地铁车站通风空调系统节能模式探讨

2021-05-21杜彬

设备管理与维修 2021年8期

杜彬

（中铁十九局集团电务工程有限公司，北京 100076）

0 引言

通风空调系统是地铁工程中的重要系统，其作用是在地铁正常运营过程中为乘客、工作人员创造适宜的环境；在地铁车站发生火灾时，通风空调系统还具有防灾排烟和通风的功能，使生命和财产安全得到保障。但是，通风空调系统是能耗大户，其产生的能耗基本上占整个地铁用电负荷的40%。因此，深入探究地铁车站通风空调系统节能模式，对推动地铁经济发展具有重要意义[1]。

1 地铁车站通风空调系统节能模式

1.1 利用活塞风

活塞风井将区间隧道与室外的风亭连接起来，而迂回风道则主要指的是隧道上、下行线之间的通道。这两个通道是地铁区间隧道结构的重要组成部分，在地铁环控的通风系统换气过程中发挥着重要作用[2]。夏季，地铁列车在进站过程中，冷空气容易受到活塞风的正压影响，所以需要将地铁站进出口的热空气排放到室外，这样将会在一定程度上给地铁车站通风空调系统造成较大的能源浪费。同时，当列车驶离车站时，车站内的冷空气很容易受到负压的影响，这时当室外的空气通过地铁站进出口进入车站内，便会让地铁车站内的冷负荷增大。

地铁车站的通风空调系统在冬季受到活塞风影响时会导致整个车站内的热负荷增加，而为了消除活塞风对地铁车站热湿环境的影响，可以采用迂回风道和活塞风井。其中，在列车进站时间段会产生活塞风，而一部分风将会流入另一行线，发挥分流卸压的作用。隧道中的另外一部分热量则可借助活塞风带出室外，让地铁车站通风空调系统能够保持正常的运行状态[3]。但是，地铁车站通风空调系统在夏季则需要采取控制隧道内温度的措施，夜间通常需要利用通风井降低隧道内的温度，这样白天可以借助活塞风将冷量带到车站内，可有效降低地铁车站内的冷负荷和通风负荷。

1.2 强化节能运行管理

1.2.1 合理配置设备容量

为了保证地铁车站通风空调系统稳定运行，需严格按照实际需要进行设备容量配置，这样地铁站通风和空调系统的费用可以降低一个等级，同时可以提高负载速度，确保地铁车站的空调通风系统正常运行，降低地铁车站空调通风系统在运行期间的功耗。

1.2.2 按逐时客流量计算新风量

地铁车站一般采取的是全封闭式屏蔽门系统，因此在计算新风量时需采取远期运营阶段最大客流量和大系统总送风量的15%，这样两者之间取最大值。但是，这种方法在应用过程中并没有将列车运行高峰时间段和低峰时间段乘客流量的变化情况纳入分析范畴，尚未深入分析列车运行中对不同时间段屏蔽门漏风量的变化情况，导致地铁车站通风空调系统的节能性较差[4]。其中，通过严格按照地铁车站各阶段的客流量计算新风量，并合理的将屏蔽门漏风量作为新风量计算的一种附加方法，这样在地铁车站的早晚客流高峰时间段，新方法负荷与原方法负荷的状态相似。尤其是在非早晚客流高峰时间段，使用新方法计算新风负荷时的结果占原方法计算新风负荷的73.8%，节能率达到26.2%，节能效果较好。

1.2.3 注重系统运行调节

（1）合理调节风量。首先，根据送风量和回风温度调节风机风速，不但能够让地铁车站通风空调系统节约一定的能耗，而且还能提高系统对环境的敏感性；其次，结合室外温度变化来改变地铁车站通风空调系统的自然通风、风机联合运行模式。通常在过渡季节，地铁车站内部通风空调系统采取自然通风模式就可以满足温度要求。当室外的温度逐步增高时，可以应用1 台风机加自然通风的联合运行模式。当室外温度升高到26 ℃以上时，需要运行空调系统。这样不但能缩短风机开启时间，降低风机运行的能耗，而且还能够让风机运行过程中不再按照远期设计方案来保证通风量运行。将1 台满足近段时间通风量的风机，严格按照通风量的实际情况变频运行，从而使地铁车站通风空调系统的能耗得到最大限度降低。

