地鐵車站空調(diào)負(fù)荷特征分析

毛金偉

（杭州鐵路設(shè)計院有限責(zé)任公司，浙江 杭州 315000）

對于我國地鐵線路運營費用情況調(diào)研，發(fā)現(xiàn)地鐵運營費中電能費用已達(dá)到50%，而通風(fēng)空調(diào)占地鐵用電已經(jīng)超過40%，成為地鐵第二大耗電用戶。在杭州地區(qū)，由于空調(diào)運行時間長，其能耗比例將更高。

1 負(fù)荷計算

1．1 工程概況

某杭州地鐵建設(shè)規(guī)模線路總長15.184km。在這個地鐵建設(shè)的設(shè)計中有12個車站，其中有6個換乘站，都是地下線路，而本站為地鐵建設(shè)中的其中一站，站中心里程DK10+284.55，車站有著17129.99m2的總建筑面積，地鐵車站的地下兩層中一層為站廳層一層為站臺層。車站總長度226m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.1m，車站站廳、站臺層左右端設(shè)置的是工作人員所主要停留的設(shè)備管理用房。在車站左右端地面上分設(shè)有活塞風(fēng)亭2座，新風(fēng)亭、排風(fēng)亭各1座，按遠(yuǎn)期2047年預(yù)測晚高峰小時進站客流量1683人次/h，出站客流量2404人次/h，車站之中公共區(qū)域的空調(diào)負(fù)荷進行了計算，與此同時我們按照早高峰小時進站客流量3276人次/h，出站客流量2823人次/h校核新風(fēng)量。

空調(diào)系統(tǒng)按照不同的分類方式劃分是不一樣的，我們用功能特點來對其進行劃分，可以將車站之中的站廳、站臺公共區(qū)域被稱為空調(diào)系統(tǒng)的大系統(tǒng)類別，它們是為了給予我們乘客們所在的方便于走動的區(qū)域一種較為舒適以及衛(wèi)生的過渡性質(zhì)的環(huán)境。然后可以將車站之中的如設(shè)備室、照明配電室還有工作人員駐留的場所叫做小系統(tǒng)類別，它們是為了可以讓車站里面各種的裝配的設(shè)備還有工作人員提供一種相對來說安逸的生活環(huán)境以及合理的運行環(huán)境。

1．2 空調(diào)負(fù)荷計算分析

根據(jù)計算，地鐵站總冷負(fù)荷為1027kW，其中大、小系統(tǒng)冷負(fù)荷分別為588kW、439kW，占總負(fù)荷的比例分別為57.3%和42.7%。

1．3 大系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷計算分析

從圖2中可以看出，人員負(fù)荷占比9.9%，與室外氣象參數(shù)相關(guān)的新風(fēng)、出入口通道、風(fēng)道、風(fēng)機溫升、以及屏蔽門滲透負(fù)荷等附加負(fù)荷占大系統(tǒng)總冷負(fù)荷的比例達(dá)到31.5%，這兩種時變型負(fù)荷占比達(dá)到41.4%，它們的逐時變化將會使大系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生較大的波動，乘客在站停留時間的站廳空調(diào)負(fù)荷波動性較強。其他照明、室內(nèi)設(shè)備、圍護結(jié)構(gòu)、便民設(shè)施及商鋪等與室外氣象參數(shù)相關(guān)性較小且不隨時間波動的負(fù)荷占比58.6%。

圖1 地鐵站大小系統(tǒng)負(fù)荷比例

圖2 地鐵站大系統(tǒng)各分項冷負(fù)荷占比圖

1．4 小系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷計算分析

從圖3可以看出，人員負(fù)荷占比2.6%，與室外氣象參數(shù)相關(guān)的新風(fēng)負(fù)荷占小系統(tǒng)總冷負(fù)荷的比例達(dá)到26.2%，這兩種時變型負(fù)荷占比達(dá)到28.8%，它們的逐時變化將會使小系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生較大的波動。其他照明、室內(nèi)設(shè)備與室外氣象參數(shù)相關(guān)性較小且不隨時間波動的負(fù)荷占比71.2%。

圖3 地鐵站小系統(tǒng)各分項冷負(fù)荷占比圖

2 空調(diào)負(fù)荷變化特性

2．1 影響空調(diào)負(fù)荷變化的主要因素

大系統(tǒng)各項負(fù)荷中，照明燈具、設(shè)備全天使用，其負(fù)荷比較穩(wěn)定，本次計算這些負(fù)荷與圍護結(jié)構(gòu)散熱、散濕為固定值，室外氣象參數(shù)、客流量等為主要因素影響總負(fù)荷的波動。

