地鐵通風(fēng)空調(diào)焓值模式與普通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能對(duì)比

李顯林

（中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境是我國(guó)的基本國(guó)策，推進(jìn)節(jié)能減排工作，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略任務(wù)。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)的環(huán)境下，城市交通出行需求激增，軌道交通的作用越來(lái)越明顯，這對(duì)于交通系統(tǒng)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)有著極高的要求。地鐵作為城市現(xiàn)代化中的重要工程，同時(shí)也是惠民工程，地鐵運(yùn)行對(duì)于成本的把控尤為重要。隨著客運(yùn)量的不斷攀升，城市軌道交通能源消耗快速增長(zhǎng)，能耗支出占運(yùn)營(yíng)成本的比重不斷增加。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)中的能耗大項(xiàng)，約占軌道交通總電耗的30%~40%，甚至超過(guò)了列車的牽引能耗。因此，如何在保證地鐵通風(fēng)空調(diào)工作效率效果的基礎(chǔ)上，大幅度減少由通風(fēng)空調(diào)導(dǎo)致的列車能耗，是地鐵通風(fēng)空調(diào)焓值模式需要解決的問(wèn)題。

1 普通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能模式

1.1 普通空調(diào)的通風(fēng)系統(tǒng)

對(duì)于沒(méi)有裝配新風(fēng)系統(tǒng)的普通空調(diào)，其通風(fēng)系統(tǒng)的制冷原理即吸收室內(nèi)的熱空氣，吸收室內(nèi)熱空氣中的熱量并將其通過(guò)冷凝風(fēng)機(jī)排入室外，同時(shí)將被吸收過(guò)熱量的冷空氣排入室內(nèi)，從而達(dá)到降低室內(nèi)溫度的效果。

普通空調(diào)的通風(fēng)系統(tǒng)可以分為由四個(gè)部分、四個(gè)步驟形成的閉環(huán)。該閉環(huán)由空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的四個(gè)主要部分構(gòu)成，即在閉環(huán)中充當(dāng)動(dòng)力源的壓縮機(jī)、負(fù)責(zé)進(jìn)行熱量交換的冷凝器和蒸發(fā)器以及膨脹閥。普通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)的四個(gè)步驟為：①由空調(diào)內(nèi)部的壓縮機(jī)通過(guò)高溫高壓將氣體送入冷凝器，由冷凝器干燥過(guò)濾器與視液鏡，并將從壓縮機(jī)送來(lái)的氣體冷凝成為液體；②經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝后的液體在中溫高壓的作用下被送入膨脹閥，由膨脹閥通過(guò)調(diào)節(jié)氟利昂的濃度將來(lái)自冷凝器的液體在膨脹閥中轉(zhuǎn)化為氣液混合狀態(tài)；③由蒸發(fā)器吸收氣液混合體，并由霧化作用將液體轉(zhuǎn)化為氣體；④蒸發(fā)器中低溫低壓的氣液混合體被壓縮機(jī)吸入，并將其壓縮為氣體，重復(fù)以上步驟。以上四個(gè)步驟形成普通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的閉環(huán)。

1.2 普通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的細(xì)節(jié)

1.2.1 冷凝器冷凝

在高壓作用下，高溫氣體從壓縮機(jī)被壓入冷凝器。由于冷凝器中從室內(nèi)吸入的冷凝風(fēng)溫度低于高溫氣體，冷凝風(fēng)與高溫氣體發(fā)生熱量交換，冷凝風(fēng)吸收熱量變成高溫氣體，由冷凝風(fēng)機(jī)排入室外；而冷凝機(jī)中的高溫氣體失去熱量變?yōu)橹袩岬囊后w，在高壓作用下被壓入膨脹閥，在膨脹閥的節(jié)流作用之后，液體被轉(zhuǎn)化為氣液混合狀態(tài)，然后被蒸發(fā)器吸收。

