地铁通风空调系统优化研究

周鹏

（无锡地铁集团有限公司建设分公司，江苏 无锡 214000）

0 引言

地铁运营所消耗的电量是非常大的，空气调节设备的用电相当于整个地铁运营系统用电的40%[1]，因此通风空调系统的节能显得尤为重要。无锡地铁1、2 号线隧道通风采用双活塞三风机系统；公共区采用一次回风空调系统；设备区空调系统采用多联机+通风+新风系统，与大系统冷源分开设置；空调水采用一次泵变流量系统。排热风机、大系统送排风机、冷却塔风机、冷冻水泵等均采用变频控制，冷冻站未实施节能控制系统，系统控制均由BAS 实现基本控制功能。

1 排热风机的运行

当前1、2 号线，关于排热风机的运行时段以及运行频率的问题争议颇大，主要是由于现状行车密度较小，排热风机全天开启，即使最低频率运行，能耗也比较高，且当前行车密度较小，隧道内无明显的温升，排热风机的运行效果不明显，对此运营提出较多的优化需求。

开式系统在过渡季节能利用活塞风通风换气，节约排热风机能耗[2]。对于全封闭的站台门系统，则更多的依赖于排热风机，针对全封闭站台门制式系统，排热风机除满足火灾时排烟需求外，平时主要考虑排出列车散热，控制隧道温升。列车散热量占区间隧道散热量的70%左右，与区间隧道内温度有直接关系，也即行车密度越高，散热量也越大，虽然行车对数增大，活塞效应会有所增强，但是由于列车散热量增加导致隧道内的温升影响远远比活塞通风效应增强的降温要大，因此区间内隧道温度与列车行车对数有直接的关系。而对于排热功能而言，排热风机的配置容量，一般按远期需求考虑，远期排热风机风量比初、近期大，在初近期运行时，应合理确定排热风机的运行频率，以达到节能运行的目的。由于运营初、近期行车密度较小，排热风机全天开启，能耗比较高。

鉴于以上分析，结合无锡地铁1、2 号线特点，在运行中建议根据行车对数确定排热风机的变频运行状态，排热风机可设置四个运行频段，分别为50Hz、40Hz、30Hz、关闭。当行车对数大于25 对/h，排热风机工频运行；当25≤行车对数＜20对/h 时，排热风机的频率为40Hz；当20≤行车对数＜12 对/h 时，排热风机的频率为30Hz，当行车对数≤12 对/h 时，排热风机关闭。实际运行中，运营部门应根据初、近、远期线路实际运行情况以及运营管理经验，合理调节排热风机的开启频率及运行状态，以达到节能运行的目的。

2 大小系统节能措施

根据运营反馈，开启机械送排风系统会给设备房送入较多灰尘以及增加环境噪音等问题，过渡季节仍然采用常开多联机系统维持室内环境。对此，运营公司对2 号线河埒口站1～3月份多联机系统运营能耗统计结果显示，全站在24 小时开启多联机系统模式下日均耗电量为144 千瓦时，若采用机械通风模式，按风机的额定功率计算，风机总能耗为730 千瓦时，远远超过多联机系统运行能耗。究其原因，当前强弱电设备散热量尚远未达到远期工况，且1～3月份，室温较低，利于设备散热，系统冷负荷整体较小，而开启多联机系统，其可以根据房间负荷变化实时调整设备出力，在维持室内设定温度的前提下，设备变频运行或间歇运行。在这种情况下采用机械通风模式，只能定风量运行且无法根据室内温度情况控制设备自动启停，风机能耗并不比多联机系统低。

理论上，机械通风与多联机系统总能耗曲线应有一个交叉点。鉴于此，针对1、2 号线现状，全年各时间段优先按照多联机系统运行模式，并统计运行能耗数据，获得此“交叉点”的位置，即在过渡季节，核实采用机械通风模式更为节能，作为后期调整运营策略的依据。

2.1 变频控制策略

现状由于部分设备及控制程序的调试问题，组合式空调器及回排风机的频率调节尚有人工控制，未实现自动调频。建议鉴于当前1、2 号线的实际情况，按以下策略进行控制：根据回风温度调整组合式空调器的频率，回风的温度较高时，增大空调器频率，加大送风量，回风的温度较低时，降低空调器的频率，减少送风量，回排风机的频率作同步变化。根据送风温度来调整末端动态平衡电动阀的开度，当送风温度升高时，阀门开度增大，冷冻水量增大，当送风温度降低时，阀门开度减小，冷冻水量减小，冷冻水泵及冷水机组采用变频控制达到所要求的负荷量。由于风量调节对末端负荷的响应较快，当末端负荷发生变化时，首先调整风机运行频率，而对于变频风机，当转速降为额定转速的30%以下时，效率点将大大下降，节能效果将远小于流量立方关系；送风气流组织也将显著恶化。因此在地铁空调通风中，风机一般最低降速到40%～50%。当风机频率调至下限时，进行水系统的变水量调节。

风系统变频闭环控制图

动态平衡电动调节阀闭环控制图

2.2 减少通风工况下空调器的运行能耗

根据无锡运营特点，全年约3/4 时间处于通风运行状态，减少风机设备的运行时间和运行阻力均可有效节能。对于前者，在控制模式的选择上可以做一些优化。同样，考虑到空调器由于内部构件阻力较大，同等风量下相对于排风机功率更高，因此可以采用“只排不送”的通风模式，则可以节省空调箱送风机的能耗，且建议优先考虑采用“只排不送”模式。而对于减少设备运行阻力方面，由于在通风季节无需冷冻水处理，组合式空调器内冷水盘管等部件徒增阻力，若在通风季节，将表冷器采用对开门方式打开，从与气流垂直变为与气流方向平行，减少对空气的阻挡，可大大降低风机运行能耗。目前，表冷器可打开型组合式空调器已有成熟的技术和市场，建议考虑在新线中引用。

3 结语

可根据列车的行车密度，对排热风机的运行频率进行调整，可有效的降低能耗。通过改变小系统在不同工况下的运营时间，优化空调水系统的运行策略，调整环控系统的环控模式，可有效的降低能耗。

本文结合已运营线路，从排热风机运行策略、空调小系统设置形式、智能模糊控制系统应用、大系统取消小新风机的可行性、大系统节能措施等几个方面进行分析，提出优化建议以供新线建设及运营参考。