浅谈地铁通风空调系统节能措施 张军

发表时间:2020/3/3   来源:《基层建设》2019年第29期   作者:张军
[导读] 摘要:本文对地铁通风空调系统做简单介绍,着重探讨关于地铁通风空调系统节能的一些措施。
        天津市市政工程设计研究院  河北省天津市  300000
        摘要:本文对地铁通风空调系统做简单介绍,着重探讨关于地铁通风空调系统节能的一些措施。
        关键词:地铁;通风空调;节能
        Talking about Energy Saving Measures of Subway Ventilation and Air Conditioning System
        Zhang Jun
        Tianjin Municipal Engineering Design and Research Institute,Tianjin City,Hebei Province,300000
        Abstract:This paper gives a brief introduction to the subway ventilation and air conditioning system,focusing on some energy-saving measures for the subway ventilation and air conditioning system.
        Key words:Subway;Ventilation and air conditioning;Energy saving
        引言
        近年来,随着我国城市建设的不断发展,城市轨道交通迎来了迅速的发展,具有清洁、高效、便捷、准时、运量大等优点[1]。截止2018年12月31日,我国共有36个城市开通运营城市轨道交通线路,运营线路总长度5494.6km,累计开通运营线路169条,运营车站3513座[2]。
        地铁通风空调系统是地铁系统中的重要组成部分之一,截止目前,地铁通风空调系统已经达到了一个相对成熟和可靠的水平,能够为乘客创造出一个安全舒适的候车环境,满足了城市轨道交通的功能需求。但是地铁通风空调系统构成复杂,占用地下空间和面积大以及运行能耗巨大,据统计,地铁通风空调系统运行能耗可达总能耗的30%-40%[3]。基于此,有必要对地铁通风空调系统节能措施进行研究,降低地铁通风空调系统运行能耗,实现节能减排,促进地铁行业的可持续发展。
        1.地铁通风空调系统
        地铁通风空调系统主要由隧道通风系统和车站通风空调系统两大部分构成。
        1.1 隧道通风系统
        隧道通风系统包括区间隧道通风系统和车站隧道通风系统。隧道通风系统利用列车正常运行时所产生的活塞风排除隧道内的余热余湿,控制隧道内空气的温湿度以及空气压力变化率满足相关设计标准。当列车阻塞在区间隧道内时,隧道通风系统能够向阻塞区间提供一定的通风量,保证列车空调器等设备正常运行和乘客所需要的新风量。在火灾工况下隧道通风系统应能够及时排除烟气,控制烟气流向以及保证乘客向安全方向疏散。
        1.2车站通风空调系统
        车站通风空调系统主要分为车站公共区通风空调系统(简称大系统)、车站设备管理用房通风空调系统(简称小系统)以及空调水系统(简称水系统)。
        在列车正常运行时,车站公共区通风空调系统应能为乘客提供一个安全舒适的候车环境。当车站公共区发生火灾时,能够及时排除烟气,为乘客提供一定的迎面风速,诱导乘客向安全区疏散。
        设备管理用房通风空调系统应能为车站工作人员提供舒适的工作环境,同时排除设备正常运行所散发的热量,当发生火灾时,能够及时排除烟气。
        车站空调水系统是提供大系统和小系统所需的冷冻水的系统,应能在各种工况、负荷和运营条件下满足大、小系统的运行、调节要求。
        2节能措施
        2.1风水联动智能控制系统的应用
        地铁通风空调系统中的设备(组合式空调机组、回排风机、冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵等)一般是按照远期高峰小时运行情况进行设计计算与设备配置的,在运行初期,近期客流量以及行车对数远远没有达到设计水平,系统设备按照设计容量运行往往会造成巨大的能源浪费。目前,一般通风空调系统公共区组合式空调机组和回排风机采用变频控制,并且由BAS系统按照固定的控制模式进行运转,而冷水机组侧则通过进行简单的负荷调节从而达到车站通风空调系统的节能控制。这种节能控制并未根据实际的车站负荷来调节风机的频率,冷机侧只能进行简单的负荷调节,节能效果还有待提高。