1.2.2 蒸發(fā)器的霧化作用

氟利昂是蒸發(fā)器霧化過(guò)程中的關(guān)鍵冷媒，氟利昂在由液體霧化、再經(jīng)低壓汽化的過(guò)程中會(huì)吸收大量熱量，從而將熱空氣變?yōu)槔淇諝猓_(dá)到制冷效果。

1.2.3 膨脹閥的節(jié)流作用

膨脹閥是確?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)保持平衡狀態(tài)的重要裝置，其感知系統(tǒng)是否平衡的方法為溫度監(jiān)測(cè)，即實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出口溫度相較于空調(diào)遙控設(shè)定溫度的高低；其平衡系統(tǒng)的方式為調(diào)節(jié)膨脹閥上部與下部的壓力差，從而通過(guò)壓力差實(shí)現(xiàn)膨脹閥壓力板的上下移動(dòng)。

當(dāng)膨脹閥溫度監(jiān)測(cè)到出口溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，首先，膨脹閥上部的壓力值增大，上部壓力值高于下部壓力值，推動(dòng)膨脹閥壓力板下移，膨脹閥開(kāi)啟度增大；其次，由于膨脹閥開(kāi)啟度增大，更多的氟利昂進(jìn)入蒸發(fā)器中，更多的氟利昂汽化將會(huì)吸收更多的熱量，導(dǎo)致空調(diào)吹出的風(fēng)溫度更低，對(duì)室內(nèi)的降溫效果更好，直至膨脹閥出口監(jiān)測(cè)溫度與設(shè)定溫度相同，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。反之，若膨脹閥溫度監(jiān)測(cè)到出口溫度低于設(shè)定溫度，膨脹閥下部壓力值增大，下部壓力值高于上部壓力值，瑞東膨脹閥壓力板上移，膨脹閥開(kāi)啟度減小，導(dǎo)致進(jìn)入蒸發(fā)器的氟利昂量減少，降溫效果下降，室內(nèi)溫度升高，直至與設(shè)定溫度相同，通風(fēng)系統(tǒng)保持平衡。

1.3 普通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的節(jié)能模式

在空調(diào)的通風(fēng)系統(tǒng)中，每當(dāng)空調(diào)膨脹閥出口監(jiān)測(cè)溫度與設(shè)定溫度相同時(shí)，空調(diào)都應(yīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。而普通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的節(jié)能模式，僅僅由減少空調(diào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的次數(shù)，降低空調(diào)的開(kāi)機(jī)、停機(jī)頻率實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這種方式，雖然能達(dá)到一定的節(jié)能效果，但對(duì)于需要低耗能的地鐵來(lái)說(shuō)，卻是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

2 地鐵通風(fēng)空調(diào)的焓值模式

焓值是指空氣中所含有的所有熱量，是以干空氣單元質(zhì)量為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算的，也被稱為比焓。焓值是溫度和濕度的綜合，是一個(gè)能量單位，表示在單位空氣中溫度和濕度綜合后的能力刻度?？諝獾撵手凳侵缚諝馑械臎Q熱量，通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn)。簡(jiǎn)單將熱量交換應(yīng)用于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中是片面的，不準(zhǔn)確的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)中，進(jìn)行降溫需要空調(diào)產(chǎn)生冷量，對(duì)空氣除濕同樣也需要冷量，所以新風(fēng)系統(tǒng)要通過(guò)精密綜合的計(jì)算、判斷，才能用最小的能耗產(chǎn)生有效的溫度調(diào)控。

2.1 地鐵通風(fēng)空調(diào)的焓值模式

地鐵的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，主系統(tǒng)通過(guò)所有室內(nèi)外的溫度、濕度傳感器的數(shù)值監(jiān)控，做出對(duì)應(yīng)的調(diào)整。同時(shí)主系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)室內(nèi)乘客數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化溫度調(diào)控策略，降低溫度濕度的能耗。

