地铁通风空调系统节能问题分析

2016-03-15钟坤

工程技术研究 2016年9期

关键词：冷机阻力能耗

钟坤

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆 401122）

地铁通风空调系统节能问题分析

钟坤

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆 401122）

近年来随着地铁建设快速发展，地铁通风空调系统作为地铁建设的重要组成部分，其能耗也是地铁车站主要能耗系统之一。地铁通风空调系统的节能应站在使用者角度进行节能，从设计阶段开始就综合考虑运营管理方的组织架构及管理方式，一套空调系统的节能与否，设计建设是关键，维护使用同样重要，只有将两者一并统筹考虑，才能真正发挥空调系统的最大价值。文章主要分析关于地铁通风空调系统节能问题。

地铁；通风空调系统；节能问题

伴随着经济的高速发展和城市现代化建设的快速进程，世界各国正面临着城市人口的迅猛增长、地域面积的不断扩大。因此，城市交通问题表现得愈加突出。作为城市主要轨道交通工具的地铁，因其速度快、运量大、安全准点、环境友好等优点越来越受到人们欢迎。地铁快速发展为我们提供便利的同时，也带来了很多问题，地铁高能耗便是其中之一。因此，选择合理的通风空调系统，采用有效的节能运行策略，是降低地铁通风空调系统能耗的关键。

1　概述

轨道交通系统是耗电量巨大、运行成本很高的行业，其用电量约占运营总成本的40%～48%。如何建设节能的系统成为系统规划设计与建设管理中的一个重要研究课题，也是行业发展的方向和追求的目标。通风空调系统作为地铁运营系统的重要组成部分和用电大户，消耗的能源约占轨道交通总能耗的1/3，对节能降耗有积极的影响，而其系统特点决定在设计、建设、运营等环节都大有降耗潜力。

2　地铁通风空调系统的功能及组成

通风空调系统作为地铁中的重要设备系统之一，担负着对地铁内部的空气温度、湿度、空气流速、空气压力和空气品质进行控制的任务，平时为车站提供一个适宜的环境。当列车阻塞在区间隧道时，向阻塞区间提供一定的通风量，保证列车空调等设备正常工作，维持车厢内乘客在短时间内能接受的环境条件。当发生火灾事故时，提供迅速有效地排烟手段和足够的新鲜空气，并形成一定的迎面风速，引导乘客安全迅速地撤离火灾现场。也为各种设备提供必要的空气温度、湿度以及洁净度等条件，保证其正常运转。

地铁通风空调系统主要由以下四个子系统组成（其中前三个为风系统）：①公共区通风空调兼排烟系统；②设备管理用房通风空调兼排烟系统；③隧道通风兼排烟系统；④空调制冷循环水系统。

3　通风空调系统节能策略

（1）轨道排热风机节能。工程设计时均是按远期最不利工况设计，在未达到最不利工况前，排热风机具有很大的节能潜力，节能主要是变频运行及运行时间的调整。可以通过以下方式来实现：①结合行车组织按初、近、远期三种工况运行；②根据列车位置来改变排热风机转速，列车到站时高速运转，列车离站时低速运转；③在保证隧道温度满足运行的条件下，减少排热风机每日运行的时间。

（2）变频调速控制节能。变频调速技术是当前应用非常广泛的一种技术，这种技术在负荷变化及电机频繁启动的情况下应用能够有效节省能源，同时对于设备运行工况也将能够有极大改善。变频调速技术对于进一步改善实际节能效果，也将能发挥非常重要的作用。

（3）风阀控制新风量节能。据统计，地铁早晚高峰期客流量均已超过全天平均流量的50%，同时每天每个小时的客流量都在变化。空调设备装机容量是按远期最大小时客流量配备的，这样装机容量运行势必会造成能源浪费。正因为如此，在今后工作中就可以从新风控制方面，通过风阀的开启程度来调整环控系统新风量从而使其适应客流量变化，进而达到节能目的。

（4）管道系统优化设计。管道系统的设计优劣决定了管网阻力大小，为克服阻力所选的风机等设备，其全压与设备功率成正比，也直接决定了输送能耗。管网阻力主要为沿程阻力和局部阻力，房间布局、管道附件设置、管线布置等方面的优化均可有效减少管网阻力：①设备及管理用房的空调应尽量根据需求特点模块化布置，优化空调系统划分方案，使管路短、简、直，从根本上减少管路的复杂程度，降低管道阻力；②风管系统中必要的防火阀、电动风阀、手动调节阀等是局部阻力的主要贡献者。以防火阀为例，各地对规范的理解及做法不同，设置标准也不一致，在满足工艺要求和规范要求的前提下，宜尽量少设；③管路系统中尽量减少风箱、土建风室的使用，风机出入口应有一定的直管段长度，对于气流偏转角较大的应设置导流措施等减少局部阻力，以减少设备运行能耗；④对于公共区回排风兼排烟系统也可进行优化。若按排烟需要，需设置多个风口并均匀布置，管路较长，而在正常通风情况下，回排风口对于气流组织的影响较小。因此，可以在当前的排风兼排烟风口的做法上进行改进，近端增设集中排风口，平时常开，排烟时关闭。集中排风或回风，可有效减少沿程阻力和局部阻力，从而减少风机运行功率。

（5）设备配置优化。地铁为百年工程，考虑到系统扩容困难，通风空调系统设计及负荷一般按远期夏季晚高峰运营条件计算，设备配置也按满足远期需求设计，近期负荷较小时，依靠空调设备台数控制或采取变频措施以适应低负荷状态。在实际使用中，由于受自控系统的完善性及运营管理水平的制约，运行模式不合理、设备运行无秩序所造成的“大马拉小车”、设备效率低下等能源浪费情况较为普遍。另外，在各系统专业设备的空调负荷计算、设备选型等环节中，各专业设计人员出于安全考虑，每个环节中都保守地考虑了一定的安全系数，最后厂家进行产品匹配时，也往往“只许大不许小”，导致设备容量被层层扩大，超出实际需求，造成资源的浪费。

（6）空调与通风工况的转换。从经济性方面考虑，启动冷机的条件是：启动冷机后的总耗电量小于不启用冷机时的通风耗电量。冷机启动后，系统能耗为风机能耗、冷机能耗、水泵能耗、冷却塔能耗之和；不启动冷机时，系统的能耗全部为风机能耗。根据常识判断，冷机启停临界点附近，应该在过渡季，此时室外温度低于室内设定温度，随着送风温度的降低，风机功率下降很快，而冷机功率则逐渐上升。

（7）设备配置优化。地铁为百年工程，考虑到系统扩容困难，通风空调系统设计及负荷一般按远期夏季晚高峰运营条件计算，设备配置也按满足远期需求设计，近期负荷较小时，依靠空调设备台数控制或采取变频措施以适应低负荷状态。在实际使用中，由于受自控系统的完善性及运营管理水平的制约，运行模式不合理、设备运行无秩序所造成的“大马拉小车”、设备效率低下等能源浪费情况较为普遍。组合式空调器在非空调季节（即无需制冷的过渡季节），由于新风不经过制冷热交换器，直接经过旁通风道输送，因此，空调器内部可减少约100Pa的阻力，从而可减少组合式空调器配电功率约10%的功耗，具有一定的节能效果。