地铁通风空调焓值模式与普通空调通风系统的节能对比

李显林

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

节约资源和保护环境是我国的基本国策，推进节能减排工作，加快建设资源节约型、环境友好型社会是我国经济社会发展的重大战略任务。在我国经济不断增长的环境下，城市交通出行需求激增，轨道交通的作用越来越明显，这对于交通系统的空调通风系统有着极高的要求。地铁作为城市现代化中的重要工程，同时也是惠民工程，地铁运行对于成本的把控尤为重要。随着客运量的不断攀升，城市轨道交通能源消耗快速增长，能耗支出占运营成本的比重不断增加。通风空调系统是城市轨道交通系统中的能耗大项，约占轨道交通总电耗的30%~40%，甚至超过了列车的牵引能耗。因此，如何在保证地铁通风空调工作效率效果的基础上，大幅度减少由通风空调导致的列车能耗，是地铁通风空调焓值模式需要解决的问题。

1 普通空调通风系统节能模式

1.1 普通空调的通风系统

对于没有装配新风系统的普通空调，其通风系统的制冷原理即吸收室内的热空气，吸收室内热空气中的热量并将其通过冷凝风机排入室外，同时将被吸收过热量的冷空气排入室内，从而达到降低室内温度的效果。

普通空调的通风系统可以分为由四个部分、四个步骤形成的闭环。该闭环由空调通风系统中的四个主要部分构成，即在闭环中充当动力源的压缩机、负责进行热量交换的冷凝器和蒸发器以及膨胀阀。普通空调通风系统节的四个步骤为：①由空调内部的压缩机通过高温高压将气体送入冷凝器，由冷凝器干燥过滤器与视液镜，并将从压缩机送来的气体冷凝成为液体；②经过冷凝器冷凝后的液体在中温高压的作用下被送入膨胀阀，由膨胀阀通过调节氟利昂的浓度将来自冷凝器的液体在膨胀阀中转化为气液混合状态；③由蒸发器吸收气液混合体，并由雾化作用将液体转化为气体；④蒸发器中低温低压的气液混合体被压缩机吸入，并将其压缩为气体，重复以上步骤。以上四个步骤形成普通空调通风系统的闭环。

1.2 普通空调通风系统中的细节

1.2.1 冷凝器冷凝

在高压作用下，高温气体从压缩机被压入冷凝器。由于冷凝器中从室内吸入的冷凝风温度低于高温气体，冷凝风与高温气体发生热量交换，冷凝风吸收热量变成高温气体，由冷凝风机排入室外；而冷凝机中的高温气体失去热量变为中热的液体，在高压作用下被压入膨胀阀，在膨胀阀的节流作用之后，液体被转化为气液混合状态，然后被蒸发器吸收。

1.2.2 蒸发器的雾化作用

氟利昂是蒸发器雾化过程中的关键冷媒，氟利昂在由液体雾化、再经低压汽化的过程中会吸收大量热量，从而将热空气变为冷空气，达到制冷效果。

1.2.3 膨胀阀的节流作用

膨胀阀是确保空调通风系统保持平衡状态的重要装置，其感知系统是否平衡的方法为温度监测，即实时监测出口温度相较于空调遥控设定温度的高低；其平衡系统的方式为调节膨胀阀上部与下部的压力差，从而通过压力差实现膨胀阀压力板的上下移动。

当膨胀阀温度监测到出口温度高于设定温度时，首先，膨胀阀上部的压力值增大，上部压力值高于下部压力值，推动膨胀阀压力板下移，膨胀阀开启度增大；其次，由于膨胀阀开启度增大，更多的氟利昂进入蒸发器中，更多的氟利昂汽化将会吸收更多的热量，导致空调吹出的风温度更低，对室内的降温效果更好，直至膨胀阀出口监测温度与设定温度相同，空调通风系统达到稳态。反之，若膨胀阀温度监测到出口温度低于设定温度，膨胀阀下部压力值增大，下部压力值高于上部压力值，瑞东膨胀阀压力板上移，膨胀阀开启度减小，导致进入蒸发器的氟利昂量减少，降温效果下降，室内温度升高，直至与设定温度相同，通风系统保持平衡。

1.3 普通空调通风系统中的节能模式

在空调的通风系统中，每当空调膨胀阀出口监测温度与设定温度相同时，空调都应停止运转。而普通空调通风系统中的节能模式，仅仅由减少空调达到稳态的次数，降低空调的开机、停机频率实现。通过这种方式，虽然能达到一定的节能效果，但对于需要低耗能的地铁来说，却是远远不够的。