2.2 地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的步驟

第一步，由室內(nèi)、室外配置的溫度傳感器對(duì)室內(nèi)外的溫度及濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)計(jì)算出焓值，同時(shí)監(jiān)測(cè)新風(fēng)系統(tǒng)的溫度。中央控制系統(tǒng)通過(guò)獲取這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的空氣焓值計(jì)算公式，從而獲得對(duì)應(yīng)焓值。此時(shí)中央控制系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)置的季節(jié)模式進(jìn)行綜合研判，計(jì)算出預(yù)計(jì)送入室內(nèi)的空氣焓值，并合理調(diào)整對(duì)應(yīng)的焓值控制的控制策略。第二步，中央控制系統(tǒng)通過(guò)利用室內(nèi)外的溫度濕度傳感器所采集到的室內(nèi)外空氣焓值和所計(jì)算得到的預(yù)計(jì)送入室內(nèi)的空氣焓值，以能量守恒定律為基礎(chǔ)，建立熱平衡等式。第三步，中央控制系統(tǒng)根據(jù)第二步中所列出來(lái)的熱平衡等式以及對(duì)應(yīng)的季節(jié)特性和實(shí)時(shí)車站內(nèi)部人流量，計(jì)算新風(fēng)系統(tǒng)機(jī)組所需要的冷凍水具體的數(shù)量，同時(shí)通過(guò)計(jì)算得出了新風(fēng)系統(tǒng)需求的冷凍水輸送速度，控制新風(fēng)系統(tǒng)冷凍水水管的開(kāi)啟比例，以調(diào)節(jié)水流量，對(duì)流速進(jìn)行有效控制，達(dá)到對(duì)應(yīng)的溫度控制。第四步，在室內(nèi)外溫度濕度產(chǎn)生較大差別，或室內(nèi)溫度過(guò)高過(guò)低，則啟動(dòng)中央系統(tǒng)，對(duì)室內(nèi)外溫度濕度進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算焓值，然后依次重復(fù)第一、第二、第三步，進(jìn)行溫度濕度調(diào)控。

2.3 地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式調(diào)節(jié)的細(xì)節(jié)

2.3.1 不同地域環(huán)境因素對(duì)地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式的要求

我國(guó)地域遼闊，不同的地區(qū)有不同的氣候。因海拔、氣候等自然環(huán)境因素，各局部地區(qū)的基礎(chǔ)溫度、濕度、空氣焓值都有很大差異。這就導(dǎo)致一套統(tǒng)一的地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式中央控制程序不能使用于所有地區(qū)。如果不考慮各地區(qū)的基礎(chǔ)環(huán)境差異，并不會(huì)對(duì)室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生正向影響，甚至還會(huì)增加不必要的空調(diào)主機(jī)功耗和地鐵運(yùn)營(yíng)成本。在這種情況下，地鐵空調(diào)就要求各地方設(shè)計(jì)新風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者全面考慮到地域環(huán)境差異。通過(guò)對(duì)中央控制系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化，設(shè)置全面細(xì)致的適用于地方的控制操作系統(tǒng)。地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式的設(shè)計(jì)者通過(guò)調(diào)研計(jì)算不同季節(jié)、不同天氣、不同時(shí)間段下的環(huán)境參數(shù)，對(duì)地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式中央系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，達(dá)到有效的節(jié)能減排、降低功耗的效果。

2.3.2 不同時(shí)段人流量對(duì)于地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式的要求

不僅僅要考慮局部地區(qū)溫度濕度問(wèn)題，同時(shí)設(shè)計(jì)者還要考慮在不同的人流量下，新風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于冷凍水的需求和流量都有所不同。在人流量大的情況下，地鐵室內(nèi)的自有溫度較高，此時(shí)對(duì)于降溫的需求較小，對(duì)除濕要求較高，這種情況就和人流量較少的情況有所不同。地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式的設(shè)計(jì)者需要對(duì)人流量進(jìn)行相關(guān)分析流調(diào)，得到相關(guān)參數(shù)，設(shè)置中央控制系統(tǒng)。

