地铁车站空调负荷特征分析

毛金伟

（杭州铁路设计院有限责任公司，浙江 杭州 315000）

对于我国地铁线路运营费用情况调研，发现地铁运营费中电能费用已达到50%，而通风空调占地铁用电已经超过40%，成为地铁第二大耗电用户。在杭州地区，由于空调运行时间长，其能耗比例将更高。

1 负荷计算

1．1 工程概况

某杭州地铁建设规模线路总长15.184km。在这个地铁建设的设计中有12个车站，其中有6个换乘站，都是地下线路，而本站为地铁建设中的其中一站，站中心里程DK10+284.55，车站有着17129.99m2的总建筑面积，地铁车站的地下两层中一层为站厅层一层为站台层。车站总长度226m，标准段宽23.1m，车站站厅、站台层左右端设置的是工作人员所主要停留的设备管理用房。在车站左右端地面上分设有活塞风亭2座，新风亭、排风亭各1座，按远期2047年预测晚高峰小时进站客流量1683人次/h，出站客流量2404人次/h，车站之中公共区域的空调负荷进行了计算，与此同时我们按照早高峰小时进站客流量3276人次/h，出站客流量2823人次/h校核新风量。

空调系统按照不同的分类方式划分是不一样的，我们用功能特点来对其进行划分，可以将车站之中的站厅、站台公共区域被称为空调系统的大系统类别，它们是为了给予我们乘客们所在的方便于走动的区域一种较为舒适以及卫生的过渡性质的环境。然后可以将车站之中的如设备室、照明配电室还有工作人员驻留的场所叫做小系统类别，它们是为了可以让车站里面各种的装配的设备还有工作人员提供一种相对来说安逸的生活环境以及合理的运行环境。

1．2 空调负荷计算分析

根据计算，地铁站总冷负荷为1027kW，其中大、小系统冷负荷分别为588kW、439kW，占总负荷的比例分别为57.3%和42.7%。

1．3 大系统空调负荷计算分析

从图2中可以看出，人员负荷占比9.9%，与室外气象参数相关的新风、出入口通道、风道、风机温升、以及屏蔽门渗透负荷等附加负荷占大系统总冷负荷的比例达到31.5%，这两种时变型负荷占比达到41.4%，它们的逐时变化将会使大系统负荷产生较大的波动，乘客在站停留时间的站厅空调负荷波动性较强。其他照明、室内设备、围护结构、便民设施及商铺等与室外气象参数相关性较小且不随时间波动的负荷占比58.6%。

图1 地铁站大小系统负荷比例

图2 地铁站大系统各分项冷负荷占比图

1．4 小系统空调负荷计算分析

从图3可以看出，人员负荷占比2.6%，与室外气象参数相关的新风负荷占小系统总冷负荷的比例达到26.2%，这两种时变型负荷占比达到28.8%，它们的逐时变化将会使小系统负荷产生较大的波动。其他照明、室内设备与室外气象参数相关性较小且不随时间波动的负荷占比71.2%。

图3 地铁站小系统各分项冷负荷占比图

2 空调负荷变化特性

2．1 影响空调负荷变化的主要因素

大系统各项负荷中，照明灯具、设备全天使用，其负荷比较稳定，本次计算这些负荷与围护结构散热、散湿为固定值，室外气象参数、客流量等为主要因素影响总负荷的波动。

2．2 地铁空调负荷变化规律

（1）冷负荷全天变化规律。大系统工作时段与列车运营时段相同为7:00～23:00。设计日大系统空调负荷变化规律见图4。

图4 车站客流及大系统空调负荷变化曲线

设备用房与管理用房共同组成了小系统负担的房间，一般来说设备用房使用时间为全天，管理用房绝大部分都在地铁运营时间才有人值守除值班房间外。

本站大小系统合用冷源，由于运行时间不一致，大系统及小系统中的管理用房每天18h运行，小系统中设备用房空调系统基本全天24h运行，导致全天空调总负荷变化幅度较大。另外地铁空调系统按照远期负荷设计，在不同的设计年限，空调总冷负荷也有较大的差异。

在列车运营时段，大小系统同时运行，大系统负荷率变化区间为62.3%～100%，大系统最小冷负荷约占设计总冷负荷的40%左右，对应的时间为早上发车时间。该时段小系统负荷也有所减少，则设计日列车运营期间的低谷时段（即大系统冷负荷最小的时段），大小系统冷负荷约为设计总冷负荷的68%左右。

对于本站来说，空调系统最小冷负荷出现在夜间列车停运，大系统停用，小系统继续运行的时段（24:00～6:00）。根据计算，小系统冷负荷占总冷负荷比例为42.7%左右。夜间列车停运后，管理用房空调系统停用，车站需要的变电设备负荷降低，变电设备发热量也相应降低，新风负荷随室外气象参数的变化也有所降低，综合考虑这些因素进行计算，空调系统最小冷负荷约为设计总冷负荷的28%左右。

通过以上分析，将全天划分为4个时段通过设计日车站空调负荷率，

（1）早高峰和晚高峰就是工作日的高峰时间段，其中系统的能耗大概是在82%～100%。

（2）早高峰已过晚高峰未达的时间段，负荷率大概是在80%～82%。

（3）当列车处于早高峰之前与晚高峰已过的时间段，负荷率在68%～80%左右。

（4）当列车停运时，此时由于设备用房空调系统是处于全天运行，导致负荷率大概是在28%。

3 结语

（1）车站空调系统是按照远期夏季晚高峰运营条件计算空调负荷，设备按照远期计划安排所配置。因此受到设计年限、室外气象参数、客流量等的影响，在绝大多数情况之下空调系统是处于部分负荷运行转台，负荷变化区间通常为28%～100%，要求空调系统具有良好的负荷调节能力，以及较高的部分负荷运行效率。

（2）空调系统新风负荷在大系统负荷中占比较高，而新风量又与客流量密切相关，应根据客流量的变化实时调整系统新风量，做到既满足卫生要求，又节约能源。

（3）提高车站公共区相对湿度可以减少空调系统的能耗。在到达同一舒适度的前提下，我们可以将相对湿度的设计值向最高值靠拢，并以此控制空调系统的运行模式。