关于通风空调节能问题的思考与研究.docx

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关于地铁通风空调系统节能问题的分析

作者:

刘倩

工作单位:

西安地下铁道有限责任公司

摘要:

总结了地铁通风空调系统的主要形式,阐述了地铁通风空调系统节能的重要意义,分析了现有通风空调系统存在的主要问题、能耗主要影响因素以及目前采用的节能措施,探讨了地铁通风空调系统未来的节能技术发展趋势。

关键词：

　地铁通风空调系统　　节能分析

一、地铁通风空调系统概述

1、概念：

地铁通风空调系统是应地铁特殊的环境需求而产生。

通过空气处理机组、风机、冷水机组、冷却塔、水泵、风阀、消声器、变频多联空调机、BAS系统等设备的工作，实现对地铁线路的站厅、站台、隧道正常工况时的通风空调；阻塞、事故、火灾等工况时的通风的工程。

地铁通风空调系统是地铁环控系统的主体部分。

2、组成：

3、通风空调系统的运行模式

所谓模式可以解释成为一种标准形式，对于通风空调系统来说定义各种运行模式，首先它是通风空调系统自身运行节能的要求，其次它也是环境控制系统（BAS）控制接口的依据，再者车站通风空调系统均兼有防排烟功能，从安全性考虑，它必须应对各种可预见的灾害形式，事先定义出各种模式状况，做到预防为主。

地铁通风空调系统的运行可分为正常运行、阻塞及火灾事故三种运行模式。

1）正常运行模式：

这是一种占主导地位的运行方式，在正常运行期间应考虑尽最大努力优化环控系统的功能，满足乘客要求的舒适度。

2）列车阻塞模式：

由于延误与运行故障可能导致阻塞，在此期间通风的主要目的是维持列车空调装置连续运转以保证车厢内乘客舒适。

3）紧急情况运行模式：

通常是由于运行车辆失灵而引起的隧道内行驶的列车发生火灾，交通运输中断，要求乘客紧急撤离。

此时通风设施开启的意义在于为乘客提供一条无烟、无高温气体的安全通道，为紧急救援提供宝贵的时间。

二、地铁通风空调系统节能的重要意义

首先，地铁作为近几年在我国各大发达城市中国家大力支持建设和发展的一个交通运输行业，是一个城市发展的重要基础。

对经济和社会的发展更是有着举足轻重的影响。

由于地铁的快速发展，车次的增加和车速的提高，快速高效载客量大的特点，造成了地铁中热量的大幅增加，若不很好地解决地铁内通风，地铁内温度会上升到乘客无法忍受的程度。

地铁通风空调系统的主要作用是控制地下空间内空气的温湿度、流速和空气品质。

在列车正常运行时,为乘客和工作人员提供适宜的人工环境,满足其生理和心理要求。

其次，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运行，在短时间内为车厢内乘客提供能接受的环境条件，在发生火灾事故时，提供迅速有效的排烟手段，为乘客和消防人员提供足够的新鲜空气，并形成一定的迎面风速，引导乘客安全迅速撤离火灾现场。

此外，它还为地铁各种设备提供必要的空气温度、湿度以及洁净度等条件，保证其正常运转所需的环境条件。

作为轨道交通的重要组成部分，地铁是相对特殊的一类建筑。

地铁主体建筑一般位于地下数m至数十m深处，其上覆盖土层，处于一个相对封闭的场所。

虽然由于土层的蓄热作用，地下建筑一般受外界气象条件影响较小，具有冬暖夏凉的特点，但是地下线路内部有显著的内热源，包括列车牵引、刹车系统，列车空调及人员的散热等。

因此，地铁站的负荷特性决定其全年需要冷负荷。

除此之外，地铁站存在严重的污染源，如列车刹车闸瓦产生大量的粉尘、乘客和工作人员新陈代谢产生大量的CO2等。

在地下线路相对封闭的条件下，仅靠空气的自然流动和扩散，难以有效排除各种污染物，也无法保持地铁站空气环境的舒适性。

虽然地铁通风空调系统在地铁运营过程中对人文环境、设备环境以及列车非正常运行情况下均起着举足轻重的作用，但在保证地铁环境的同时，地铁通风空调系统付出的代价也是高昂的。

地铁通风空调系统不仅设备投资巨大，而且其运行能耗在总能耗中占相当大的比例，

已经严重影响到地铁运营的经济性。

综上三点所述，分析现有地铁通风空调系统中存在的问题,总结现有系统的节能措施以及探讨系统未来的节能技术发展方向,对地铁环境控制技术的发展具有一定的指导意义。

三、现有地铁通风空调系统的形式   

1、现有地铁通风空调系统的主要形式及优缺点

     地铁车站通风空调系统主要经历了开式、闭式和屏蔽门系统三种形式的变迁。

屏蔽门系统因其具备较高的安全性能而在近几年正在建设发展各大城市普遍推广。

对于屏蔽门系统而言，在空调季较长的地区，可以减少区间活塞风对车站温度场和速度场的干扰，降低车站空调冷负荷，因此对系统节能比较有利；但是对于空调季较短的地区，虽然系统在空调季运行时能使空调负荷减小，但由于车站站台形成全封闭空间，机电设备、照明、乘客等的散热会使空调期加长；在非空调季，由于不能利用车站出入口及列车的活塞效应进行自然通风，必须进行机械强制通风。

