地鐵空調系統(tǒng)節(jié)能設計探討

丁逆

（華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

隨著城市交通的不斷發(fā)展，地鐵的舒適快捷性能成為了現(xiàn)代社會當中的重要交通工具，而節(jié)能減排是當今社會研究的重要課題之一。其中，地鐵在運營過程當中的能源消耗較大，隨著我國軌道建設的不斷發(fā)展與規(guī)模的不斷擴大，能源節(jié)約問題越發(fā)的凸顯出來。根據(jù)調查顯示，在我國南方城市地鐵的空調系統(tǒng)耗能占到了地鐵運營過程中總能源消耗的1/2，在北方的城市地鐵系統(tǒng)當中，空調系統(tǒng)的能源消耗為地鐵總運營耗能的1/3。而空調系統(tǒng)是地鐵運營過程當中的節(jié)能潛力大戶，所以在進行地鐵空調系統(tǒng)的設計以及設備的選擇運營模式之上，要進行優(yōu)化設計，從而找到地鐵運營的節(jié)能減排措施。

1 地鐵空調系統(tǒng)的組成分析

1.1 隧道通風空調系統(tǒng)

隧道通風空調系統(tǒng)主要包括車站隧道通風系統(tǒng)和區(qū)間隧道通風系統(tǒng)。在列車正常運行的過程當中，通過利用列車的活塞風以及車站之間的排熱系統(tǒng)進行列車的散熱，以及地下區(qū)間的通風換氣工作，從而保證區(qū)間內的溫度，在設計標準范圍之內，為地鐵乘客提供一個舒適的室外環(huán)境。在每日晨間地鐵運營前以及夜間地鐵停止運行后，要將隧道內的通風機開起，并采用隔站排風的方式，對區(qū)間的隧道進行通風，從而保證該區(qū)域內能夠完成通風換氣以及降溫。

當列車區(qū)間內出現(xiàn)了火災時，隧道通風系統(tǒng)可以同時作為排煙，系統(tǒng)進行工作，從而助力人員疏散等工作的開展。當車站以及車軌區(qū)域內出現(xiàn)火災，要及時關閉下排的熱風并開啟熱風機，將煙霧從上排熱風道排出。

1.2 地鐵站公共區(qū)域的空調系統(tǒng)

地鐵站公共區(qū)域的空調系統(tǒng)主要由回排風機，排煙風機以及組合式空調機組構成。公共區(qū)域內的空調系統(tǒng)能夠保證地鐵在運行的過程當中，為地鐵乘客提供一個良好舒適的乘車環(huán)境。當出現(xiàn)火災情況時，可以通過大系統(tǒng)來啟動排煙風機進行排煙，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。

1.3 地鐵設備管理用房的空調系統(tǒng)

地鐵設備管理用房的系統(tǒng)當中，主要是根據(jù)房間類型進行劃分，主要包括弱電設備房間空調系統(tǒng)、管理用房空調系統(tǒng)以及變電所房間冷風降溫系統(tǒng)等小系統(tǒng)。系統(tǒng)當中主要包括新風機，排風機，柜式空調回排風機，排煙風機等設備，小系統(tǒng)的主要工作內容是，為地鐵運營人員提供良好的工作環(huán)境以及良好的設備運營環(huán)境。

2 地鐵空調系統(tǒng)的節(jié)能方向以及相應措施

2.1 可調通風型站臺門系統(tǒng)

可調通風型站臺門系統(tǒng)是將閉式系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)的優(yōu)點集于一體，在我國當前的地鐵系統(tǒng)當中，閉式系統(tǒng)以及屏蔽門系統(tǒng)應用較為成熟?？烧{通風型站臺門系統(tǒng)在使用空調的季節(jié)，會依照屏蔽門系統(tǒng)進行工作，而在非空調季節(jié)則以閉式系統(tǒng)進行運轉。可調通風型站臺門在空調季節(jié)能夠與區(qū)間車道區(qū)分開，從而減少車站內的熱空氣，并使得空調的冷負荷能夠得到減輕。在非空調季節(jié)能夠將隧道與車進行聯(lián)通，通過列車的活塞風將室外的流通空氣引入，從而實現(xiàn)自然通風并降低風機耗能。

2.2 隧道通風系統(tǒng)的運營優(yōu)化

在隧道通風系統(tǒng)應用的過程當中，車站排熱風機以及隧道通風機的功率較大，所以要在隧道通風系統(tǒng)運行的過程當中，依據(jù)實際情況，合理的安排機器的使用時間，并盡可能地縮短其開機時間。例如在區(qū)間隧道進行早晚通風的過程當中，在能夠滿足空氣要求的情況下，要盡量的減少通風的次數(shù)，以及開啟風機的時長。當隧道內的溫度在要求范圍之內時，可以關閉車站排熱風機，而在極端情況下，再將車站排熱風機投入使用。

