地铁通风空调系统设计及节能研究靳少焜

地铁通风空调系统设计及节能研究靳少焜

靳少焜

（西安中车永电捷通电气有限公司陕西西安710018）

摘要：地铁是现代社会城市化高速发展的产物,其目的在于缓解城市交通压力,提高城市交通运输速度与效率,进一步提高城市空间利用效率。而地铁通风空调系统的设计与应用旨在满足地下轨道在空气更新与温度调节方面的需求,为地铁乘客与工作人员提供良好的环境。随着时代的发展,节能环保已经成为技术发展的大方向,这种情况下探讨地铁通风空调系统的节能设计就显得极为必要了。

关键词：地铁；通风空调系统；设计；节能

一、地铁通风空调系统的形式

从其组成上来看,通风空调系统是由车站通风系统和区间通风空调系统组成。车站通风系统又包括:公共区通风空调系统、设备管理区通风空调系统和空调水系统,这几套通风系统彼此相互联系,每个系统可能会有多种功能。然而,如何能够确保这些设备在最佳工况点实现安全运行,是地铁通风空调系统实现节能减排的关键问题。从其形式上来看,地铁车站的空调系统分为开式、闭式以及全封闭屏蔽门系统。对于使用空调较少的地区,充分利用活塞风实现车站与外界空气交换,形成开式系统达到节能效果。但是,随着城市迅速发展需要,在地铁沿线修建活塞风井难度越来越大;闭式系统是使地铁内部基本上与外界大气相对隔断,车站一般采用空调系统,而区间隧道的冷却是借助于列车运行的“活塞效应”携带一部分车站空调冷风来实现;屏蔽门系统是指在车站的站台与行车隧道间安装屏蔽门,将其分隔开,车站安装空调系统,隧道用通风系统(机械通风或活塞通风,或两者兼用)。若通风系统不能将区间隧道的温度控制在允许值以内时,应采用空调或其他有效的降温方法。

二、地铁通风空调系统设计节能优化措施

（一）隧道排风机

隧道排风机的节能设计,需要按照建设工程项目的最不利原则进行,考虑最不利情况下的系统整体情况与优化需求。如果还没有达到最不利情况,则可以对隧道排风机进行节能与优化设计,通过调整地铁运行时间与运行频率来减少对于能源的损耗,需要基于地铁的不同工作状态进行类型划分,选择不同的地铁工作状态进行有效的隧道排风机节能处理。进而基于列车与车站之间的不同距离,对风机的转速加以调整,列车与车站之间的距离越近,则风机的运转设备就越大,当列车离开车站时,可以采用低速来运转该机械设备。而要想实现对于隧道排风机运转速度的有效控制,就需要具备列车运行位置与运行情况的及时反馈,以此及时保证地铁与排风机相对位置的有效性。另外,还需要在保障系统整体运行的前提下,充分考量其温度条件,对排风机的日运转时间加以有效控制与限制,以此进一步减少排风机的设备负担,还可以保障系统运行的效率与运行质量。

（二）“变风量变流量”优化设计

变风量控制可由组合式空调机组和回排风机实现,可在其上配备变频传感器,根据不同时段和客流量来调节送、回风量,将其改造成变风量系统。

改造变频风量系统需要相应监控系统的信息传达,可在自动售票机、屏蔽门、车站进出口等位置安装传感器(CO2含量采集传感器),获知当前车站客流量、屏蔽门开启次数、进站及出站人数等大致信息。为了提高系统调节响应时间和品质,将车站所需负荷数据直接连接温度调节系统,这样就能保证温度调节系统处于一个较稳定状态,避免在短时间内命令太多,造成系统出现混乱现象[6]。

（三）空调水系统节能

在地铁通风空调系统中,水系统涉及到冷水泵以及冷却水泵的容量设计,这需要根据最大负荷情况进行设计。在实际运行过程中,水系统一般为低负荷运行状态,可以借助变频器等设备进行水流量的调节,从而有效实现节能。此外,空调水系统流量调节的基本原理是恒压差数据分析,这就需要在系统设计过程中,对恒压差参数进行有效设计,这个参数是固定的,能够为前端反馈的数据提供对比的参考,当前端反馈数据大于恒压差设计的参数时,水系统的水流量大于最大允许的水流量,这就需要对反馈数据进行及时的调节,具体措施是,对压差旁通阀进行关闭操作,调节系统的运行频率,从而使得排风机运作效率降低,空调送水量下降,使得压差数据接近设定的参数。

