地铁通风空调系统设计及节能研究

姜俊

摘要：随着我国社会的不断进步，加快了城市化进程的发展，促使地铁工程逐步兴起，由于地铁工程位于地下，需要地铁通风空调系统不断输送新风，而在这个过程中会消耗大量的能量，所以，地铁行业需要积极进行地铁通风空调系统的设计与节能研究。

关键词：地铁通风空调系统；空调系统设计；节能研究

地铁工程多位于封闭的地下空间，自然通风散热比较困难，加上地铁列车的散热以及其他机电设备、乘客的散热，大量热量的集聚，必将造成地铁内空气温度的升高。同时，隧道内土壤通过维护结构的渗透热量也较大，若不及时排除，车站和隧道内的空气湿度也会增大，直至达到乘客难以忍受的程度。为了保证地铁工程的稳定运行，要科学的设计隧道活塞风井、新排风井以及车站空调系统，为地铁车站提供新风以及排除湿热，而在这个过程中，地铁空调系统会损耗大量能量，约占地铁工程能耗的25%-35%，用电量约占地铁工程用电量的40%-50%。因此，相关部门以及技术人员要积极进行节能的创新研究。

一、地铁通风空调系统的设计

1、区间隧道通风系统

区间隧道通风空调系统一般分为开式系统、闭式系统和屏蔽门式系统，其中， 开式系统是应用机械或“活塞效应“的方法使地铁内部与外界交换空气，利用外界空气冷却车站和隧道。这种系统多用于当地最热月的月平均温度低于25℃且运量较少的地铁系统；闭式系统主要是指地铁内部与外部环境相隔绝，只供给乘客所用的新鲜空气，而车站内部主要使用空调系统提供新风，以及区间隧道的冷却主要依靠列车运行的活塞作用，通过携带车站内的空调冷风，降低区间隧道的温度；而屏蔽门式系统主要是指在车站的站台内部安装全封闭屏蔽门，将区间隧道气流与车站整体进行分隔，并且，区间隧道的热气排放主要依靠列車运行过程中的活塞作用，同时，将引入外部环境的新风来降低区间隧道的稳定。

现阶段，我国地铁线路常用的系统是屏蔽门式通风空调系统，主要是因为这种系统不仅能够改善车站区域的空气环境，还能够减少列车运行活塞作用带来的噪声，有利于降低车站公共区域通风空调的能源损耗。

2、车站公共区域通风空调系统

在进行地铁车站公共区域通风空调系统的节能设计时，要充分考虑到土建的规模限制、人员的过渡区域，并且，要结合人员在公共区域的停留时间较短，对温度和湿度的要求不高，来进行综合性设计，多采用全空气一次回风系统，按照站厅和站台进行均匀的送风设计、回风设计、排风设计，有利于排除车站公共区域的湿热，从而为乘客乘车提供舒适的候车环境。如图1所示。

3、车站设备管理用房通风空调系统

地铁工程中不同房间的室内温度、室内湿度、空气换气等相关要求存在差异，主要划分为设备房间、管理房间、变电所房间，而车站设备管理用房的通风空调系统多采用全空气一次回风系统，以及在机房内部设置组合式空调机组、回排风机等，其中，针对要求换气次数的房间设置送排风系统。

4、车站空调水系统

车站空调水系统主要是为了地铁车站的通风空调系统提供冷气来源，以水冷螺杆式冷水机组为提供冷源的核心，该冷水机组主要包括冷冻水系统和冷却水系统，其中，冷冻水系统由冷冻水泵、分集水器、处理设备、阀门管道组成；而冷却水系统由冷却水泵、冷却水塔、阀门管道组成，并且，冷却水塔要建立在冷水机房的侧地面。如图2所示。

由于车站的公共区域以及管理用房的实际负荷存在差异，甚至在公共区域夜间停运之后，其实际负荷趋近于零，而设备管理用房的全年实际负荷较为稳定，常见的水系统冷源配置方式主要有两种：第一种，两台大机组容量相同的冷机，白天同时运行，晚上只运行一台；第二种，三台冷水机组，其中，两台大机组容量相同的冷机为公共区域提供冷源，一台小机组容量的冷机为设备区域提供冷源。

二、地铁通风空调系统的节能

1、变频技术的应用

在地铁工程中，隧道通风系统、大系统、水系统都与客流和行车等参数变化具有紧密联系，而变频技术对风机、水泵等进行变频控制，结合气象数据、行车参数等，来更好的实现节能效果。例如，变频技术在排热风机中的应用，能够有效的节约60%的能耗；大系统中的组合式空调机组和回排风机使用变频系统进行分时段调节，能够节约40%的能耗，虽然，变频技术的初期投资较高，但是，变频技术的运行费用低，并且，在使用两年之内，能够进行回收加装变频器成本；车站空调水系统要以远期高峰时刻的负荷来设计确定相关设备，并且，冷水机组要根据实际的制冷需要进行10%-100%制冷调节，通过将变频技术应用在冷水泵上，能够节约30%的能耗。

2、综合控制技术的应用

车站的实际负荷受到诸多因素的影响，因此，在进行数据信息收集和运用时，要注意使用综合控制技术。例如，负荷预测的变频调节模式，主要使用BAS、PIS、综合监控系统，来采集客流信息以及屏蔽门的开关状态等数据信息，从而实现对系统运行的实际调控。

三、结语

综上所述，地铁通风空调系统是保证地铁内部环境中湿度和热度的重要环节，有利于为乘客提供良好的乘车环境。与此同时，由于地铁通风空调系统的能耗较大，所以，要注重对地铁通风空调系统进行科学合理的设计，在满足地铁通风空调系统的远期需求下，要注重使用变频技术和综合控制技术，来实现更好的节能效果。

参考文献：

[1]黄璟瑜.地铁通风空调系统设计及节能研究[J].工程技术：全文版，2015.

[2]张浩.地铁车站通风空调大系统节能控制的设计与实践[D].华北电力大学，2015.

[3]陆健东.地铁通风空调系统节能的实现研究与思考[J].科技创新与应用，2017.

（作者单位：中铁上海设计院集团有限公司）