地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模式探討

杜 彬

（中鐵十九局集團電務(wù)工程有限公司，北京 100076）

0 引言

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵工程中的重要系統(tǒng)，其作用是在地鐵正常運營過程中為乘客、工作人員創(chuàng)造適宜的環(huán)境；在地鐵車站發(fā)生火災(zāi)時，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)還具有防災(zāi)排煙和通風(fēng)的功能，使生命和財產(chǎn)安全得到保障。但是，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是能耗大戶，其產(chǎn)生的能耗基本上占整個地鐵用電負(fù)荷的40%。因此，深入探究地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模式，對推動地鐵經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義[1]。

1 地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模式

1.1 利用活塞風(fēng)

活塞風(fēng)井將區(qū)間隧道與室外的風(fēng)亭連接起來，而迂回風(fēng)道則主要指的是隧道上、下行線之間的通道。這兩個通道是地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在地鐵環(huán)控的通風(fēng)系統(tǒng)換氣過程中發(fā)揮著重要作用[2]。夏季，地鐵列車在進站過程中，冷空氣容易受到活塞風(fēng)的正壓影響，所以需要將地鐵站進出口的熱空氣排放到室外，這樣將會在一定程度上給地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)造成較大的能源浪費。同時，當(dāng)列車駛離車站時，車站內(nèi)的冷空氣很容易受到負(fù)壓的影響，這時當(dāng)室外的空氣通過地鐵站進出口進入車站內(nèi)，便會讓地鐵車站內(nèi)的冷負(fù)荷增大。

地鐵車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在冬季受到活塞風(fēng)影響時會導(dǎo)致整個車站內(nèi)的熱負(fù)荷增加，而為了消除活塞風(fēng)對地鐵車站熱濕環(huán)境的影響，可以采用迂回風(fēng)道和活塞風(fēng)井。其中，在列車進站時間段會產(chǎn)生活塞風(fēng)，而一部分風(fēng)將會流入另一行線，發(fā)揮分流卸壓的作用。隧道中的另外一部分熱量則可借助活塞風(fēng)帶出室外，讓地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能夠保持正常的運行狀態(tài)[3]。但是，地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在夏季則需要采取控制隧道內(nèi)溫度的措施，夜間通常需要利用通風(fēng)井降低隧道內(nèi)的溫度，這樣白天可以借助活塞風(fēng)將冷量帶到車站內(nèi)，可有效降低地鐵車站內(nèi)的冷負(fù)荷和通風(fēng)負(fù)荷。

1.2 強化節(jié)能運行管理

1.2.1 合理配置設(shè)備容量

為了保證地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需嚴(yán)格按照實際需要進行設(shè)備容量配置，這樣地鐵站通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的費用可以降低一個等級，同時可以提高負(fù)載速度，確保地鐵車站的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)正常運行，降低地鐵車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在運行期間的功耗。

1.2.2 按逐時客流量計算新風(fēng)量

地鐵車站一般采取的是全封閉式屏蔽門系統(tǒng)，因此在計算新風(fēng)量時需采取遠期運營階段最大客流量和大系統(tǒng)總送風(fēng)量的15%，這樣兩者之間取最大值。但是，這種方法在應(yīng)用過程中并沒有將列車運行高峰時間段和低峰時間段乘客流量的變化情況納入分析范疇，尚未深入分析列車運行中對不同時間段屏蔽門漏風(fēng)量的變化情況，導(dǎo)致地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性較差[4]。其中，通過嚴(yán)格按照地鐵車站各階段的客流量計算新風(fēng)量，并合理的將屏蔽門漏風(fēng)量作為新風(fēng)量計算的一種附加方法，這樣在地鐵車站的早晚客流高峰時間段，新方法負(fù)荷與原方法負(fù)荷的狀態(tài)相似。尤其是在非早晚客流高峰時間段，使用新方法計算新風(fēng)負(fù)荷時的結(jié)果占原方法計算新風(fēng)負(fù)荷的73.8%，節(jié)能率達到26.2%，節(jié)能效果較好。

