地铁车站通风空调系统节能措施研究--中国期刊网

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地铁车站通风空调系统节能措施研究

发表时间：2020/8/4 来源：《基层建设》2020年第11期作者：蔡恒辉

[导读] 摘要：地铁车站通风空调系统是车站内能耗的主要设备，其用电量占车站总用电量的45%以上，采取先进的节能技术及设备运行策略，对地铁节能降耗具有重要意义。本文对地铁车站通风空调系统及其负荷组成进行了介绍，提出地铁通风空调系统节能的对策。

        广州地铁集团有限公司运营事业总部广东广州 510320
        摘要：地铁车站通风空调系统是车站内能耗的主要设备，其用电量占车站总用电量的45%以上，采取先进的节能技术及设备运行策略，对地铁节能降耗具有重要意义。本文对地铁车站通风空调系统及其负荷组成进行了介绍，提出地铁通风空调系统节能的对策。
        关键词：地铁车站；通风空调系统；节能措施
        由于快速、高效、载客量大的特点,地铁现已成为解决城市繁杂交通的重要
        手段。随着城市地铁建设数量和建设里程的不断增加，地铁能耗开始备受关注。
        通风空调系统是地铁的重要组成部分，能耗约占整个地铁用电负荷的45%～60%。地铁通风空调系统庞大，影响能耗的因素也较多。因此，通过对系统进行全面的分析，提出通风空调系统在设计运行环节切实可行的节能措施，对减少地铁能耗损失，节约国家能源具有重要意义。
        1地铁车站通风空调系统的组成
        地铁车站通风空调系统包括隧道通风系统、车站公共区空调通风系统(简称大系统)、车站管理及设备用房通风空调系统(简称小系统)、车站空调水系统(简称水系统)。
        1.1隧道通风系统
        该系统又可分为区间隧道通风系统和车站隧道排风系统。
        区间隧道通风系统主要由隧道风机、组合风阀、消声器、风道组成。其主要功能为：早晨列车运营前及夜间列车停运后，隧道通风系统进行全线机械通风；正常运营时主要利用活塞效应，排除隧道内的余热余湿，确保隧道内平均温度不超标；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；列车区间火灾时及时排除烟气和控制烟气流向，为乘客疏散和救援提供条件。
        车站隧道排风系统主要由轨道排风机、组合风阀、消声器、风道组成。其主要功能为：列车停站时，排除列车制动和空调设备产生的余热。站台火灾时车站隧道通风系统辅助车站排烟。
        1.2大系统
        大系统主要由组合式空调机组、回排风机、排烟风机、新风机、风阀、风管组成。其主要功能为：正常运营时为乘客提供过渡性舒适环境；当公共区发生火灾时，大系统(与其他系统协调动作)迅速排除烟气，同时为乘客提供一定的迎面风速，诱导乘客安全疏散。
        1.3小系统
        小系统主要由空调机、回排风机、排烟风机、新风机、风阀、风管组成。其主要功能为：正常运营时，为地铁工作人员提供舒适的工作环境；为设备提供良好的运行环境；当车站管理及设备用房发生火灾时，小系统能排除烟气或隔断火源、烟气。
        1.4水系统
        水系统主要由冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、集/分水器、补水箱、水处理器及各类水阀、水管组成。其主要功能为：为车站空调提供空调冷冻水，满足正常运营时的各种工况的运行、调节、平衡要求。
        2地铁车站通风空调系统负荷的组成
        地铁车站按其区间使用功能分为列车隧道区间、车站公共区间和设备管理用房区间。地铁车站采用站台门系统，将车站站台与列车行驶隧道相隔开，形成两个互不干扰的环境。列车行驶隧道区间负荷来源于列车的启停散热和其附带的设备散热散湿。在地铁运营期间应及时将区间中产生的热量排出隧道，保证列车的正常运营，排出负荷的主要方法是以活塞风为主，机械式排风为辅，对隧道进行及时排热。车站公共区间负荷和设备管理房区间负荷的组成基本相同，主要包括散热负荷、新风负荷、围护结构负荷等。
        3地铁车站通风系统节能措施
        3.1 PID调节控制
        3.1.1 PID调节控制原理及作用
        其控制功能原理为把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。地铁室内外的温度因环境气温的变化而改变，同时地铁内部的温湿度也会因乘客数量而发生变化，PID技术一方面能够实现地铁站内的最大温湿度控制，避免能耗浪费，还能结合人体舒适度要求，最大限度地提升站内温湿度的调节。PID闭环回路控制流程图，如图1所示。

