陈玉龙
中铁一院集团山东建筑设计院有限公司 山东省青岛市 264200
摘要：随着经济发展，城市轨道交通作为缓解城市交通压力的一种重要手段，在城市建设中越来越受到人们的重视，而地铁作为轨道交通最基本和最主要的形式，其运行能耗的高低是影响整个轨道交通能耗的关键。通风空调系统作为确保地铁正常运行的重要组成部分，有效的系统设计对提高地铁建设质量、降低能耗具有重要作用。因此，需要重视地铁通风空调系统的能耗研究，促进地铁行业的可持续发展。
关键词：地铁；通风空调系统；能耗现状；节能措施
1 引言
根据全国不同城市的规划建设情况，国内城市轨道交通在2015-2020年之间的年均增长率为13.9%，拥有轨道交通的城市将近50个，运营里程将超过6000公里，未来全国总里程更将超过13000公里，涉及70多个城市。为了确保地铁的正常运行，给乘客提供一个舒适的乘车环境，需要合理设计通风空调系统，提高施工质量，加强运行管理。通过对地铁用能分析发现，牵引用能和通风空调系统是两个主要的用能分项。已有研究指出，北方地区地铁牵引用能和通风空调系统分别占地铁系统总能耗的1/2和1/3，而南方地区能耗占比更高，约为地铁系统总用能量的1/2。《中国城市轨道交通年度报告》指出，地铁车站用能情况中，通风空调系统占比最大，约为54-71%。因此，如何合理确定车站通风空调系统形式和运行控制模式，将是降低整个车站运行能耗的关键。
2 地铁通风空调系统的能耗现状
2.1地铁通风空调设备选型普遍偏大
虽然地铁车站受地上环境影响较小，但是由于其受地铁运行活塞风、客流变化以及系统提资等因素影响，使其热负荷确定存在较大不确定因素。这其中，活塞风和客流变化是对公共区空调系统负荷计算的影响，系统提资是对设备区空调系统负荷计算的影响。由于活塞风很难准确计算以及不同时期（初、近、远期）客流预测和变化难以提供准确，和设计人过于保守（设备选型系数过大），使空调系统在全年的大部分时间都处于部分负荷运行状态，效率低下。
2.2施工人员技术能力不足
在地铁空间环境中，特别是空调机房和设备区，设备众多、管线交错、控制逻辑关系复杂。各专业管线同步交叉施工，需要协调好各专业管线之间的空间布置关系，使得管线的布置走向尽量平直顺畅，并满足不同专业管线之间的位置和距离要求，而这其中通风空调管线作为整个地铁管线综合设计中最主要的设计内容，其设计和施工的合理性就显得格外重要。因此，在施工过程中，需要施工工人具备较强的专业技术能力，以及各专业之间较强的协调能力。然而在实际的施工过程中，多数施工工人技术水平较低，不能很好的处理各种管线的关系，管线随意交叉转弯，安装不到位，无检修操作空间，设备、阀门安装位置不合理，从而为后期的正常运行埋下隐患。
2.3地铁通风空调运行管理效果不佳
在车站通风空调系统中，公共区空调系统与空调水系统是两大主要能耗设备，二者能耗占整个车站通风空调系统总能耗的80%以上，特别是空调水系统占到了整个车站通风空调系统总能耗的50%以上。由于地铁空调设备都是按照设计工况进行设计和选型的，而在地铁全年运行的不同季节和全天运行的不同时段，其空调负荷都在存在较大变化，再加上地铁设计设备选型和控制系统不够完善以及运行管理效果不佳，使整个空调系统并未按照室内、外运行工况的改变而调整，从而造成空调能耗的无谓增加，非常不利于节能。
3 地铁通风空调系统的节能措施
3.1合理新风控制系统
由于地铁车站位于地下的特殊形式，为了保证人员所需必要的新风量，新风系统成为其系统必要组成部分。同时，由于全年不同季节和全天不同时刻室外气候变化，合理确定空调系统的运行方式，对整个车站空调系统的节能将产生重大影响；首先，在全年不同季节日期划分的基础上：当外界空气焓值大于空调回风空气焓值时，采用小新风空调运行，一部分回风循环使用；当室外空气焓值小于等于空调回风焓值，且室外空气干球温度大于等于空调送风温度时，系统采用全新风空调运行；当外界空气干球温度小于空调送风温时，停止冷水机组运行，采用机械通风系统。其次，针对全天不同时刻室外气候状况和站内客流变化，对全天数据进行分析，采用前端反馈以及变频调速等控制措施，通过对数据的收集和分析，确定新风阀的开启状态，由此实现对新风量的控制。基于全年室外气候控制和基于前端风阀的开启控制，可以对新风负荷进行时时调节，从而增强空调系统的节能运行。
3.2在线清洗装置
冷却水系统水处理单元大都采用电化学原理，通过收集器的阳极和阴极电极作用于水中，使水分子的物理特性发生变化，原来水中溶有盐类离子的大分子水裂变出活性小分子水，利用特殊金属材料做的收集装置，使水中裂变出来的钙、镁离子吸附于收集装置的阴极，并形成结晶析出，从而去除水中的钙、镁离子。但是运营人员很难掌握水处理设备的运营维护技术，往往导致运营费用增加。若设备具备自动析垢和自动清垢功能，则可以很好的减少系统水的排放，达到节水、节电、节能的效果。
3.3空调水系统智能模糊控制系统
空调水系统智能模糊控制系统是将模糊控制技术引入中央空调控制领域，基于能量分配平衡的动态水力平衡控制，实现各个区域冷量供需平衡和制冷效果均衡，实现冷量按需分配。是将冷水机组、冷冻/冷却水泵、冷却塔等设备作为一个整体进行性能最优化控制，而不以实现单个设备节能运行为控制目标。通过对北京、上海等城市地铁项目空水系统进行升级改造，采用智能模糊控制系统，节能效果达可达到35.7%。
3.4变频调速控制
在地铁通风空调系统中，由于设备用房空调系统负荷变化很小（主要是设备发热量）和容量相对较小，采用变频调速的意义不大。所以，地铁车站的变频控制主要相对于公共区通风空调系统和空调水系统。由于空调系统是按照设计工况和远期最大工况进行设计，所以在全年特别是初、近期的大部分时间，都处于部分负荷运行状态，采用变频技术，可以很好的适应风机、水泵和冷水机组的特性曲线，从而适应空调系统的实时变化，可以起到良好的节能作用。
3.5地下车站节能控制系统
将整个车站的空调风系统和水系统都纳入到节能控制系统中，根据室内、外空气参数变化，通过有效的控制策略控制整个空调系统的运行状态，使各系统设备均达到最优的组合运行工况。
3.6取消轨底排热风道
随着制动电阻脱离列车设置和再生能源逆变回馈制动技术的应用，列车在制动过程中产生的热量不再在隧道内散出；同时由于轨底风道与供电电缆廊道冲突，导致轨底排热风道排出的热量非常有限。因此，越来越多的地铁线路将轨底排热风道取消，不仅可以节约土建造价，还可以降低排热风机功率，从而带来隧道排风系统的运行节能。
4 结语
通风空调系统作为地铁正常运行不可或缺的一部分，发展至今，已经进行了很大的完善和改进。随着国家节能减排措施的不断推进，地铁通风空调系统作为地铁能耗的重要组成部分，越来越受到人们的重视。随着各种节能措施和新技术、新工艺的不断应用，必将为整个地铁节能提供更大空间，从而推进我国地铁行业持续向前发展。
参考文献
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