1.2.3 注重系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)

（1）合理調(diào)節(jié)風(fēng)量。首先，根據(jù)送風(fēng)量和回風(fēng)溫度調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)速，不但能夠讓地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約一定的能耗，而且還能提高系統(tǒng)對環(huán)境的敏感性；其次，結(jié)合室外溫度變化來改變地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的自然通風(fēng)、風(fēng)機聯(lián)合運行模式。通常在過渡季節(jié)，地鐵車站內(nèi)部通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采取自然通風(fēng)模式就可以滿足溫度要求。當(dāng)室外的溫度逐步增高時，可以應(yīng)用1 臺風(fēng)機加自然通風(fēng)的聯(lián)合運行模式。當(dāng)室外溫度升高到26 ℃以上時，需要運行空調(diào)系統(tǒng)。這樣不但能縮短風(fēng)機開啟時間，降低風(fēng)機運行的能耗，而且還能夠讓風(fēng)機運行過程中不再按照遠期設(shè)計方案來保證通風(fēng)量運行。將1 臺滿足近段時間通風(fēng)量的風(fēng)機，嚴(yán)格按照通風(fēng)量的實際情況變頻運行，從而使地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗得到最大限度降低。

（2）變水量調(diào)節(jié)運行。通過嚴(yán)格按照地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行中的負(fù)荷變化情況，使冷凍水泵的流量得到一定程度的改變，以此實現(xiàn)變頻運行，降低水泵的能耗和運行費用；結(jié)合回水溫度調(diào)節(jié)冷凍水回水管電動二通閥的開度，以合理的水流量保證變頻運行，真正達到節(jié)能目的。

在變水量調(diào)節(jié)運行過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照遠期高峰負(fù)荷的實際情況，這樣水泵的參數(shù)將畢近期空調(diào)負(fù)荷參數(shù)大很多，再結(jié)合地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷設(shè)計小水泵，始終保持變頻運行狀態(tài)。實際情況證明，合理調(diào)節(jié)變水量，能讓水泵的使用能耗得到最大限度的降低。

（3）建立組合式機組。在設(shè)備管理房內(nèi)安裝多臺運行機組，且將小容量機組變頻合理的應(yīng)用到地鐵車站近期運行內(nèi)，而在地鐵車站的遠期運行中則主要利用大容量機組和多臺機組來進行變頻協(xié)調(diào)。

（4）空調(diào)系統(tǒng)間歇運行。通過對大多數(shù)乘客在地鐵站感到舒適的平均溫度進行調(diào)查，并在車站安裝溫度傳感器。當(dāng)?shù)罔F站溫度達到規(guī)定值，通風(fēng)空調(diào)機組收到信號后自動停止運行；當(dāng)?shù)罔F車站內(nèi)的溫度低于或高于規(guī)定溫度時，通風(fēng)空調(diào)機組自動開啟制冷或制熱運行模式。

1.3 建立蓄冷（熱）空調(diào)系統(tǒng)

在地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置合理的冷熱源系統(tǒng)方案，以此保證系統(tǒng)的安全性、適用性、耐久性，有效降低投資成本。

1.3.1 蓄熱空調(diào)系統(tǒng)

水源熱泵這種中小型熱泵機組主要是將低位熱能作為一種重要能源，其節(jié)能效果較好。通過將水源熱泵與電制冷空調(diào)進行比較，兩者的投資成本較為接近，并且具有調(diào)節(jié)合理、運轉(zhuǎn)靈活便利的特點。其中，在冬季供暖中，供水熱泵系統(tǒng)主要使用水源熱泵冷卻或加熱，并根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載特性在水源熱泵中分配，再結(jié)合各個區(qū)域的實際情況安裝控制機組進行制冷或者制熱，讓房間余熱通過傳向到側(cè)換熱器或者從水側(cè)吸收熱量，整個封閉循環(huán)中的雙水通道直接將水側(cè)的熱交換器連接到并聯(lián)環(huán)路上，使得剩余的熱可以通過輔助加熱和去除裝置釋放。

