城市轨道交通通风空调系统的节能研究与应用

2012-06-22张世勇张国华

电气化铁道 2012年1期

关键词：测试数据排风温湿度

张世勇，张国华

0 引言

城市轨道交通（地铁）凭借着快速、高效、载客量大的特点，已成为各大城市缓解交通压力的重要手段。截止目前，国内一、二线等城市都在大规模的修建地铁，然而，其运行后的巨大能耗引起了社会的广泛关注，“节能”已成为人们最为迫切的愿望。

通风空调系统作为地铁运行中的重要设备系统之一，担负着对地下空间的空气温度、湿度、空气流速和空气品质进行控制的任务，据统计，通风空调系统的能耗约为地下线能耗的30%以上，仅次于车辆牵引用电能耗，节能潜力巨大。

本文重点对既有地下车站通风空调系统进行实际测试，并对测试数据进行分析以寻求节能方法，进而为通风空调系统的方案设计和推广应用提供依据。

1 通风空调系统的节能测试

1.1 测试方案

地铁通风空调系统主要是指对地铁运营空间的空气温度、湿度、空气流速和空气品质进行控制的系统，其控制手段主要通过风的流动完成。因此，选择地铁通风空调系统的风系统进行测试试验。

为了达到测试数据的精确度，通常采用集成闭式通风空调系统（闭式是指地铁内部与外部空气隔绝），即地铁车站空调系统的送、排风机兼任区间隧道事故风机，送风道内设置可电动开启型表冷器和空气过滤器，送、排风机均为20#可逆转轴流风机，并设置了变频调速装置。

（1）耗电量测试。耗电量测试通过加装智能型电表实现。在车站送、排风机的变频控制柜内加装PM1200型电力参数测量仪表，对其运行的电力参数进行实时监测，并可以上传电力监控系统进行记录和统计。

（2）车站公共区环境温湿度测试。车站公共区环境温湿度测试通过加装温湿度自记仪实现，在送、排风道、车站公共区共安装了10台RR002型温湿度记录仪，记录的温湿度数值可定期通过USB接口导出，并可与BAS系统记录的数值进行对比。

1.2 通风空调系统运行模式

地铁公共区通风空调系统一般按既定的运行时间表自动执行，运行模式一般分为空调小新风、空调全新风、过渡季通风和冬季通风等，分别对应不同的风机、风阀、表冷器、冷水系统等设备的开闭组合，送、排风机的运行频率为设定频率。设计的运行模式如表1所示。

表1 地铁车站通风空调系统全年运行典型模式表

1.3 测试数据描述

（1）耗电量测试结果。测试是在1月份某天夜间地铁停运后开始的，根据测试方案，通过BAS系统分别按不同运行模式开启风机、风阀、表冷器，并使风机在不同运行频率下工作，得到各模式下、各频率下的风机运转功率数据；并增加2种模式作为对比方案，分别是送风机送风、出入口自然排风和排风机排风、出入口自然进风，同时也调整风机在不同频率下工作进行耗电量测试。鉴于篇幅，以下仅列出30 Hz下各模式风机的功率测试数据，详见表2。

表2 风机功率测试数据表

（2）温湿度测试结果。测试车站公共区站台层和站厅层的冬季某日温度曲线如图1、图2所示，由于测试是在冬季进行的，待其他季节再进行相关的测试和分析。

2 测试数据分析

2.1 耗电量测试数据分析

从表2的测试数据可以看出，风机采用变频风机后，有较好的节能效果。但对于同一台风机，相同运行频率、不同运行模式下的实际运行功率有所差别，主要是因为管路特性曲线变化引起风机工作点发生变化，变化的幅度一定程度上能够反映当时实际产生风量的差异。

全新风（通风）模式和全新风（空调）模式的区别仅在于表冷器的开启与关闭，全新风（通风）模式下，门式表冷器处于开启状态，风机无需克服表冷器的阻力，表现在测试数据上，则是送风机的功率下降了1.1 kW，约为4.5%，节省了运行能耗。

对比全新风（通风）模式、送风（单送，通风）和排风（单排，通风）模式的测试数据，发现其送、排风机的实际运行功率有所区别，但区别很小，考虑到其中的记录误差，可以认为由于出入口的面积较大，公共区采用机械送风、机械排风的方式，与采用机械排风、出入口自然进风或者机械送风、出入口自然排风 2种方式产生的实际通风量差别不大，所以，采用后2种单排、单送的方式替代送、排的方式是很好的节能选择，而由于排风机的功率比送风机的功率有较大幅度的下降，所以，机械排风、出入口自然进风的方式是最为节能的方式。

2.2 温湿度测试数据分析

根据图1、图2可以看出，地铁车站早、晚高峰特点较为明显，尤以早高峰温度上升较为明显。但是，由于现阶段冬季日间通风时间为 10：00～18：00，故在日间平峰时段内，站厅温度受到机械通风及列车活塞风效应的影响较大，室外低温空气的引入会造成站厅温度偏低的情况，日间局部时段出现接近5℃的低温。而该时段站台因有一定的人员发热及列车等设备发热，受到室外低温空气的影响较小，日间站台温度基本维持在12～14℃。

图1 站台层全日温湿度曲线图

图2 站厅层温湿度曲线图

2.3 节能分析

测试数据显示，相对实际采用的机械送风、机械排风的方式，机械排风、出入口自然进风方式节能幅度达到60%，但其缺点是室外空气不经过滤直接进入地铁，会带进一部分灰尘，如果担心灰尘问题，可采用机械送风、自然排风的方式，也能收到40%左右的节能率。

对于冬季，测试数据显示站厅、站台温度差距较大，说明列车运行活塞风对站厅的影响较大且站厅层的发热量较小，采用机械送风、自然排风的方式能够在一定程度上抵消活塞风引入的室外空气，站台层的热量也会进入站厅层，对缩小差距有很大帮助。在风机运行时间上，早高峰和晚高峰进行通风较好，其他时段则应采用闭式运行方式，每日运行时间缩短4 h，可节省50%的运行能耗。