地铁通风空调系统节能措施分析探讨

地铁通风空调系统节能措施分析探讨

李远森

中交（广州）铁道设计研究院有限公司510000

摘要：地铁通风空调系统的能耗占地铁车站总能耗的比例相当大。本文对地铁通风空调系统常用的变频、加大送风温差等节能措施、方法进行分析探讨。

关键词：地铁车站；通风空调；变频；节能措施

1引言

随着社会的发展，能源环境问题越来越突出，形势不容乐观。现国家各行业都根据国家政策要求，利用新技术措施以提高能源利用效率减少能耗，节约能源。

在地铁系统里面，除了地铁列车牵引系统能耗比例比较大外，而地铁车站通风空调系统设备众多，功率也大，通风空调系统的能耗比重也比较大。据相关数据统计，地铁通风空调系统的用电量占地铁车站总用电量达到55%左右。所以，地铁车站通风空调系统如何利用新的技术成果设备、系统，对降低地铁运营成本、能耗有着重要意义。

2地铁车站通风空调系统简介

地铁通风空调系统习惯上可以分为以下4个系统：①隧道通风系统（一般由车站轨排风系统、区间隧道通风系统组成）；②车站站厅、站台公共区的通风、空调系统兼防排烟系统（简称大系统）；③车站设备管理用房的通风、空调系统兼防排烟系统（简称小系统）；④车站空调水系统（简称水系统）。

3地铁通风空调各系统节能措施分析探讨

3.1隧道通风系统节能措施

地铁隧道通风的效果、形式对列车牵引系统、列车空调系统、车站通风空调系统的影响都比较大。

地铁车站通风空调系统主要经历了开式、闭式和屏蔽门系统的变迁。对于空调季节比较长的区域，屏蔽门系统可以有效减少区间活塞风的入侵对车站公共区温湿度的影响，降低车站空调冷负荷。为了保证区间隧道温度不超40℃以利于列车空调系统安全运行，屏蔽门系统车站增加了活塞风道系统及车站轨行区排风系统。而对于开式系统，由于车站的站台、站厅公共区与隧道、室外大气相通，如果非空调季节较长，可以利用车站出入口、列车运行时形成的隧道活塞效应对公共区进行自然通风，从而可以减少大系统空调柜、风机运行时间，降低能耗。

地铁区间隧道的空气温度影响因素较多，比如列车牵引的散热、列车空调冷凝器散热、隧道周围岩土层的吸热、活塞通风带入或带走的热量等。对于车站采用屏蔽门的通风空调系统，为了降低车站轨排风机的运行能耗，现设计一般地都要求其具备变频功能。利用风机的运行能耗与风量、频率成正比关系，在满足区间隧道内满足温度不超过40℃的情况下，降低轨排风机的频率以达到减少排风量、降低能耗的目的。

随着地铁能量回馈系统的应用能有效地减少地铁列车制动时产热量，取消车站站台板下排风系统以减少车站轨排风机风量也在试点应用。

3.2车站大、小系统节能措施

3.2.1加大设备用房空调系统的送风温差

地铁设备用房如通信设备室、信号设备室等用房室内发热量较大，设备发热量一般达到300w/m2~400w/m2，按常规的10℃的送风温差送风，空调送风量大，室内换气次数达到15次/h~25次/h。为了减少空调风量降低空调柜、回风机的能耗，建议加大送风温差，具体的分析如下。

根据专业提资要求，地铁通信设备室、信号设备室的室内温度18~28℃，湿度40~60%可满足设备安全运行要求，设置舒适性空调系统可满足上述要求。通信设备室、信号设备室等设备用房高度一般小于5米，但平时无人值守，加大送风温度并不存在冷风感而影响舒适度，而且地下设备房不存在室外空气入侵而因送风温度低容易结露的状况，所以复核计算空调送风温度高于室内露点温度避免冷凝水析出即可。下面按室内温度27℃，湿度40~60%进行计算分析。

通信设备室等设备室的室内主要为显热，散湿量小，热湿比ε接近无穷大，可认为室内含湿量与送风含湿量一样。地铁冷冻水供回水温度为7℃、12℃，出风状态点的相对湿度取值90%。

当室内计算温度27℃，湿度40%时，室内露点温度12.1℃，含湿量9g/kg。送风参数取值如下：含湿量9g/kg，相对湿度90%，通过计算送风温度为13.9℃，高于室内露点温度。此时，送风温差可达到13.1℃。

当室内计算温度27℃，湿度60%时，室内露点温度18.4℃，含湿量13.5g/kg。送风参数取值如下：含湿量13.5g/kg，相对湿度90%，通过计算送风温度为20.2℃，高于室内露点温度。此时，送风温差为6.8℃。

所以，通信设备室等设备室的送风温差取值6.8℃~13.1℃均可满足室内参数要求。送风温差增加1℃，送风量将减少10%左右，空调柜、回风机的能耗各减少10%左右。

对于降压变电所、牵引降压混合变电所等高压电气用房在满足室内不结露的情况下，建议亦增加送风温差减少送风量以降低能耗，而不限于通常做法送风温差取值15℃。

3.2.2新风量的取值与控制

地铁车站公共区的人员密度不同时期、时段变化较大，而设备容量按远期晚高峰客流量计算人员新风量进行选取。地铁每天小时客流量都在变化，如大系统新风量与客流量大小相匹配，可以达到较好的节能。大系统可通过以下方法控制系统新风量：根据室内焓值与室外新风焓值的差值决定是否采用全新风运行；按客流量的多少，根据公共区二氧化碳的浓度自动控制系统新风量的大小以达到节能的目的。当室外新风焓值小于室内焓值时，地铁车站的全空气系统采用全新风运行模式从而减少冷水系统运行时间以达到降低能耗的目的。

《地铁设计规范》规定设备与管理用房全空气系统的新风量不应少于总风量的10%，个人觉得有待商榷。通信设备室、信号设备室、降压变电所等设备房送风量大而且平时无人值守，新风量要求达到总送风量10%无疑增加能耗，而且大量的室外新风还影响了室内温湿度稳定，增加了过滤器的负担。所以，个人认为地铁设备用房的新风量取值按《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》相关要求执行。

3.2.3变风量与风机变频控制

地铁车站设备管理用房室内冷负荷相对稳定，风机电机容量较小，其通风空调系统一般不考虑变频，所以在地铁空调系统中一般公共区空调系统采用变频技术。

公共区空调系统的设备选型是根据远期晚高峰客流等参数计算确定的。如近期或非客流高峰时段按远期晚高峰装机容量定风量运行将造成能源的浪费。通过回风的温湿度、焓值与设定参数相比较通过变频器降低空调柜、回风机的转速较少空调风量，从而避免空调柜、回风机定风量运行，从而达到节能目的。根据风机转速、风量、功率三者的换算关系，转速或风量每降低10%，风机的能耗理论上将降低30%左右，节能效果较为可观。

4小结

通风空调系统的节能措施、方法较多，但受地铁车站空间的限制，现普遍的应用技术为风机、水泵、冷水机组变频变流量。地铁的冷源系统一般为水冷螺杆制冷机组，节能的辅助措施为换热器清洗系统以降低污垢对换热的影响，所以冷源端节能技术有待进一步开发应用。

参考文献：

[1]佘光华.地铁通风空调系统节能研究.制冷与空调，2008（4）

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范：GB50157-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013

[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2008