苏振宝
广州地铁设计研究院有限公司 广州 510010
摘要：地铁车站通风空调系统的能耗占地铁车站总能耗的45%以上，因此如何有效降低通风空调系统能耗是车站节能的重点。通过对地铁通风空调系统进行系统地能耗分析，提出在空调系统设计阶段，采用优化系统布置、大温差送风的措施，具有较好的节能效果；运行阶段，本文通过对南昌2号线一期通风空调系统实例进行分析，提出相应节能措施。
关键词：地铁；通风空调；节能
引言
地铁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）、车站设备管理用房通风空调系统（简称小系统）、车站空调水系统（简称水系统）。
根据广州已运营线路的能耗分析，通风空调系统的能耗约占城市轨道交通能耗的30%~40%，通风空调系统的节能对于南昌市轨道交通2号线一期工程（以下简称南昌2号线一期工程）的节能具有非常重要的意义。
1 站台门系统能耗分析
根据南昌的气候特点，根据《地铁设计规范》的规定，南昌2号线一期工程的车站设置了空调系统。同时在站台设置了全封闭站台门，将站台与隧道分隔，可以减少站台冷风泄漏至隧道，或由出入口泄漏至地面。根据南方城市已运营地铁线路的实际运营数据，全封闭站台门系统与开闭式系统的通风空调系统相比不但具有明显的节能效果，还可以提高服务水平，保障乘客安全。
根据广州地铁一号线全封闭站台门改造的研究成果，全封闭站台门改造后，通风空调系统的能耗约为闭式系统的1/3。根据运营经验，应进一步加强全封闭站台门的密封性能，减少车站与隧道之间的空气流通，可以更好的节省车站空调冷量损失、节约能源。
设置全封闭站台门后，列车运行的空气阻力将增加，但在80km/h速度以下运行情况下，空气阻力占列车运行阻力的5%左右，占的比重非常小，因增加站台门而增加的列车运行阻力将更小，根据目前了解的数据，暂不考虑此部分增加的能耗。
设置全封闭站台门后，隧道内的温度较闭式系统升高5~10度，将增加列车空调器的运行能耗约20%。同时，全封闭站台门本身也需要消耗电能。
经测算，采用全封闭站台门系统后，南昌2号线一期工程通风空调系统能耗，较闭式系统全年节省的运行能耗约4千万千瓦时，节能效果非常明显。
2.水系统的节能分析
通风空调水系统的能耗占通风空调系统总能耗的30%，通风空调水系统的节能对通风空调系统的节能至关重要。
1）供冷形式
南昌2号线一期工程的通风空调水系统采用了分站供冷形式，一次泵末端变流量系统，分站供冷较集中供冷系统节省了10%输送能耗。
分站供冷形式能耗虽然较省，但冷却塔的设置数量较多，且分散，在工程具体实施工程中，应注意处理冷却设置对周边环境的影响，同时应采取措施减少景观及消声措施对冷却塔冷效的影响。
目前，冷冻水一次泵变流量系统在国内已有部分城市应用，南昌2号线一期工程应积极研究冷水系统一次泵变流量系统，在保证系统可靠性的前提下，积极采用，节省水系统运行能耗。特别应注意降低水泵的输送能耗时，不应增加冷水机组的运行能耗。
2）设备的选择计算
冷水机组是通风空调系统中重要的能耗设备，南昌2号线一期工程采用了二级能效的冷水机组，是按最小寿命周期成本的节能型产品的门槛标准。满足国家节能标准的要求，且目前市场上产品较多，符合节能设计的原则。
冷却塔是空调水系统的重要设备，冷却塔水温度对冷水机的稳定运行及降低冷水机的运行能耗具有重要的意义，南昌2号线一期工程冷却塔的选型标准适当放大，有利于冷水机组的节能运行。
冷水机数量及冷量的选取对水系统的节能运行同样具有重要意义，应进行详细的空调逐时负荷计算，保证冷源的正确选取。冷水机组的选择应保证大部分的运行时间能，设备处于高效运行区，同时应采取措施保证夜间小系统低负荷情况下，冷水机组的稳定运行。
3. 隧道通风系统节能分析
1）活塞风道的设置
南昌2号线一期工程的隧道通风系统针对工程特点，采用以双活塞系统为主，在车站周边风亭布置条件较差的车站以单活塞系统相结合的系统设置方案。在车站两端各设了两个16平方米的活塞风道，活塞风道的设置能降低隧道内的温度，能降低列车运行的阻力，从而减少列车空调及牵引的能耗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时双活塞风井的方案能减少站台门漏风量，减少车站空调冷量的泄露，降低了车站空调能耗。满足节能设计的要求。
2）车站隧道排风系统的设置
南昌2号线一期工程根据工程特点，车站隧道排风系统，采用了单独设置排风机，两端对称排风的方案。
目前，在广州已建线路中，车站隧道排风系统采用了两种系统方案：单独设置车站隧道排风机或隧道风机变频兼作车站隧道排风机。均按近远期运营条件的计算风量运行。未考虑季节变化、行车的变化及隧道内温度变化。根据广州地铁二号线的实测数据，排风量较设计风量偏大。