1.3.2 蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

為了保證地鐵車站用電的均衡性，可借助冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)降低車站的高峰用電負(fù)荷壓力，在用電低谷時進行蓄冰，高峰時段不需要再使用電進行融冰釋冷，可直接使用電平段制冷機進行制冷，這樣不但能有效解決供電高峰期的電力不足問題，而且還能降低制冷機的功率和運行費用。

1.4 優(yōu)化系統(tǒng)管路

地鐵車站通風(fēng)空調(diào)管道系統(tǒng)設(shè)計直接決定了管網(wǎng)阻力的大小，如沿程阻力和局部阻力。其中，為了能夠更好地克服管網(wǎng)阻力，所選取的空調(diào)機組和風(fēng)機等設(shè)備，其全壓與設(shè)備功率成正比，在一定程度上決定了輸送的能耗。因此，采取有效的措施可有效降低管網(wǎng)阻力。

通過嚴(yán)格按照實際需求對設(shè)備及管理用房內(nèi)的空調(diào)進行模塊化布置，盡量減少地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)管路的防火閥、風(fēng)閥、手動閥和其他局部阻力元件。因此，假設(shè)工藝要求得到滿足，就有必要減少通風(fēng)和空調(diào)管中的風(fēng)扇和民用室的構(gòu)造。在輸入端建立一定長度的直線輸出風(fēng)扇，并在一個位置建立轉(zhuǎn)向裝置，其空氣流量有很大的變化。

1.5 余熱回收利用

地鐵系統(tǒng)運行中很容易產(chǎn)生大量的熱量，如果熱量沒有及時排出，將對環(huán)境控制系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響。但如果采取合理措施回收廢氣熱量，可以大大降低地鐵站通風(fēng)系統(tǒng)的能耗。因此，在地鐵站出口安裝旋轉(zhuǎn)式熱交換器可以使廢熱得到再利用，在此期間，回收的熱負(fù)荷將加熱水轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏丶訜岬乃撍梢栽诙居米黝A(yù)熱空氣，以確保冷溫下的空氣質(zhì)量。同時，可降低整個通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的熱負(fù)荷，以實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。從地鐵站排出的風(fēng)可以被過濾并與新鮮空氣混合，以此減少空調(diào)的負(fù)荷。

1.6 水系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)互聯(lián)

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)直接由低壓系統(tǒng)控制，該水系統(tǒng)能夠通過其自身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。這兩個系統(tǒng)之間的互動具有一定程度的獨立性，特別是為了補充其自身的專業(yè)指標(biāo)作為指南的基本內(nèi)容，能夠讓兩個系統(tǒng)在節(jié)能過程中發(fā)揮出最大的作用。但是，這兩個系統(tǒng)信息交互數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性將會讓整個通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果受到影響（圖1）。

圖1 水系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)

（1）水系統(tǒng)動作：根據(jù)輸出的固定溫度不斷地調(diào)整溫度，冷卻連接是獨立的，然后根據(jù)過程的適當(dāng)目標(biāo)值優(yōu)化參數(shù)的總體分布和系統(tǒng)控制。

（2）互聯(lián)動作：如果通風(fēng)系統(tǒng)長期未達到預(yù)定溫度且通風(fēng)速度發(fā)生變化，則水系統(tǒng)可能需要增加雙向控制閥的開口以優(yōu)化冷卻功率范圍。

2 結(jié)語

通過在地鐵車站的通風(fēng)窗改造過程中，不改變站臺門設(shè)備的結(jié)構(gòu)，盡量保證接口的簡單性，則能夠在一定程度上預(yù)見地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。隨著通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模式的優(yōu)化，充分利用活塞風(fēng)的節(jié)能優(yōu)勢，并結(jié)合廣大乘客和工作人員對溫度舒適度的感受，為地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能模式改造項目提供可參考的資料。