2．2 地鐵空調(diào)負(fù)荷變化規(guī)律

（1）冷負(fù)荷全天變化規(guī)律。大系統(tǒng)工作時段與列車運營時段相同為7:00～23:00。設(shè)計日大系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷變化規(guī)律見圖4。

圖4 車站客流及大系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷變化曲線

設(shè)備用房與管理用房共同組成了小系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的房間，一般來說設(shè)備用房使用時間為全天，管理用房絕大部分都在地鐵運營時間才有人值守除值班房間外。

本站大小系統(tǒng)合用冷源，由于運行時間不一致，大系統(tǒng)及小系統(tǒng)中的管理用房每天18h運行，小系統(tǒng)中設(shè)備用房空調(diào)系統(tǒng)基本全天24h運行，導(dǎo)致全天空調(diào)總負(fù)荷變化幅度較大。另外地鐵空調(diào)系統(tǒng)按照遠(yuǎn)期負(fù)荷設(shè)計，在不同的設(shè)計年限，空調(diào)總冷負(fù)荷也有較大的差異。

在列車運營時段，大小系統(tǒng)同時運行，大系統(tǒng)負(fù)荷率變化區(qū)間為62.3%～100%，大系統(tǒng)最小冷負(fù)荷約占設(shè)計總冷負(fù)荷的40%左右，對應(yīng)的時間為早上發(fā)車時間。該時段小系統(tǒng)負(fù)荷也有所減少，則設(shè)計日列車運營期間的低谷時段（即大系統(tǒng)冷負(fù)荷最小的時段），大小系統(tǒng)冷負(fù)荷約為設(shè)計總冷負(fù)荷的68%左右。

對于本站來說，空調(diào)系統(tǒng)最小冷負(fù)荷出現(xiàn)在夜間列車停運，大系統(tǒng)停用，小系統(tǒng)繼續(xù)運行的時段（24:00～6:00）。根據(jù)計算，小系統(tǒng)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷比例為42.7%左右。夜間列車停運后，管理用房空調(diào)系統(tǒng)停用，車站需要的變電設(shè)備負(fù)荷降低，變電設(shè)備發(fā)熱量也相應(yīng)降低，新風(fēng)負(fù)荷隨室外氣象參數(shù)的變化也有所降低，綜合考慮這些因素進行計算，空調(diào)系統(tǒng)最小冷負(fù)荷約為設(shè)計總冷負(fù)荷的28%左右。

通過以上分析，將全天劃分為4個時段通過設(shè)計日車站空調(diào)負(fù)荷率，

（1）早高峰和晚高峰就是工作日的高峰時間段，其中系統(tǒng)的能耗大概是在82%～100%。

（2）早高峰已過晚高峰未達(dá)的時間段，負(fù)荷率大概是在80%～82%。

（3）當(dāng)列車處于早高峰之前與晚高峰已過的時間段，負(fù)荷率在68%～80%左右。

（4）當(dāng)列車停運時，此時由于設(shè)備用房空調(diào)系統(tǒng)是處于全天運行，導(dǎo)致負(fù)荷率大概是在28%。

3 結(jié)語

（1）車站空調(diào)系統(tǒng)是按照遠(yuǎn)期夏季晚高峰運營條件計算空調(diào)負(fù)荷，設(shè)備按照遠(yuǎn)期計劃安排所配置。因此受到設(shè)計年限、室外氣象參數(shù)、客流量等的影響，在絕大多數(shù)情況之下空調(diào)系統(tǒng)是處于部分負(fù)荷運行轉(zhuǎn)臺，負(fù)荷變化區(qū)間通常為28%～100%，要求空調(diào)系統(tǒng)具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，以及較高的部分負(fù)荷運行效率。

（2）空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)負(fù)荷在大系統(tǒng)負(fù)荷中占比較高，而新風(fēng)量又與客流量密切相關(guān)，應(yīng)根據(jù)客流量的變化實時調(diào)整系統(tǒng)新風(fēng)量，做到既滿足衛(wèi)生要求，又節(jié)約能源。

（3）提高車站公共區(qū)相對濕度可以減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗。在到達(dá)同一舒適度的前提下，我們可以將相對濕度的設(shè)計值向最高值靠攏，并以此控制空調(diào)系統(tǒng)的運行模式。