（四）建立蓄冷(热)空调系统

设计合理的冷热源系统方案,既要使地铁站的空调具有高保障的安全性,高效的适用性,合理的耐久性,更要有稳定的节能环保性,最大限度地减小地铁车站运行投资。

（1）蓄热空调系统

建立水源热泵机组。水源热泵是一种以低位热能作为能源的中小型热泵机组,具有很好的节能效果;与电制冷中央空调相比,投资相近,但调节、运转灵活方便,便于管理和计量收费。对于冬季供暖,水环热泵系统是利用水源热泵机组进行供冷和供热的系统形式之一,系统按负荷特性在各区域分散布置水源热泵机组,根据各区域需要,控制机组制冷或制热,将房间余热传向水侧换热器(冷凝器),或从水侧吸收热量(蒸发器);以双管封闭式循环水系统将水侧换热器连接成并联环路,以辅助加热和排热设备供给系统热量的不足和排除多余热量。

（2）蓄冷空调系统

采用冰蓄冷空调系统可以减少车站的高峰用电负荷压力,对车站用电起到了均衡作用。在用电低谷时蓄冰,高峰不用电融冰释冷,用电平段使用制冷机制冷,既能解决供电高峰期电力不足的问题,又能在一定程度上解决制冷机效率低和运行费用高的问题,间接降低车站运行成本。

（五）集中供冷技术

根据空调集中化程度的差异,地铁车站的空调系统中包括2种供能方式,分别是分散式和集中供冷式。分散式的供能系统是车站中使用比较广泛的一种方式。但随着集中供冷在很多地铁中的应用,在国内也纷纷将这种集中供能方式引入到地铁空调系统中。集中供冷可以将车站分为不同区域。在不同区域设置相应的制冷站,通过制冷站可以向不同的周边车站提供低温冷水。与分散供能方式来比较,这种集中供冷的方式需要设置制冷装备以及冷却塔,减少了制冷机房以及机房的占据面积,可以解决设置冷却塔困难的问题,也能够促进城市景观发展,具有一定的技术性要求,然而在通过远距离完成冷水输送工程时,对于管道工保温方面具有较高的要求,且在输送过程中也存在较大的能量消耗,对输送反应存在滞后性,因此,针对这些问题还需要强化自动控制管理。

（六）地铁空调系统的风压控制

在对地铁通风空调系统设计的过程中,除了保证该通风空调系统有效性,减少不必要的能源损耗之外,还需要从费用控制与成本节约的层面上加以考量,做好地铁隧道通风空调系统的风险控制。实际上,地铁隧道系统的空调风险控制主要应当基于空调大系统,首先减少对于能源的使用,在节能效果提升的前提下,就地铁隧道内部采取针对性的空调系统风压控制措施,实时监测地铁隧道温度并加以收集与记录,及时处理这些数据信息,并且对于隧道风机加以有效调整,以减少能源的不必要使用,减少设备损耗与成本投入,实现地铁通风空调系统节能效果的优化。

三、结论

总而言之,地铁通风空调系统对于确保地铁的运营质量发挥着重要作用,但是通风空调系统的运行会消耗大量的能量,为了提升通风空调系统的节能水平,地铁有关部门和技术人员需要对通风空调系统的结构和功能进行全面的掌握,从而结合系统的特点,制定有效的节能措施,减少通风空调系统的能耗,实现地铁运行的经济性和环保性。

参考文献

[1]高波,李先庭,韩宗伟,郜义军.地铁通风空调系统节能的新进展[J].暖通空调,2018,41(08):21-26.

[2]杨昭,余龙清,马锋,邵敏.地铁通风空调系统的逐时优化节能控制策略[J].天津大学学报,2018,45(07):599-603.

[3]姜金言,王海霞.地铁通风空调系统节能分析[J].建筑技术开发,2018,43(08):111,115.