为了保证区间的温度满足要求，还必须增加区间活塞通风系统。

屏蔽门车站闭式系统比一般的闭式系统增加了活塞风道及轨行区排热系统，这些均增加了系统在非空调季的运行能耗。

因此在空调季较短的地区采用屏蔽门系统的节能优势并不突出，反而会因屏蔽门的高昂费用而增加初期投资，运营时要加大维修保养工作。

在选择系统形式时需综合考虑各方面因素,以达到节能效果。

2、现有地铁通风空调系统存在的主要问题

     现有地铁通风空调系统已能满足地铁运营所需的内部空气环境的基本要求，但随着系统设置复杂程度的提升以及人们节能意识的提高,地铁通风空调系统面临的问题也逐步暴露出来。

     1）投资巨大。

地铁通风空调系统投资巨大成为制约地铁发展的因素之一。

一方面是通风空调系统的设备投资大，另一方面是通风空调系统的占地面积和使用空间大。

     2）运行费用高。

据统计地铁通风空调系统的实际运行能耗占地铁总能耗的50%左右。

     3）能源利用不合理。

现有的地铁通风空调系统有关能源利用不合理之处可以归结于两个方面:

     自然冷源利用不充分。

冬季室外的天然冷源得不到利用；过渡季，地铁站通常采用通风换气的方式来消除站内空间的余热余湿，然而在室内外存在小温差的条件下，巨大的风机能耗与引入的有限冷量相比得不偿失，自然冷源利用不合理。

     高品位热能利用不合理。

冬季余热未回收利用。

地铁站内部具有显著的内热源，一方面存在来自列车牵引、刹车系统散热和列车空调散热等的稳定热；另一方面还存在站内客流量变化引起的动态热源。

在冬季，一方面站台、站厅中巨大的内部热量没有被回收，另一方面管理用房还要消耗高品位的电能进行取暖，能源利用不合理。

四、影响通风空调能耗的主要因素

采用屏蔽门系统的地铁车站空调负荷主要包括：

人员负荷、照明负荷、设备负荷、屏蔽门传热渗透负荷、出入口渗透负荷、新风负荷、广告牌产生的负荷等。

设备负荷是指自动扶梯电梯AFC系统产生的负荷，这部分负荷相

对较为稳定；地铁人员负荷存在很大的波动，另外随季节而变化新风负荷也是波动的，若空调系统按照装机容量运行，势必造成能源的巨大浪费。

在客流量远未达到设计额定值，空调系统在小负荷的状况下，如何根据实际负荷需求对风量水量进行调节，是空调系统节能的关键。

五、通风空调系统节能策略

从空调负荷分析，人员及新风负荷是系统节能的重点，这需要根据实际负荷需求对风量水量进行调节。

从系统运行耗电分析，风机水泵等输配系统是车站节能的重点，也需要根据车站负荷变化调节风机水泵等运行状态，降低运行费用。

因此，空调系统的节能应综合考虑设计和运行的各个阶段。

1、设计阶段节能策略

车站设计时，应积极配合建筑专业，优化风道房间的布置，尽可能使风井或机房位置管路通畅，减少土建直角弯，最大限度的减少不合理的结构。

2、运行阶段节能策略

2.1风机变频变风量调节

由于地铁通风空调系统的设计是根据预测的远期高峰客流运营条件来计算的，在客流量远未达到设计值时，最有效的节能措施就是采用变频器来调节流量风量。

2.2空调水系统流量调节

在空调系统中冷冻水泵和冷却水泵的容量是按照车站最大设计负荷选定的，且留有余量。

在实际使用中，空调系统大多处于低负荷运行状态，因此，采用变频器来调节水流量是减少能耗的有效途径。

2.3采用不同的运行模式

夏季最大限度的减小新风负荷，合理利用过渡季节自然冷源是空调系统节能的有效措施。

五结语：

地铁通风空调系统未来发展方向

 综上所述，现有地铁通风空调系统在结构形式、资源利用、设置理念以及运行管理等方面都有了一定程度的改进。

但是由于地铁内部空间的局限性和特殊性，地铁通风空调系统发展缓慢，许多适用于地面建筑的新技术、新产品、新工艺在地铁中的适用性的研究尚进行得不够深入，结合地铁环境特殊性的技术有待于进一步研发。

     结合我国现状，未来地铁通风空调系统在以下几个方面还会有一定的发展空间。

1）减少初期投资:

主要从减少设备和占用空间方面着手。

2）降低冷量输送能耗:

主要考虑将风输送改为水输送、制冷剂输送。

3）合理的分散与集中系统:

在条件合适时宜采用分散式系统，目的是占地面积小、末端易控制。

4）合理利用能源:

充分利用自然能源，重点利用低品位能源，兼顾热回收。

5）关注部分负荷工况下系统的运行效率。

通过分析，地铁车站空调系统运行时根据实际负荷需求对风量水量进行变频控制，以及不同季节采用不同的运行模式，都能起到良好的节能效果。

同时，通过优化设计同样可以达到节能目的。

然而，有效并全面降低地铁系统的能耗是一项艰巨的任务，需要各专业密切协作，节能意识更需要贯穿于整个设计过程和运营过程当中。

随着新型节能空调的不断研发，以及通风空调系统运用方案的不断优化，地铁通风空调节能前景必将更为广阔！

参考文献

1、杨东旭地铁空调通风节能研究硕士学位论文20040101

2、余磊何斌王晓保地铁车站空调通风系统变频节能控制的设计风机技术（2009）01-0053-04

3、王晖朱培根南京站地铁通风空调系统调节与评估洁净与空调技术2008年12月第4期