2.3.3 各種外界變量對(duì)于地鐵空調(diào)系統(tǒng)中央控制系統(tǒng)的要求

地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式對(duì)于變量控制較多這需要更強(qiáng)算力的中央控制系統(tǒng)進(jìn)行控制、分析、研判，同時(shí)也要求在建造之初就要對(duì)地區(qū)環(huán)境進(jìn)行調(diào)研分析并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

3 地鐵通風(fēng)空調(diào)焓值模式與普通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能對(duì)比

3.1 地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式的簡(jiǎn)述

目前地鐵通風(fēng)空調(diào)焓值模式的節(jié)能效果主要是由冷水供回水溫度差計(jì)算主機(jī)負(fù)荷達(dá)成的，即冷水流量、供回水溫差和供回水的比定壓熱容三者的乘積作為主機(jī)負(fù)荷，這種控制方式能夠即時(shí)反應(yīng)空調(diào)主機(jī)的實(shí)時(shí)功耗、負(fù)荷。但這種傳統(tǒng)的地鐵空調(diào)系統(tǒng)并不具有各方面?zhèn)鞲衅骱拖嚓P(guān)環(huán)境參數(shù)，不能實(shí)時(shí)掌握對(duì)應(yīng)的環(huán)境需求量，會(huì)造成很多不必要的能源浪費(fèi)，提高當(dāng)?shù)氐罔F運(yùn)營(yíng)成本。因?yàn)榭照{(diào)的供給水溫是由空調(diào)主機(jī)內(nèi)部溫度決定，而流量則為上一環(huán)境情況下所確定。而同時(shí)冷凝水回流至主機(jī)則為時(shí)間段的環(huán)境所決定，并不能得到實(shí)時(shí)的環(huán)境數(shù)據(jù)。這就使得空調(diào)整體調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間較大，對(duì)變化較快的環(huán)境情況無(wú)法做出及時(shí)、有效、對(duì)應(yīng)的控制策略，造成極大的能源浪費(fèi)。同時(shí)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)所占空間比例較大，管道眾多，冷凝水輸送系統(tǒng)復(fù)雜，建造困難，后期改建、擴(kuò)建、翻新工程較難。在冷凝水輸送環(huán)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生大量能源損耗，這導(dǎo)致空調(diào)會(huì)消耗更多的能源去對(duì)冷凝水進(jìn)行二次控制消耗過(guò)多的能源。

3.2 地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式的優(yōu)缺點(diǎn)

相比傳統(tǒng)的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式的設(shè)計(jì)者會(huì)通過(guò)調(diào)研、計(jì)算不同季節(jié)、不同天氣、不同時(shí)間段下的環(huán)境參數(shù)，對(duì)地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式中央控制系統(tǒng)進(jìn)行適宜當(dāng)?shù)丨h(huán)境的相關(guān)設(shè)置。由于地鐵的空調(diào)系統(tǒng)焓值模式根據(jù)具體的相關(guān)環(huán)境情況進(jìn)行了基礎(chǔ)環(huán)境設(shè)置，因此，它可以有效進(jìn)行基礎(chǔ)的環(huán)境調(diào)節(jié)，有效利用環(huán)境。不僅地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同季節(jié)、不同天氣、不同時(shí)間段的地域環(huán)境的情況，即時(shí)的對(duì)于溫度與濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)控也極其重要。地鐵空調(diào)系統(tǒng)的焓值模式在室內(nèi)外設(shè)置有多個(gè)環(huán)境監(jiān)控器，它可以通過(guò)數(shù)目龐大的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控地鐵內(nèi)外的環(huán)境溫度、空氣濕度，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至中央控制系統(tǒng)，計(jì)算出實(shí)時(shí)的焓值，并根據(jù)測(cè)量、計(jì)算后得出的不同焓值來(lái)進(jìn)行即時(shí)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)、反應(yīng)。這種實(shí)時(shí)監(jiān)控的方式可以得出最佳的溫度、濕度、通風(fēng)方式的調(diào)節(jié)方式，這種反應(yīng)方式較傳統(tǒng)的地鐵通風(fēng)空調(diào)的控制方式更為精準(zhǔn)、即時(shí)，同時(shí)控制的慣性較小，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，可以進(jìn)行有效溫控。

