(dòng)時(shí)瞬時(shí)電流較小，因?yàn)樵趩?dòng)的時(shí)候變頻器對(duì)于電機(jī)的速度是有一個(gè)很準(zhǔn)確的把控，所以它的激動(dòng)力矩相對(duì)于老式機(jī)器要大，這樣下來(lái)功率系數(shù)就高了很多，它既能滿足施工時(shí)候我們對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工情況的要求，又能很好地改善供電質(zhì)量，節(jié)約大量的電能，達(dá)到節(jié)能的目的。

國(guó)內(nèi)目前使用的通風(fēng)機(jī)基本是變頻風(fēng)機(jī)，變頻后節(jié)能是原配置功率110kW·2的0.85，而某國(guó)外進(jìn)口生產(chǎn)的變頻風(fēng)機(jī)變頻后節(jié)能達(dá)到原配置l10kW·2的0.53，同功率型號(hào)通風(fēng)機(jī)每小時(shí)節(jié)約70kW·h。空壓機(jī)選型比較，傳統(tǒng)空壓機(jī)站存在啟動(dòng)電流大、卸載浪費(fèi)、啟動(dòng)數(shù)量浪費(fèi)等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)變頻技術(shù)后多臺(tái)空氣壓縮機(jī)都由變頻器來(lái)啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng)避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空氣壓縮機(jī)帶來(lái)的機(jī)械沖擊。系統(tǒng)循環(huán)帶載軟啟動(dòng)、循環(huán)停機(jī)的工作方式實(shí)現(xiàn)了供氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)保證了總管壓力穩(wěn)定[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家節(jié)能減排目標(biāo)到2025年，全國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比2020年下降13.5%，能源消費(fèi)總量得到合理控制，化學(xué)需氧量、氨氮、氮氧化物、揮發(fā)性有機(jī)物排放總量比2020年分別下降8%、8%、10%以上、10%以上。節(jié)能減排政策機(jī)制更加健全，重點(diǎn)行業(yè)能源利用效率和主要污染物排放控制水平基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展綠色轉(zhuǎn)型取得顯著成效。在這一大背景下，對(duì)軌道交通工程環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)采取有效地節(jié)能方式，最后使得環(huán)控通風(fēng)在能耗上下降，達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo)，對(duì)改善自然環(huán)境起到了一個(gè)良好的作用，對(duì)建設(shè)綠色軌道交通工程有一個(gè)良好的推動(dòng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。