2 地铁通风空调的焓值模式

焓值是指空气中所含有的所有热量，是以干空气单元质量为基准进行计算的，也被称为比焓。焓值是温度和湿度的综合，是一个能量单位，表示在单位空气中温度和湿度综合后的能力刻度。空气的焓值是指空气所含有的决热量，通常以干空气的单位质量为基准。简单将热量交换应用于空调通风系统中是片面的，不准确的。简单来说，在空调新风系统中，进行降温需要空调产生冷量，对空气除湿同样也需要冷量，所以新风系统要通过精密综合的计算、判断，才能用最小的能耗产生有效的温度调控。

2.1 地铁通风空调的焓值模式

地铁的通风空调系统中，主系统通过所有室内外的温度、湿度传感器的数值监控，做出对应的调整。同时主系统通过检测室内乘客数，进一步优化温度调控策略，降低温度湿度的能耗。

2.2 地铁空调系统焓值模式进行温度调节的步骤

第一步，由室内、室外配置的温度传感器对室内外的温度及湿度进行实时监测，并根据监测所得数据计算出焓值，同时监测新风系统的温度。中央控制系统通过获取这些实时数据，将所监测到的数据代入相应的空气焓值计算公式，从而获得对应焓值。此时中央控制系统通过内置的季节模式进行综合研判，计算出预计送入室内的空气焓值，并合理调整对应的焓值控制的控制策略。第二步，中央控制系统通过利用室内外的温度湿度传感器所采集到的室内外空气焓值和所计算得到的预计送入室内的空气焓值，以能量守恒定律为基础，建立热平衡等式。第三步，中央控制系统根据第二步中所列出来的热平衡等式以及对应的季节特性和实时车站内部人流量，计算新风系统机组所需要的冷冻水具体的数量，同时通过计算得出了新风系统需求的冷冻水输送速度，控制新风系统冷冻水水管的开启比例，以调节水流量，对流速进行有效控制，达到对应的温度控制。第四步，在室内外温度湿度产生较大差别，或室内温度过高过低，则启动中央系统，对室内外温度湿度进行检测，计算焓值，然后依次重复第一、第二、第三步，进行温度湿度调控。

2.3 地铁空调系统焓值模式调节的细节

2.3.1 不同地域环境因素对地铁空调系统焓值模式的要求

我国地域辽阔，不同的地区有不同的气候。因海拔、气候等自然环境因素，各局部地区的基础温度、湿度、空气焓值都有很大差异。这就导致一套统一的地铁空调系统焓值模式中央控制程序不能使用于所有地区。如果不考虑各地区的基础环境差异，并不会对室内环境产生正向影响，甚至还会增加不必要的空调主机功耗和地铁运营成本。在这种情况下，地铁空调就要求各地方设计新风系统的设计者全面考虑到地域环境差异。通过对中央控制系统进行全面优化，设置全面细致的适用于地方的控制操作系统。地铁空调系统焓值模式的设计者通过调研计算不同季节、不同天气、不同时间段下的环境参数，对地铁空调系统焓值模式中央系统进行相关设置，达到有效的节能减排、降低功耗的效果。

2.3.2 不同时段人流量对于地铁空调系统焓值模式的要求

不仅仅要考虑局部地区温度湿度问题，同时设计者还要考虑在不同的人流量下，新风系统对于冷冻水的需求和流量都有所不同。在人流量大的情况下，地铁室内的自有温度较高，此时对于降温的需求较小，对除湿要求较高，这种情况就和人流量较少的情况有所不同。地铁空调系统焓值模式的设计者需要对人流量进行相关分析流调，得到相关参数，设置中央控制系统。

