浅析地铁通风空调系统节能问题

陈成

摘要：概括了我国地铁通风空调系统的主要方式,阐述了目前系统面临的问题和现在实施的节能策略,探究了以后的地铁通风空调系统节能措施的发展方向。

关键词：地铁；通风空调系统；节能；分析

中图分类号：U231文献标识码： A

引言

这些年来,由于城市化的迅速开展,身为我国城市公共交通形式主要构成部分的城市地铁交通迅速发展起来。按照北京市城市轨道交通线网初阶计划,2011年至2020年,北京市地铁道路整体长度会上升到1050km,预计超出纽约变成世界上拥有最长地铁路线的城市。另外,我国大概有27个城市的轨道交通在同步规划。到2015年左右,北京、天津、深圳等22个城市将会建79条轨道交通线路,整体长度为2259.84km,所有投资为8820.03亿元。因此可以说,城市轨道交通在我国将迎接新的建筑热潮。

一、地铁通风空调系统概述

地铁车站通风空调系统一般有三个组成部分，分别是大系统、小系统以及水系统，这三个部分有机组成一个整体，在地铁车站中共同操作。大、小系统这两个部分的作用是保持车站公共区具有良好的通风环境，保障设备管理用房的排风，控制地铁车站的温度和湿度等。水系统的主要功能则是为车站空调系统提供充足的热源，帮助组合空调机进行正常的热交换工作。总之，通过这三大组成部分的功能，调节地铁车站环境参数，为乘客提供惬意的乘车环境。地铁车站通风空调系统的运行原理：地铁处于运行阶段时，空调新风机要向地铁车站内输送新风，排风的工作则由回排风机来负责；组合空调机则兼具两个方面的功能，一个是送风，另一个是制冷。此外，当地铁列车处于进、出站或是停站阶段时，列车会消耗大量的能源，随之产生大量的热量，进而危害隧道设备的安全，损害列车车体等。因此，这部分的热量必须要排出，这方面的工作可以借助列车运行时产生的活塞风，也可以通过轨道顶的排热风机来进行排热。

二、地铁通风空调系统节能的重要意义

首先，地铁作为近几年在我国各大发达城市中国家大力支持建设和发展的一个交通运输行业，是一个城市发展的重要基础。对经济和社会的发展更是有着举足轻重的影响。

由于地铁的快速发展，车次的增加和车速的提高，快速高效载客量大的特点，造成了地铁中热量的大幅增加。地铁通风空调系统的主要作用是控制地下空间内空气的温湿度、流速和空气品质。在列车正常运行时，为乘客和工作人员提供适宜的人工环境，满足其生理和心理要求。

其次，当列车阻塞在区间隧道时，向阻塞区间提供一定的通风量，保证列车空调等设备正常运行，在短时间内为车厢内乘客提供能接受的环境条件；在发生火灾事故时，提供迅速有效的排烟手段，为乘客和消防人员提供足够的新鲜空气，并形成一定的迎面风速，引导乘客安全迅速撤离火灾现场。

此外，它还为地铁各种设备提供必要的空气温度、湿度以及洁净度等条件，保证其正常运转所需的环境条件。作为轨道交通的重要组成部分，地铁是相对特殊的一类建筑。地铁主体建筑一般位于地下数m至数十m深处，其上覆盖土层，处于一个相对封闭的场所。虽然由于土层的蓄热作用，地下建筑一般受外界气象条件影响较小，具有冬暖夏凉的特点，但是地下线路内部有显著的内热源，包括列车牵引、刹车系统，列车空调及人员的散热等。除此之外，地铁站存在严重的污染源，如列车刹车闸瓦产生大量的粉尘、乘客和工作人员新陈代谢产生大量的CO2等。

在地下线路相对封闭的条件下，仅靠空气的自然流动和扩散，难以有效排除各种污染物，也无法保持地铁站空气环境的舒适性。

虽然地铁通风空调系统在地铁运营过程中对人文环境、设备环境以及列车非正常运行情况下均起着举足轻重的作用，但在保证地铁环境的同时，地铁通风空调系统付出的代价也是高昂的。