建议在南昌2号线一期采取措施，提高隧道风机的效率，同时保证排热风的工作点位于风机的高效区，保证系统的节能运行。根据行车、季节变化及室外温度变化，按时间表变频运行，或者同时在车站隧道的适当位置设置温度传感器，排风机根据隧道温度变频运行。进一步提高节能效果。
4.大、小系统节能分析
1）大系统新风量的理选取
在地铁车站通风空调系统设计中，一般新风量的取值按站台门漏风、人员新风（12.6m?/h）、系统风量的10%的最大值取值。系统新风比及新风负荷非常高，在小客流车站，系统新风量在30~50%之间，新风负荷经常达到40%~50%，能源消耗非常严重。如果能减少新风量，节能潜力将非常大。
经过系统计算及实际测试，站台门漏风量客观存在，且实测数据基本验证了计算值。但是需要明确的是，站台门漏风量与车站隧道排风量、列车停站时间、开门次数、开门数量及出入口设置、活塞风井设置等有关，其中，开门次数与行车的发车对数有关。站台门漏风量基本按远期的行车计算取值，车站隧道排风量也是按远期的计算取值。因此，在初、近期或低密度发车时段，新风量存在较大的裕量。同时实际测试过程中发现，压头选取的原因，新风机的实际运行新风量远大于设计新风量，新风负荷浪费严重。
在已建线路的卫生验收中，卫生监督部门多次提出人员新风按12.6m?/h取值不满足卫生要求。经查地铁设计规范相关条文解释，12.6?/h引用的是老版本的暖通空调设计规范，而新版本的暖通空调设计规范已没有提出新风量的要求，而是要满足卫生要求。因此采用12.6m?/h已无充分的依据。
南昌2号线一期工程车站通风空调系统中，在空调季，新风量按人员新风（20m?/h）、系统风量的15%的最大值取值；在过渡季及通风季，新风量按人员新风30m?/h取值。既可满足卫生要求，又能建设新风能耗，实现节能运行。同时，为补充站台门漏风形成的冷负荷，建议站台在负荷计算时，根据车站规模及行车组织，考虑约100kw的站台门漏风负荷，以保证对站台温湿度的控制。
2）设备的选择计算
目前，国内通风空调设置的生产制造门槛较低，产品质量良莠不齐，特别是风机的能耗水平，差异较大，应采取措施，保证选用节能高效的产品，降低风系统的能耗。
降低风系统能耗的另一方面在于设置的合理计算及选择。南昌2号线一期工程在工程设计中应注意精细化管理，仔细准确核实系统的风量及扬程，正确选取设备，避免出现大马拉小车或关小风阀调节的不节能的现象。同时，风机的选择应注意使风机的工作点位于设备的高效区，保证设备的节能运行。
3）大系统变频的建议?
根据广州地铁三号线的实际运营数据，通风空调大系统变频运行可以节省约60%的风系统输送能耗，节能效果非常明显，南昌2号线一期工程应重点研究，在经经济技术比较具有优势的前提下，大系统采用变频运行方案。或者预留设置变频运行的条件。
同时采用大系统变频的方案应注意控制策略的制定，建议采用先变风，后变水的方案。但是采用这种方案的前提是换气次数及新风量应满足卫生要求。根据南昌2号线一期工程的实际情况，目前各站的空调风量均较小，比满足卫生要求的风量略高，变频运行节能效果有限。为充分发挥变频的节能效果，当组合式空调器及回排风机运行在风量下限时，对新风机采用时间表的模式控制，即根据客流变化规律调整实际运行的新风量。保证在满足卫生要求的前提下节省新风负荷。
4）小系统的设计应具有灵活调节的能力
在以往的线路中，有大量的小系统的房间运行室内参数偏离设计值。在牵引变电所、降压变电所，实际运行温度远低于设计参数，造成运行费用的浪费；而在部分重要的弱电设备用房，由于温度较低，相对湿度较高，甚至有部分房间远高于设计值；而有部分管理用房，在非运营时间内，工作人员已经离开，房间的空调依然开着。出现上述问题的很重要的一个原因就是小系统的方案不尽合理，一个系统负担多个不同室内设计参数不同运行时间的房间。
因此，南昌2号线一期工程建设中，应尽量减少小系统的规模，减少单个小系统所负担的房间的数量，同时，一定将不同室内设计参数，不同运行时间的房间分开系统设置。提高运行的灵活性及调节的可靠性，实现节能运行。
5.结语
通过分析，地铁车站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，以及不同季节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]苏航.地铁车站屏蔽门系统与集成闭式系统运营能耗比较[J].制冷与空调，2008（8z）：190-192．
[2]GB 50157—2013，地铁设计规范[S].
[3]袁凤东.智能化地铁通风空调系统节能技术研究[D].2006.
论文作者:苏振宝
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/22
标签：系统论文; 节能论文; 南昌论文; 站台论文; 车站论文; 隧道论文; 空调系统论文; 《基层建设》2015年13期供稿论文;