地铁通风空调系统节能分析

龚德高

摘 要：以缩小地铁车站规模、减少工程投资为出发点，在满足地铁车站通风空调系统基本功能的前提下，通过对地铁隧道通风系统和空调水系统遇到的设计问题进行总结。隧道通风系统可通过设置单活塞风井来压缩车站规模，减少活塞风亭对车站周围环境的影响。

关键词：通风空调系统；原理；优化控制；节能策略

地铁通风空调系统是地铁综合自动化系统的一部分，在地铁运营中发挥着重要的作用。良好的地铁通风空调系统可以根据地铁内部环境的变化自动进行温度、湿度、风量等调节，为乘客创造一个舒适惬意的乘车环境。

1 地铁通风空调系统原理

地铁车站通风空调系统由大系统、小系统和水系统构成，三部分组成一个有机的整体，共同作用完成车站环境参数的自动调节。大系统和小系统负责车站公共区和设备管理用房的通风、排风以及车站温湿度的控制等。水系统为车站空调系统提供冷源，使组合空调机组完成热交换过程，从而实现地铁车站温度调节。在地铁运营时，空调新风机负责向站内输送新风；回排风机负责站内排风；组合空调机组兼具送风和制冷两个方面的功能。组合空调通过冷冻水回路和空调水系统相连，将制冷后带有设备热负荷的冷冻水通过冷冻泵输送到空调水系统的冷水机组，冷水机组通过热交换将冷冻水热量转移到冷却水，通过冷却水回路和冷却塔将热量排放到大气中。同时冷水机组将热交换后形成的冷源，回馈到空调机组以便站内制冷。

2 通风空调系统的优化控制

2.1 优化控制思路

由于传统的空调控制系统的控制方式属于粗放式的控制，造成了极高的能源耗费，因此必须寻找一种更加优化的控制方式来代替。地铁列车及其空调冷凝器的发热量、新风负荷、人员负荷随行车密度及客流量波动，不同时期、不同时段所需要的轨道排风量、车站所需的新风量和冷量都会因行车密度、客流量及屏蔽门开启时间的变化而有很大差异。在空调系统中冷冻水泵和冷却水泵的容量是按照车站最大设计负荷选定的，且留有余量。在实际使用中，空调系统大多处于低负荷运行状态，因此，对冷冻水回水阀进PID调节，以控制冷冻水回水量，这是减少能耗的有效途径。

2.2 通风空调系统优化控制方案

2.2.1 变风量变流量控制。变风量控制主要是由设在车站两端的组合式空调机组和回排风机来实现的。在送风机和回排风机上均配备变频器，用来改变送风机和回排风机的转速，可方便地调节送风量和回风量，使空调大系统成为变风量系统。这样，系统不仅能随时改变供风量以适应风量需求的变化，同时也有显著的节能效果。综合监控系统通过与自动售检票系统、屏蔽门系统及环境与设备控制系统的接口，可获知当前时段进闸人数和出闸人数等客流信息、屏蔽门开启次数以及站内的二氧化碳传感器采集的信息，然后由综合监控系统根据这些信息实时计算系统的新风负荷和人员负荷。

2.2.2 分析比较。常规的定风量变流量控制方式存在冷水量不能随风量同步变化的问题，这也限制了冷水量的调节作用。而且地铁通风空调系统的负荷具有大干扰、高度非线性、不确定性、大滞后的特征，如果控制模型单纯采用负反馈控制，容易造成系统的波动和震荡，难以达到预想的控制效果。采用变风量变流量优化方案的优点是：发挥变频器调节风量的优势，引入正反馈和负反馈控制，用于调节组合空调和新风机的出风量以适应负荷的波动。对末端冷水量的调节引入正反馈控制，使冷水量随风量同步变化，增加了风量调节的有效范围，缩短了冷水量调节的响应时间。该方案考虑了冷水量和风量的配合问题，将变风量控制和变流量控制有机地结合在一起，使整个通风空调系统的性能得到了进一步的优化，而且该方案结构清晰、控制流程简单、易于组态、容易编程，可以有效地节约地铁运营的能耗。