        图1 PID闭环回路控制流程图
        3.1.2PID控制在大系统中的运用
        大系统主要由设在车站两端的组合空调机组来实现。每个车站站厅、站台各设置两组温湿度探头，根据其采样参数和其它相关参数（新风室、回风室、送风室温湿度等），经PLC计算来控制大系统空调机组的频率和空调二通流量调节阀的阀门开度，以此控制空调表冷器的冷冻水量，来满足系统站台和站厅的温湿度要求。
        3.1.3PID控制在小系统中的运用
        小系统主要由设在车站小系统柜式空调机来实现。柜式空调机通过测量各类相关房间温度、湿度和其他相关的参数。根据被控主要房间的温度，调节水路二通调节阀的开度，使被控房间温度保持在设定值附近。
        3.2焓值控制
        3.2.1焓值自动控制功能
        车站大系统、小系统焓值自动控制功能指环境与设备监控系统根据采集到的车站内外环境温湿度值进行焓值计算及比较，自动选择运行工况，进行运行模式的最优化控制。
        3.2.2焓值在不同工况下的控制
        车站大系统、小系统通风空调系统运行分空调季节小新风、空调季节全新风、通风工况、夜间运行等几种模式。当运行全自动运行工况（焓值自动）时，车站内正常运行状态中的工况切换控制是根据iw（车站室外新风焓值）、ir（车站室内回风焓值）和Tw（车站室外空气温度）的变化与设定的目标送风温度To（车站空调送风温度）进行比较分析确定。焓值控制流程图如图2所示。

        图2焓值控制流程图
        空气的焓值是由空气温湿度决定的，而温湿度每时每刻都在变化，因此焓值也随之变化。为了防止工况在一天内频繁转换，要求对0.5～1小时内焓值的平均值计算，定期进行模式的控制和工况的转换控制。
        3.3水系统冷水机组全自动正常运行模式（自由模式）
        水系统冷水机组全自动正常运行模式是根据设在分水器、集水器的供回水管路上的温度、压力等传感器的采样信号，以及参考实际冷水机负荷和蒸发器出水温度，程序自动计算对比，选择按同时满足设定的临界负荷出水温度和开启和关闭冷水机的运行数量，并进行相应的连锁控制，从而达到既保证满足环境供冷需求又达到节能的目的。其控制策略如下：
        （1）当冷水机组执行自由模式时，根据两台冷机累计运行时间比较，开启累计运行时间较少的冷机；
        （2）第二台冷水机组投入运行的条件为：第一台冷机负荷>95%，同时出水温度>10摄氏度。
        （3）由两台机切换到一台机运行的条件为：其中一台冷机负荷<50%，同时相应的出水温度<7摄氏度；同时根据两台冷机累计运行时间比较，停止运行累计运行时间较多的冷机。
        3.4轨道排风机节能
        在通风空调系统设计时，需要根据远期最不利工况进行计算和设计，在没有达到最不利工况的情况下，轨道排风机能够实现最优的节能模式。轨道排风机的节能要点在于变频运行时间和运行频率的调节。其调节的基本依据包括以下几点：
        （1）根据列车不同的运行工况进行调节，例如初、近、远期三种工况；
        （2）以列车的具体位置为依据，对轨道排风机的运转速度进行调节，列车
        进站时提高转速，列车出站时降低转速；
        （3）要确保隧道内温度符合地铁运行要求，根据温度对轨道排风机的运行时间进行调整，降低其运行频率，实现节能效果。
        3.5变频调速控制节能
        变频调速技术是一种节能控制技术，主要在自动化控制领域使用，适用于负荷变化较快的情况。地铁通风空调系统较为复杂，电机频繁启动情况明显，不仅会对电机本身产生伤害，还会导致能量消耗。在地铁通风空调系统中，变频技术主要是通过传感器探测空气温湿度及二氧化碳数据后确定风机运转频率，从而实现良好的节能效果。在通风空调系统中应用变频调速技术，能够有效改善负荷以及运行工况不确定情况下的控制工作，能够对回排风机、组合式空调机组等设备进行灵活地控制。
        结语
        通过分析，地铁车站通风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，以及根据空气的焓值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当中。随着新型节能空调设备的不断发明，以及优化方案的不断开发，地铁节能前景必将更为广阔!
        参考文献
        [1]人力资源和社会保障部教材半会共识，广州市地下铁道总公司.机电设备检修工（环控系统检修城市轨道交通岗位技能培训教材）.中国劳动社会保障出版社，2011年05月.
        [2]高煌，浅谈地铁车站公共区通风空调系统设计[J].山西建筑，2011(9)：135-136.
        [3]孟宪磊.地铁空调通风节能方式浅谈[]].科学与财富，2010(5)：50.