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地铁“双制式”通风空调技术应用分析

发表时间：2021/6/3 来源：《基层建设》2021年第2期作者：龚波

[导读] 摘要：本文提出的地铁“双制式”通风空调技术是由复合式站台门、空气-水、冷却塔供冷三项子技术协同构成。

        中铁二院工程集团有限责任公司
        摘要：本文提出的地铁“双制式”通风空调技术是由复合式站台门、空气-水、冷却塔供冷三项子技术协同构成。本文对“双制式”通风空调技术原理、运行工艺模式进行了介绍。并以成都地铁采用“双制式”通风空调技术的示范站同采用通风空调主流技术方案的车站进行技术经济比较分析。
        关键词：“双制式”通风空调技术；复合式站台门；空气-水；冷却塔供冷；技术经济比较
        1 引言
        通风空调系统约占地铁机电运营能耗35%~40%，是除牵引用电外的能耗大户[1]。本文以采用“双制式”通风空调技术的成都地铁示范站为工程实例，对其试运营期间耗电量进行统计分析，并在其基础上对其节能性和经济效益做评价，旨在为地铁“双制式”通风空调技术的广泛推广提供切实可靠的技术支撑。
        2 与地铁通风空调主流技术运行工艺模式对比
        目前国内地铁通风空调主流技术为：站台采用全封闭高站台门，公共区和设备管理用房均采用全空气系统，冷源采用冷水机组供冷。“双制式”通风空调技术是从设计源头出发，对地铁通风空调主流技术的一次创新尝试，包括复合式站台门技术[2]、空气-水系统技术[3]、冷却塔供冷[4]三大子技术。主流技术运行工艺模式，如表1。“双制式”通风空调技术运行工艺模式，如表2。
        由表1可见，主流技术由于采用全封闭高站台门，过渡季无法引入区间活塞风对车站公共区通风降温，因此过渡季需开启机械通风；公共区和设备管理用房采用冷水机组供冷的全空气系统，过渡季需开启部分冷水机组为具有全年供冷需求的设备用房提供冷量。
        由表2可见，双制式”通风空调技术的三项子技术运行工艺为：
        1）采用复合式站台门技术。地铁车站空调季节按全封闭高站台门制式空调运行，过渡季节充分引入区间活塞风对整个公共区进行通风降温，而无需开启站内通风空调设备机械通风。
        2）采用空气—水系统技术。复合式站台门已实现过渡季不采用机械通风，则主流技术中的公共区全空气系统不再具备优势。由此，公共区采用风侧输配能耗低的空气—水系统，人员新风由独立新风机组提供。
        3）采用冷却塔供冷技术。为降低过渡季向设备管理用房供冷的能耗，同时为避免低负荷时段冷水机组因反复启停或回油困难等不良运行工况，采用冷却塔供冷，最大力度缩短机冷水机组开启时间。
                                                                 表1 主流技术运行工艺模式

                                                            表2 “双制式”通风空调技术运行工艺模式

        3 技术经济比较
        3.1 工程概况
        成都地铁3号线一期工程为成都市轨道交通线网中的一条骨干线，长约20.329km，全地下线，设车站17座。其中15座车站为单站供冷，2座车站冷源由既有线集中冷站提供。
        “双制式”通风空调技术应用于3号线一期工程3座示范站，其他14座车站均采用主流技术。3号线一期工程于2016年8月1日开通运营。
        3.2 技术原理综述
        3.2.1 复合式站台门技术
        采用基于站台门顶梁开孔的复合式站台门技术。即在站台门顶梁上开设若干通风孔并设置电动风阀，空调季关闭电动风阀，车站公共区按空调工况运行，而过渡季打开风阀，利用列车活塞效应引入活塞风对车站公共区通风降温。此种系统避免了困扰业界多年的开/闭式与站台门制式的争论，兼具了两种制式的优势。基于顶梁开孔的复合式站台门实施效果，如图1。