2.3.3 各种外界变量对于地铁空调系统中央控制系统的要求

地铁空调系统焓值模式对于变量控制较多这需要更强算力的中央控制系统进行控制、分析、研判，同时也要求在建造之初就要对地区环境进行调研分析并对系统进行调试。

3 地铁通风空调焓值模式与普通空调通风系统的节能对比

3.1 地铁空调系统焓值模式的简述

目前地铁通风空调焓值模式的节能效果主要是由冷水供回水温度差计算主机负荷达成的，即冷水流量、供回水温差和供回水的比定压热容三者的乘积作为主机负荷，这种控制方式能够即时反应空调主机的实时功耗、负荷。但这种传统的地铁空调系统并不具有各方面传感器和相关环境参数，不能实时掌握对应的环境需求量，会造成很多不必要的能源浪费，提高当地地铁运营成本。因为空调的供给水温是由空调主机内部温度决定，而流量则为上一环境情况下所确定。而同时冷凝水回流至主机则为时间段的环境所决定，并不能得到实时的环境数据。这就使得空调整体调节反应时间较大，对变化较快的环境情况无法做出及时、有效、对应的控制策略，造成极大的能源浪费。同时地铁通风空调系统所占空间比例较大，管道众多，冷凝水输送系统复杂，建造困难，后期改建、扩建、翻新工程较难。在冷凝水输送环节，会产生大量能源损耗，这导致空调会消耗更多的能源去对冷凝水进行二次控制消耗过多的能源。

3.2 地铁空调系统焓值模式的优缺点

相比传统的地铁通风空调系统，地铁空调系统焓值模式的设计者会通过调研、计算不同季节、不同天气、不同时间段下的环境参数，对地铁空调系统焓值模式中央控制系统进行适宜当地环境的相关设置。由于地铁的空调系统焓值模式根据具体的相关环境情况进行了基础环境设置，因此，它可以有效进行基础的环境调节，有效利用环境。不仅地铁空调系统焓值模式需要实时监测不同季节、不同天气、不同时间段的地域环境的情况，即时的对于温度与湿度的实时监控也极其重要。地铁空调系统的焓值模式在室内外设置有多个环境监控器，它可以通过数目庞大的环境监控系统，实时监控地铁内外的环境温度、空气湿度，并将相关数据传输至中央控制系统，计算出实时的焓值，并根据测量、计算后得出的不同焓值来进行即时的空调通风系统调节、反应。这种实时监控的方式可以得出最佳的温度、湿度、通风方式的调节方式，这种反应方式较传统的地铁通风空调的控制方式更为精准、即时，同时控制的惯性较小，转换时间短，可以进行有效温控。

地铁空调系统焓值模式最佳的控制调节方式可以有效利用环境情况，极大降低空调设备对于能源的消耗。除此之外，地铁空调系统焓值模式相比于传统的空调系统，会考虑到更多的人为因素。不同人流量下对于温度湿度的要求也不一样，对温度湿度的影响也不一样。有效地、全面地对人流量的监测有助于地铁空调系统焓值模式利用实时环境情况，进一步降低整体系统的能源消耗。

3.3 未来地铁空调系统

除了地铁空调的焓值模式，还有许多新型地铁空调系统，如供冷模式自动切换控制等。新型地铁空调供冷模式自动切换控制有三种供冷模式：完全新风模式、新风与冷机组合供冷模式以及完全供冷模式。其中不同供冷模式的切换靠温度感应器触发，即在温度感应器测量到外界新风温度后，由系统处理比较外界新风温度与设定温度的大小，从而触发供冷模式的切换。这种新型地铁空调系统更加节能环保，自动切换控制的特性也使其更加智能。

尽管新型地铁空调通风系统有多重好处，但创新带来风险也是不容忽视的。以新材料、新技术、新设备代替旧材料、旧技术、旧设备需要较大的经济投入，这对地铁企业的相关成本投入提出了极大的考验。此外，相比于旧材料、旧技术、旧设备，新材料、新技术、新材料市场应用时间较短，相关技术不成熟，企业应用的风险较大。当前低对相关地铁企业的挑战不仅仅在于是否勇于创新，更在于其对于创新方向的精准选择，对于风险的衡量与选择，对于政策、市场风向的敏锐觉察。

4 结束语

综上所述，地铁通风空调焓值模式已经形成了一个较为完善的、多元联动的控制系统。地铁作为普惠公共设施，对于成本的控制极为重要，地铁通风空调焓值相比于普通空调通风系统的节能模式，焓值模式更加灵活、智能，更能适用于处于地下且气温多变的地铁环境，减少地铁运行的耗能。先进的地铁通风空调焓值可以打造出更为安全、舒适的地铁环境，也可以缓解老旧地铁的通风困难问题，进一步优化我国各地区建设。基于各地区的环境气候打造的地铁通风空调系统，为未来的地铁建设提供更为先进的理念，同时也为老旧地铁站改造建设提供新思路。