地铁车站环控系统用电负荷优化论文_严如珏

摘要：通过获取车站环控系统主要用电设备的用电参数和车站环境参数实时数据，对车站环控系统的能耗数据进行比较分析，总结出车站环控系统能耗与车站环境（人流量、外温）的关系。然后对车站环控系统的能效进行定量测算和分析。最后提出车站用电设备改进与节能的建议措施。

关键词：环控系统；车站环境；能耗；节能

Abstract：Through obtaining the real-time data of the main electrical equipment and environmental parameters of the station environmental control system，the energy consumption data of the station environmental control system is compared and analyzed.The relationship between the energy consumption of the station environmental control system and the station environment（human flow，external temperature）is summarized.Then the energy efficiency of the station environmental control system is calculated and analyzed quantitatively.Finally，the paper puts forward some suggestions and measures to improve the electric equipment and save energy.

Key words：environmental control system；station environment；energy consumption model；energy saving

1引言

我国地铁的建设规模正在不断扩大，随之而来的问题就是地铁车站资源的浪费。很多设备负荷低谷时几乎与高峰的运行状态是一样的，这样是对能源的极大的浪费，也是没必要的成本开支。为了提高资源的利用率，必须对车站用电设备进行改进与节能分析。车站系统中耗电最多的是环控系统，占整个车站的25%~35%[1]，有必要对环控系统进行用电负荷优化进行研究。谭琼亮[2]分析了轨道交通车站用电负荷的构成和车站各用电设备组的运行特性，结合以往运营经验，确定了各用电设备组需要系数的选取。付凯和邓志辉[3]根据对广州火车站能源消耗情况进行调查，对车站的空调系统和照明能耗进行分析并提出了节能措施。胡杭杰和严亚骏[4]提出在非运营时间用多联式空调机组代替冷水机组为小系统供冷，公共区域照明采用智能照明系统和灯具，根据客流量的不同限制站外电梯的开启时间的管理模式优化节能管理。王丹梅[5]对地铁环控系统耗能现状及节能措施进行了理论上的研究。以上研究只是对用电设备能耗进行理论分析，并没有结合数据深入分析耗能背后的因素。本研究以上海地铁8号线人民广场车站为例，对环控系统中的用电设备的运行状态与用电情况进行实际分析，并提出车站环控系统用电设备改进与节能的建议措施。

2车站环控系统能耗分析

车站负荷示意图如图1所示：

图1 车站负荷示意图

Figure 1 Schematic diagram of station load

为车站带来热量负荷的因素主要由人流量、照明、设备、屏蔽门、新风等组成，照明、设备、屏蔽门带来的均为固定影响，且能量不大，而人流量、新风会随着外部条件变化而变化，并且产生的能量较大。因此，以人流量和新风（外温影响）作为影响车站设备负荷（水冷系统和大系统空调风机）的主要对象，来进行分析。

2.1人流量对用电设备负荷的影响

选取7月6日与7月17日两天的数据作说明，7月6日为工作日，人流量为667063人/天，7月17日为双休日，人流量为565141人/天，两天人流量相差近20%。两天的气温较为接近，最高33-34度，最低25-26度，因此这两天的能耗数据能反映出人流量对用电负荷的影响。

从图2、图3中可以看出：在用电设备负荷相近的情况下，人流量较多的站内温度也较高。且从当天的新风量数据来看，人流量较多的一天消耗新风冷负荷少（即外部温度对站内温度影响相对少）。因此，可以推算，在外温与内温控制在相同水平时，人流量的增大，对用电设备负荷增多有正向作用。

图2 7月17日数据分析图 图3 7月6日数据分析图

Figure2 Data analysis chart on July 17 Figure3 Data analysis chart on July 6

2.2新风（站外温度）对用电设备负荷影响

图4 7月22日数据分析图

Figure4 Data analysis chart of July 22

由图2、图3、图4中数据可以看出：虽然人流对内/外温之间的影响判断带来了一些干扰（早晚高峰期内温明显出现两个相对高点），但在用电设备负荷相对变化不大的情况下，内温升降趋势随外温变化。

3车站环控系统能效分析

从本次检测用电设备中能耗最大的空调制冷系统：螺杆式冷水机组（1号）、组合空调机组+螺杆式冷水机组（2号）为设备对象（由于没有空调机组出风量数据，无法单独计算其能效，故与冷水机组组合成为空调系统进行计算），分析其能效水平分析。

3.1计算方式与依据

（1）计算需要用到的共有公式与参照数据表为：

3.2能效数据计算结果

（1）螺杆式冷水机组

依据公式计算，螺杆式冷水机组能效数据（部分）如下：

表1 螺杆式冷水机组能效数据

Table1 Energy efficiency data of screw chiller

（2）组合空调机组+螺杆式冷水机组

依据公式计算，组合空调机组+螺杆式冷水机组能效数据（部分）如下：

表2 组合空调机组+螺杆式冷水机组能效数据

Table2 Combined air conditioning unit+ Energy efficiency data of screw chiller

图7 组合空调机组+螺杆式冷水机组能效

Figure 7 Combined air conditioning unit+ Energy efficiency of screw chiller

3.3能效数据分析

对于螺杆式冷水机组（制冷量1132KW）的能效，根据计算数据可知，该机组的能效一般维持在1.5-2.5之间，与标准对比，该机组的能效较低，不符合标准（见表3）。其原因可能是螺杆式机组的使用时间过长造成的，该机组从2007年出厂使用，到目前为止已经使用了9年多，设备老化等是造成能效低的主要原因。

表3 水冷机组能效等级标准

Table3 Energy efficiency grade standard of water cooling unit

由于没有空调机组的出风量数据，无法对其进行单独计算能效，所以与螺杆式冷水机组组合起来进行能效计算。根据计算可知，该组合能效一般维持在3—5之间，表4为一般小容量空调（非冷水机组）标准，仅作为参考。

4结论

对能耗数据进行分析，可知外温与内温控制在相同水平时，人流量的增大，对用电设备负荷增多有正向作用。在用电设备负荷相对变化不大的情况下，内温升降趋势随外温变化。假定在需要保持的内温不变的条件下，根据外温和人流量（早晚高峰和非高峰）的变化，可动态调整车站冷水机组、空调机组和新风风机的功率，随着环境变化进行自适应调整。

对能效数据进行分析，可知螺杆式机组的能效一般维持在1.5-2.5之间，与标准对比，该机组的能效较低，不符合标准。其原因可能是螺杆式机组的使用时间过长造成的，该机组已经使用了10年多，因此可以更换螺杆式机组达到节能的效果。如果将WCFX-R22水冷全封闭螺杆冷水机组进行更换，最低能效由2.0换成4.0，每小时节约电量约为120度。

参考文献：

[1]刘建平.地铁车站环控系统节能分析[J].科技风，2015（14）：118.

[2]谭琼亮.轨道交通车站用电负荷计算探讨[J].电气化铁道，2014（04）：39-41+45.

[3]付凯.广州火车站能耗现状及节能潜力分析[A].中国建筑学会暖通空调分会、中国制冷学会空调热泵专业委员会：中国制冷学会，2008：1.

[4]胡杭杰，严亚骏.杭州地铁车站节能现状与举措[J].都市快轨交通，2017，30（03）：98-101.

[5]王丹梅.浅谈地铁环控系统节能措施[J].电脑知识与技术，2019，15（19）：261-262.

论文作者:严如珏

论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期

论文发表时间:2020/2/24

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