2.3 地鐵站公共區(qū)域的空調系統(tǒng)運營優(yōu)化

在地鐵站的公共區(qū)域進行空調系統(tǒng)的運用過程當中，要根據(jù)車站當日的客流量的變化情況進行空調的變量調節(jié)。其中主要是采用風機的變頻調節(jié)方式來實現(xiàn)節(jié)能降耗。由于風機的變頻調節(jié)，具有較大的調節(jié)范圍，并且調節(jié)過程較為靈活，從而能夠使得風量的控制更加精準，不會由于風量降低而導致風機的工作效率受到額外的影響。所以變頻調節(jié)能夠有效地實現(xiàn)組合式空調機組、小新風機以及回排風機的節(jié)能。當前車站公共區(qū)域的空調系統(tǒng)主要采用的是過渡季組合式的空調機器送風以及回排風機進行排風的模式。而在實際運行的過程當中，可以利用地鐵出入口進行排風，從而保證在過渡季只送風不排風或只排風不送風，這樣能夠有效地滿足乘客對于新風量的需要，實現(xiàn)高效節(jié)能。

2.4 地鐵站設備管理用房空調系統(tǒng)

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

2.5 直接蒸發(fā)式空調系統(tǒng)

直接蒸發(fā)式空調系統(tǒng)，是在表冷器當中加入制冷劑來對空氣進行冷卻。與表冷器當中加入冷凍水來冷卻空氣的方法相比較，直接蒸發(fā)式空調系統(tǒng)的節(jié)能性更強，主要表現(xiàn)為，首先，當蒸發(fā)溫度提高后，制冷機組的效率也能夠提高，在理論上來說，當蒸發(fā)溫度提高3℃之后，制冷系統(tǒng)的工作效率可以提高17%，從而實現(xiàn)空調系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化。第二，制冷劑與冷凍水相比，其缺少了冷凍水的輸送環(huán)節(jié)這一部分的能源消耗，從而節(jié)約了冷凍站運行消耗的能源15%。

2.6 蒸發(fā)冷凝式制冷機組

蒸發(fā)冷凝式制冷機組當中主要采用的是蒸發(fā)式冷凝器，該設備主要是利用冷卻水，在蒸發(fā)過程當中的吸收熱，將制冷劑進行蒸汽式的凝結，通過制冷劑在管道內凝結釋放出的熱，通過油膜管壁傳遞到水膜當中，最后由水的蒸發(fā)將熱量傳遞到空氣當中，而蒸發(fā)時的水蒸氣則會隨著空氣離開。蒸發(fā)式冷凝器與冷卻塔的風機的功率相同，但功率僅僅為風冷式冷凝器的1/3。其中，蒸發(fā)冷凝式制冷機組中的水泵的循環(huán)水量較小，因此，該機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。

2.7 空調水系統(tǒng)的變流量設計

地鐵車站在每日運行的過程當中，其負荷量較大，因此，要對于空調水泵以及冷卻塔進行變頻控制，從而實現(xiàn)地鐵空調系統(tǒng)的節(jié)能。在自動控制方面，可以對于空調水系統(tǒng)設備運行過程當中的變量進行全方位的采集，再將其傳送到智能控制器上，通過智能控制器來對于系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進行推算，從而計算出在未來地鐵運行過程當中系統(tǒng)需要的運行參數(shù)。同時運用變頻技術來對于水泵進行自動控制，通過調節(jié)水泵的轉速來實現(xiàn)空調當中水系統(tǒng)的循環(huán)流量的調控，使得空調冷水機組的轉換率較高，保證空調系統(tǒng)能夠在各種狀態(tài)下保證最佳負荷，從而實現(xiàn)空調系統(tǒng)的整體節(jié)能優(yōu)化。

2.8 通過細節(jié)設計降低系統(tǒng)耗能

可以對于風道進行優(yōu)化設計，從而降低風道中的阻力，實現(xiàn)節(jié)能。在對于車站設備以及管路用房進行布置的過程當中，要與實際情況相匹配，盡量簡短輸送的距離，此外，對于地鐵車站的空調系統(tǒng)以及設備用房的空調服務當中，應當根據(jù)就近原則靈活的進行排風道的布置，從而使得通風管道的長度能夠縮短，盡量減小風機功率，達成運行費用降低以及節(jié)能的目標。

總而言之，對于地鐵的空調系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，并通過運用多種節(jié)能措施來實現(xiàn)高效節(jié)能。在進行地鐵節(jié)能的過程當中，降低地鐵系統(tǒng)的耗能是一項工程量較大的任務，需要各個部門緊密合作，將節(jié)能理念貫穿到地鐵空調系統(tǒng)的設計全過程中。隨著節(jié)能通風設備的發(fā)展以及系統(tǒng)的優(yōu)化升級，地鐵空調系統(tǒng)的節(jié)能能力也會逐漸提高，并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。