（2）变水量调节运行。通过严格按照地铁车站通风空调系统运行中的负荷变化情况，使冷冻水泵的流量得到一定程度的改变，以此实现变频运行，降低水泵的能耗和运行费用；结合回水温度调节冷冻水回水管电动二通阀的开度，以合理的水流量保证变频运行，真正达到节能目的。

在变水量调节运行过程中，应严格按照远期高峰负荷的实际情况，这样水泵的参数将毕近期空调负荷参数大很多，再结合地铁车站通风空调系统负荷设计小水泵，始终保持变频运行状态。实际情况证明，合理调节变水量，能让水泵的使用能耗得到最大限度的降低。

（3）建立组合式机组。在设备管理房内安装多台运行机组，且将小容量机组变频合理的应用到地铁车站近期运行内，而在地铁车站的远期运行中则主要利用大容量机组和多台机组来进行变频协调。

（4）空调系统间歇运行。通过对大多数乘客在地铁站感到舒适的平均温度进行调查，并在车站安装温度传感器。当地铁站温度达到规定值，通风空调机组收到信号后自动停止运行；当地铁车站内的温度低于或高于规定温度时，通风空调机组自动开启制冷或制热运行模式。

1.3 建立蓄冷（热）空调系统

在地铁车站通风空调系统设置合理的冷热源系统方案，以此保证系统的安全性、适用性、耐久性，有效降低投资成本。

1.3.1 蓄热空调系统

水源热泵这种中小型热泵机组主要是将低位热能作为一种重要能源，其节能效果较好。通过将水源热泵与电制冷空调进行比较，两者的投资成本较为接近，并且具有调节合理、运转灵活便利的特点。其中，在冬季供暖中，供水热泵系统主要使用水源热泵冷却或加热，并根据系统的负载特性在水源热泵中分配，再结合各个区域的实际情况安装控制机组进行制冷或者制热，让房间余热通过传向到侧换热器或者从水侧吸收热量，整个封闭循环中的双水通道直接将水侧的热交换器连接到并联环路上，使得剩余的热可以通过辅助加热和去除装置释放。

1.3.2 蓄冷空调系统

为了保证地铁车站用电的均衡性，可借助冰蓄冷空调系统降低车站的高峰用电负荷压力，在用电低谷时进行蓄冰，高峰时段不需要再使用电进行融冰释冷，可直接使用电平段制冷机进行制冷，这样不但能有效解决供电高峰期的电力不足问题，而且还能降低制冷机的功率和运行费用。

1.4 优化系统管路

地铁车站通风空调管道系统设计直接决定了管网阻力的大小，如沿程阻力和局部阻力。其中，为了能够更好地克服管网阻力，所选取的空调机组和风机等设备，其全压与设备功率成正比，在一定程度上决定了输送的能耗。因此，采取有效的措施可有效降低管网阻力。

通过严格按照实际需求对设备及管理用房内的空调进行模块化布置，尽量减少地铁车站通风空调系统管路的防火阀、风阀、手动阀和其他局部阻力元件。因此，假设工艺要求得到满足，就有必要减少通风和空调管中的风扇和民用室的构造。在输入端建立一定长度的直线输出风扇，并在一个位置建立转向装置，其空气流量有很大的变化。

1.5 余热回收利用

地铁系统运行中很容易产生大量的热量，如果热量没有及时排出，将对环境控制系统产生重大影响。但如果采取合理措施回收废气热量，可以大大降低地铁站通风系统的能耗。因此，在地铁站出口安装旋转式热交换器可以使废热得到再利用，在此期间，回收的热负荷将加热水转变为低温加热的水，该水可以在冬季用作预热空气，以确保冷温下的空气质量。同时，可降低整个通风和空调系统的热负荷，以实现节能目标。从地铁站排出的风可以被过滤并与新鲜空气混合，以此减少空调的负荷。

1.6 水系统与通风系统互联

通风空调系统直接由低压系统控制，该水系统能够通过其自身的调节系统与低压系统交换数据。这两个系统之间的互动具有一定程度的独立性，特别是为了补充其自身的专业指标作为指南的基本内容，能够让两个系统在节能过程中发挥出最大的作用。但是，这两个系统信息交互数据的不稳定性将会让整个通风空调系统的调节效果受到影响（图1）。