地铁通风空调系统不仅设备投资巨大，而且其运行能耗在总能耗中占相当大的比例，已经严重影响到地铁运营的经济性。

三、现有地铁通风空调系统的形式

1.现有地铁通风空调系统的主要形式及优缺点。

地铁车站通风空调系统主要经历了开式、闭式和屏蔽门系统三种形式的变迁。

屏蔽门系统因其具备较高的安全性能而在近几年正在建设发展地铁的各大城市普遍推广。对于屏蔽门系统而言，在空调季较长的地区，可以减少区间活塞风对车站温度场和速度场的干扰，降低车站空调冷负荷，因此对系统节能比较有利；但是对于空调季较短的地区，虽然系统在空调季运行时能使空调负荷减小，但由于车站站台形成全封闭空间，机电设备、照明、乘客等的散热会使空调期加长；在非空调季，由于不能利用车站出入口及列车的活塞效应进行自然通风，必须进行机械强制通风。为了保证区间的温度满足要求，还必须增加区间活塞通风系统。屏蔽门车站闭式系统比一般的闭式系统增加了活塞风道及轨行区排热系统，这些均增加了系统在非空调季的运行能耗。

因此在空调季较短的地区采用屏蔽门系统的节能优势并不突出，反而会因屏蔽门的高昂费用而增加初期投资，运营时要加大维修保养工作。在选择系统形式时需综合考虑各方面因素,以达到节能效果。

2.现有地铁通风空调系统存在的主要问题。

一是投资巨大。地铁通风空调系统投资巨大成为制约地铁发展的因素之一。一方面是通风空调系统的设备投资大，另一方面是通风空调系统的占地面积和使用空间大。二是运行费用高。据统计地铁通风空调系统的实际运行能耗占地铁总能耗的50%左右。三是能源利用不合理。

其中有自然冷源利用不充分。冬季室外的天然冷源得不到利用；过渡季，地铁站通常采用通风换气的方式来消除站内空间的余热余湿，然而在室内外存在小温差的条件下，巨大的风机能耗与引入的有限冷量相比得不偿失。另外，高品位热能利用不合理。地铁站内部具有显著的内热源，一方面存在来自列车牵引、刹车系统散热和列车空调散热等的稳定热；另一方面还存在站内客流量变化引起的动态热源。

四、影响通风空调能耗的主要因素

采用屏蔽门系统的地铁车站空调负荷主要包括：人员负荷、照明负荷、设备负荷、屏蔽门传热渗透负荷、出入口渗透负荷、新风负荷、广告牌产生的负荷等。

设备负荷是指自动扶梯电梯AFC系统产生的负荷，这部分负荷相对较为稳定；地铁人员负荷存在很大的波动，另外随季节而变化新风负荷也是波动的，若空调系统按照装机容量运行，势必造成能源的巨大浪费。

在客流量远未达到设计额定值，空调系统在小负荷的状况下，如何根据实际负荷需求对风量水量进行调节，是空调系统节能的关键。

五、通风空调系统节能策略

1.设计阶段节能策略。

车站设计时，应积极配合建筑专业，优化风道房间的布置，尽可能使风井或机房位置管路通畅，减少土建直角弯，最大限度的减少不合理的结构。

2.运行阶段节能策略。

一是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。二是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。

六、结语

总而言之,地铁站空调设备工作时可由水的多少来对其频率的操控,而且在不一样的季节下可采用不同的工作以及不同季节采用不同的运行形式,对节能都会起到很好的作用。当然,可以在设备初期设计时对其改进一样可以达到节能的目的。但是,如何能够最大限度的降低地铁系统的能源消耗是一个巨大的难题,各个设计部门要紧密合作,而且每个人在设计中都需要具备高度的节能思想。伴随着社会的发展,各种节能设备层层出新,并且不断的升级优化,未来地铁将更加节能。

参考文献

[1]杨东旭.地铁空调通风节能研究硕士学位论文[C].2004-01-01.

[2]余磊,何斌,王晓保.地铁车站空调通风系统变频节能控制的设计[J].风机技术,2009,01- 0053- 04.

[3]王晖,朱培根.南京站地铁通风空调系统调节与评估[J].洁净与空调技术,2008,4.