2.2.3 轨道排热风机节能优化控制。车行区排热通风系统中的排热风机的作用是排除列车进站、停站、出站时产生的热量，以减少列车发热量对车站及区间的影响。车行区排热系统在地铁运营期间需长期运行，能耗巨大，且负荷变化明显，因而排热风机有必要采用变频技术。

3 通风空调系统节能策略

从空调负荷分析，人员及新风负荷是系统节能的重点，这需要根据实际负荷需求对风量、水量进行调节。从系统运行耗电分析，风机、水泵等输配系统是车站节能的重点，也需要根据车站负荷变化调节风机、水泵等运行状态，降低运行费用。因此，空调系统的节能应综合考虑设计、运行的各个阶段。

3.1 设计阶段节能策略

3.1.1 优化系统布置。车站设计时，本专业应积极配合建筑专业，优化风道、房间的布置。风井或机房位置应保证管路通畅，协调减少土建直角弯，最大限度的减少不合理的结构导致车站能耗加大的情况。通风空调系统的设计，应强化节能意识。设计师应充分结合地铁负荷特点，优化系统设置，尽量减小风管直角弯，合理科学选择空调设备，杜绝“大马拉小车”的现象。

3.1.2 大温差送风。对于设备管理用房，合理加大送风温差。因送风温差的增大，使送风量大大减小，可节省系统的一次投资费用和运行费用。对于车站变电所及发热量大的电气用房，保证在电气设备空载时不结露的情况下，适当提高送风温差，一般取△T≈15～19℃。

3.2 运行阶段节能策略

3.2.1 风机变频变风量调节。由于地铁通风空调系统的设计是根据预测的远期高峰客流运营条件来计算的，在客流量远未达到设计值时，最有效的节能措施就是采用变频器来调节流量、风量。

3.2.2 空调水系统流量调节。在空调系统中冷冻水泵和冷却水泵的容量是按照车站最大设计负荷选定的，且留有余量。在实际使用中，空调系统大多处于低负荷运行状态，因此，采用变频器来调节水流量是减少能耗的有效途径。

3.2.3 采用不同的运行模式。夏季最大限度的减小新风负荷，合理利用过渡季节自然冷源是空调系统节能的有效措施。通过以下的运行方式可达到较好的节能目的。①空调小新风工况。当站外空气焓值大于车站空调大系统回风空气焓值时，空调系统采用小新风加一次回风运行。②空调全新风工况。当站外空气焓值小于或等于车站空调大系统回风空气焓值，并且站外空气温度大于空调送风温度时，采用全新风空调运行，空调器处理室外新风后送至空调区域，回/ 排风全部排至车站外。③通风工况。当站外空气温度小于空调送风温度时，停止冷水机组运行，外界空气不经处理直接送至空调区域，回/排风则全部排出车站外。

4 结语

通过分析，地铁车站空调系统运行时根据实际负荷需求对风量、水量进行变频控制，以及不同季节采用不同的运行模式，都能起到良好的节能效果。同时，通过优化设计同样可以达到节能目的。然而，有效并全面降低地铁系统的能耗是一项艰巨的任务，需要各专业密切协作，节能意识更需要贯穿于整个设计过程当中。随着新型节能空调设备的不断发明，以及优化方案的不断开发，地铁节能前景必将更为广阔！

参考文献

[1] 曾瑜，陈丽华.对广州地铁风亭设计的总结与思考[J].广州建筑， 2010（02）.

[2] 张洪强.浅谈蒸发冷凝技术在地铁中的应用[J].山西建筑，2011（16）.

[3] 吴晶.浅谈南京地铁二号线车站通风空调系统[J].科技信息，2010 （25）.

[4] 袁凤东.智能化地铁通风空调系统节能技术研究[D].2006.