        风水联动智能控制系统利用车站风系统和水系统的耦合关系,通过采集车站内各处的温湿度、二氧化碳浓度等数据,完成车站冷负荷最低化的运算以及通风空调系统运行能耗最低化的运行方案,并制定相应的设备控制策略,在车站公共区温湿度达到设计标准的前提下,使得车站通风空调系统能耗达到最低[4]。
        风水联动智能控制系统是由风水联动智能控制柜、水系统采集控制箱、风系统采集控制箱、各类传感器以及各种配线线缆等组成。风水联动智能控制柜一般放置于环控电控室内,与BAS系统用一根网线进行信息的交互。当车站公共区负荷发生变化时,风水联动智能控制系统调节风机频率以及送风温度节省风系统能耗,同时调节水系统冷冻水流量以及冷机运行状态节省水系统能耗,使得通风空调系统能耗最低。
        2.2 蒸发冷凝技术在地铁中的应用:
        蒸发冷凝技术是利用水和空气作为冷却介质,利用水的蒸发带走气态制冷剂的冷凝热[5]。蒸发冷凝冷水机组在结构形式上取代了传统的水冷冷凝器和冷却塔,蒸发冷凝器的工作原理如下图2-1所示:
 
        图2-1 蒸发冷凝器工作原理
        蒸发冷凝式冷水机组方案相比于常规冷水机组方案相比,减少了冷却塔、冷冻水泵、冷却管道及其附件等设备的配置,避免了冷却塔与地面建筑规划协调、冷却塔噪声扰民等一系列问题,地铁运营管理更为方便。在单位冷量下,蒸发冷凝式冷水机组的单价高于常规螺杆式冷水机组,势必增加初投资,但是系统的运行费用却大大低于常规冷水机组方案。据统计,重庆市轨道交通6号线会展中心站采用整体式蒸发冷凝式冷水机组方案比常规冷水机组方案运行费用每年可节省22.73万元,运行1.5年即可回收两种方案初投资的差价[6]。因此,采用蒸发冷凝式冷水机组方案属于节能措施。目前,蒸发冷凝式冷水机组方案已经应用于北京地铁、天津地铁、重庆地铁、石家庄地铁等,其中蒸发冷凝技术在石家庄地铁1号线省博物馆、解放广场站等应用效果良好,具有不错的节能效果。
        2.3可调通风型站台门式通风空调系统在地铁中的应用
        站台门的形式主要有屏蔽门和安全门两种,南方一般采用屏蔽门系统较多,北方一般采用安全门系统较多。屏蔽门与安全门的区别在于是否将区间隧道与地下车站完全隔开[7]。屏蔽门通风系统的优点是在空调季时比安全门系统节约车站通风空调系统的能耗,但是在过渡季或者冬季时,由于车站与区间隧道隔绝,无法利用列车运行所产生的活塞风进行通风换气,需要运转相应的通风设备进行机械通风,所以在非空调季时屏蔽门系统相比于安全门系统通风空调系统运行能耗更大。相反,在空调季时,由于车站与区间隧道相联通,列车运行所产生的活塞风会带走一部分车站的空调风量进入区间,同时还会导致室外热空气由出入口进入车站,这样就导致安全门系统在空调季的运行能耗的增高。但是在非空调季,安全门系统完全可以利用活塞效应进行通风换气,降低通风空调系统的运行能耗。
        可调通风型站台门式通风空调系统在屏蔽门系统和安全门系统的基础上取长补短,在非空调季充分利用活塞风,满足地下车站和区间隧道的温湿度要求,实现轨道交通内部与外界的通风换气,从而节约车站公共区风机和区间隧道风机的运行能耗。在空调季,可以使车站与区间隧道隔绝,消除活塞风效应对地下车站负面影响,达到降低通风空调系统能耗的目的。在站台层火灾工况时,打开站台门上方的风阀,利用区间隧道风机或者排热风机辅助车站排烟系统排烟,从而增大排烟量,满足楼扶梯口1.5m/s风速要求的同时还可以降低车站内部管线综合压力,更好的满足规范要求。
        结束语
        地铁通风空调系统在地铁系统中的能耗占比很大,应该对地铁通风空调系统节能措施的研究给予高度重视和鼓励。地铁通风空调系统的节能优化设计对实现节能减排、缓解交通压力、发展城市规模、促进社会可持续发展具有重要作用。
        参考文献:
        [1]徐新华.武汉某地铁站通风空调控制系统升级节能改造分析[J].暖通空调,2019,49(11):56-61.
        [2]赵昕,顾保南.2018年中国城市轨道交通运营线路统计和分析[J].城市轨道交通研究,2019,22(01):1-7.
        [3]王春,李楠,刘志军,罗天,罗中.重庆地铁站通风空调系统节能改造[J].暖通空调,2017,47(01):91-96.
        [4]郑奕.地铁站通风空调系统风水联动智能控制系统的应用[J].智能建筑与智慧城市,2018(01):53-54+58.
        [5]刘长鸣.蒸发式冷凝技术在地铁工程中的应用分析[J].制冷与空调(四川),2013,27(04):339-342.
        [6]李国庆.城市轨道交通通风空调新技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2014.6.
        [7]王斌,王莹,李晓锋.可调通风型站台门系统节能效果分析[J].暖通空调,2019,49(10):27-31.
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