地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式最佳的控制調(diào)節(jié)方式可以有效利用環(huán)境情況，極大降低空調(diào)設(shè)備對(duì)于能源的消耗。除此之外，地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式相比于傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，會(huì)考慮到更多的人為因素。不同人流量下對(duì)于溫度濕度的要求也不一樣，對(duì)溫度濕度的影響也不一樣。有效地、全面地對(duì)人流量的監(jiān)測(cè)有助于地鐵空調(diào)系統(tǒng)焓值模式利用實(shí)時(shí)環(huán)境情況，進(jìn)一步降低整體系統(tǒng)的能源消耗。

3.3 未來(lái)地鐵空調(diào)系統(tǒng)

除了地鐵空調(diào)的焓值模式，還有許多新型地鐵空調(diào)系統(tǒng)，如供冷模式自動(dòng)切換控制等。新型地鐵空調(diào)供冷模式自動(dòng)切換控制有三種供冷模式：完全新風(fēng)模式、新風(fēng)與冷機(jī)組合供冷模式以及完全供冷模式。其中不同供冷模式的切換靠溫度感應(yīng)器觸發(fā)，即在溫度感應(yīng)器測(cè)量到外界新風(fēng)溫度后，由系統(tǒng)處理比較外界新風(fēng)溫度與設(shè)定溫度的大小，從而觸發(fā)供冷模式的切換。這種新型地鐵空調(diào)系統(tǒng)更加節(jié)能環(huán)保，自動(dòng)切換控制的特性也使其更加智能。

盡管新型地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)有多重好處，但創(chuàng)新帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)也是不容忽視的。以新材料、新技術(shù)、新設(shè)備代替舊材料、舊技術(shù)、舊設(shè)備需要較大的經(jīng)濟(jì)投入，這對(duì)地鐵企業(yè)的相關(guān)成本投入提出了極大的考驗(yàn)。此外，相比于舊材料、舊技術(shù)、舊設(shè)備，新材料、新技術(shù)、新材料市場(chǎng)應(yīng)用時(shí)間較短，相關(guān)技術(shù)不成熟，企業(yè)應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)較大。當(dāng)前低對(duì)相關(guān)地鐵企業(yè)的挑戰(zhàn)不僅僅在于是否勇于創(chuàng)新，更在于其對(duì)于創(chuàng)新方向的精準(zhǔn)選擇，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的衡量與選擇，對(duì)于政策、市場(chǎng)風(fēng)向的敏銳覺(jué)察。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地鐵通風(fēng)空調(diào)焓值模式已經(jīng)形成了一個(gè)較為完善的、多元聯(lián)動(dòng)的控制系統(tǒng)。地鐵作為普惠公共設(shè)施，對(duì)于成本的控制極為重要，地鐵通風(fēng)空調(diào)焓值相比于普通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能模式，焓值模式更加靈活、智能，更能適用于處于地下且氣溫多變的地鐵環(huán)境，減少地鐵運(yùn)行的耗能。先進(jìn)的地鐵通風(fēng)空調(diào)焓值可以打造出更為安全、舒適的地鐵環(huán)境，也可以緩解老舊地鐵的通風(fēng)困難問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化我國(guó)各地區(qū)建設(shè)?；诟鞯貐^(qū)的環(huán)境氣候打造的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，為未來(lái)的地鐵建設(shè)提供更為先進(jìn)的理念，同時(shí)也為老舊地鐵站改造建設(shè)提供新思路。