        图1 基于顶梁开孔的复合式站台门技术现场实施图
        3.2.2 空气-水系统技术
        站厅、站台公共区设置柜式风机盘管机组负担室内负荷。柜式风机盘管机组部分为吊式或卧式，安装于吊顶之上；部分为立式，设于站台层公共区楼梯下部三角空间内。通风空调机房内设独立新风空调柜负担新风负荷及部分室内负荷。设备管理用房则采用独立新风空调柜加风机盘管形式为主。空气-水系统技术原理示意，如图2。
        分散式柜式风机盘管机组可根据车站建筑形式灵活布置，车站两端传统“标配”的空调机房在土建规模上可“瘦身”。同时末端柜式机组直接置于空调服务区域，送风距离短、阻力小，有效减少空调系统中风侧输配能耗。

               图2 空气-水系统原理示意图
        3.2.3 冷却塔供冷技术
        当室外空气湿球温度达到一定条件时，可关闭冷水机组，流经冷却塔的循环冷却水通过板式换热器向空调系统供冷，提供过渡季向设备管理用房冷量。采用板式换热器实现冷却塔供冷的现场布置，如图3。

        图3 板式换热器实现冷却塔供冷技术现场实施图
        3.3 耗电量分析
        以成都地铁3号线一期工程试运营一年为周期的（2016年8月至2017年7月）通风空调系统实际用电数据作为基础数据，见表3（其中2座集中供冷车站未计入）。
        在统计周期内，采用主流技术的车站通风空调系统平均年耗电量约93.1万千瓦时，A站年耗电量52.2万千瓦时，B站年耗电量54.1万千瓦时，C站年耗电量78.6万千瓦时。
                                                          表3 3号线一期工程各站统计周期内年耗电量

        3.4 节能性评价
        通过对3号线一期工程采用“双制式”通风空调技术的车站和采用主流技术车站的空调耗电量对比分析得出，示范站统计周期内（2016年8月至2017年7月）比主流技术车站通风空调系统节约年耗电量约94.4万千瓦时，见表4。
                                            表4 示范站通风空调系统年节约电量表（万千瓦时/年）

        注：其中C站为单层侧站台，建筑规模大于普通车站。
        3.4 经济效益评价
        示范站同采用主流技术的车站相比，不考虑空气—水系统装机容量减小和机房土建面积减少带来的初投资减少，仅计算复合式站台门技术增加设置于顶梁开孔的电动风阀及所需动力电缆、控制电缆，初投资每站增加约25万元，3站共计初投资75万元。
        静态投资回收期：根据统计周期内用电数据分析，示范站通风空调系统可节约用电约94.4万千瓦时/年，节约运营费用约66.08万元/年（电价按0.7元/千瓦时）。投资回收期限约为1.14年。
        4 结论
        1）“双制式”通风空调技术包括复合式站台门技术、空气-水系统技术、冷却塔供冷三项子技术。
        2）采用“双制式”通风空调技术的示范站，在统计周期内共可节约用电约94.4万千瓦时/年，节约运营费用约66.08万元/年，静态投资回收期约为1.14年。
        3）“双制式”通风空调技术是从设计源头出发对地铁主流通风空调技术的一次系统性节能设计，其节能效果显著、工程可实施性强、应用范围广，建议轨道交通类重点用能单位可根据所处地域性气候条件将其作为可研阶段的节能比选方案。
        参考文献：
        [1]李国庆，李百战，孟鑫，等.区域适应性地铁通风空调系统研究[J].都市快轨交通，2021，34（1）：115-121.
        [2]龚波，刘伊江，陈永江.复合式站台门系统在成都地铁的应用[C]//2016 年全国铁道与城轨暖通学术年会文集.武汉，2016：129-135.
        [3]刘伊江.城市轨道交通车站通风空调系统采用空气-水系统的可行性分析[C]//2014铁路暖通年会论文集.中国铁道学会车辆委员会，2014：65.
        [4]徐正宏.冷却塔供冷的应用研究[J].制冷技术.2013，33（03）：42-46.
        作者简介：
        龚波（1979~），男，工学硕士，高级工程师。