龔德高

摘 要：以縮小地鐵車站規(guī)模、減少工程投資為出發(fā)點，在滿足地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)基本功能的前提下，通過對地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)水系統(tǒng)遇到的設(shè)計問題進行總結(jié)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)可通過設(shè)置單活塞風(fēng)井來壓縮車站規(guī)模，減少活塞風(fēng)亭對車站周圍環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；原理；優(yōu)化控制；節(jié)能策略

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵綜合自動化系統(tǒng)的一部分，在地鐵運營中發(fā)揮著重要的作用。良好的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)可以根據(jù)地鐵內(nèi)部環(huán)境的變化自動進行溫度、濕度、風(fēng)量等調(diào)節(jié)，為乘客創(chuàng)造一個舒適愜意的乘車環(huán)境。

1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理

地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由大系統(tǒng)、小系統(tǒng)和水系統(tǒng)構(gòu)成，三部分組成一個有機的整體，共同作用完成車站環(huán)境參數(shù)的自動調(diào)節(jié)。大系統(tǒng)和小系統(tǒng)負(fù)責(zé)車站公共區(qū)和設(shè)備管理用房的通風(fēng)、排風(fēng)以及車站溫濕度的控制等。水系統(tǒng)為車站空調(diào)系統(tǒng)提供冷源，使組合空調(diào)機組完成熱交換過程，從而實現(xiàn)地鐵車站溫度調(diào)節(jié)。在地鐵運營時，空調(diào)新風(fēng)機負(fù)責(zé)向站內(nèi)輸送新風(fēng)；回排風(fēng)機負(fù)責(zé)站內(nèi)排風(fēng)；組合空調(diào)機組兼具送風(fēng)和制冷兩個方面的功能。組合空調(diào)通過冷凍水回路和空調(diào)水系統(tǒng)相連，將制冷后帶有設(shè)備熱負(fù)荷的冷凍水通過冷凍泵輸送到空調(diào)水系統(tǒng)的冷水機組，冷水機組通過熱交換將冷凍水熱量轉(zhuǎn)移到冷卻水，通過冷卻水回路和冷卻塔將熱量排放到大氣中。同時冷水機組將熱交換后形成的冷源，回饋到空調(diào)機組以便站內(nèi)制冷。

2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化控制

2.1 優(yōu)化控制思路

由于傳統(tǒng)的空調(diào)控制系統(tǒng)的控制方式屬于粗放式的控制，造成了極高的能源耗費，因此必須尋找一種更加優(yōu)化的控制方式來代替。地鐵列車及其空調(diào)冷凝器的發(fā)熱量、新風(fēng)負(fù)荷、人員負(fù)荷隨行車密度及客流量波動，不同時期、不同時段所需要的軌道排風(fēng)量、車站所需的新風(fēng)量和冷量都會因行車密度、客流量及屏蔽門開啟時間的變化而有很大差異。在空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照車站最大設(shè)計負(fù)荷選定的，且留有余量。在實際使用中，空調(diào)系統(tǒng)大多處于低負(fù)荷運行狀態(tài)，因此，對冷凍水回水閥進PID調(diào)節(jié)，以控制冷凍水回水量，這是減少能耗的有效途徑。

2.2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制方案

2.2.1 變風(fēng)量變流量控制。變風(fēng)量控制主要是由設(shè)在車站兩端的組合式空調(diào)機組和回排風(fēng)機來實現(xiàn)的。在送風(fēng)機和回排風(fēng)機上均配備變頻器，用來改變送風(fēng)機和回排風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，可方便地調(diào)節(jié)送風(fēng)量和回風(fēng)量，使空調(diào)大系統(tǒng)成為變風(fēng)量系統(tǒng)。這樣，系統(tǒng)不僅能隨時改變供風(fēng)量以適應(yīng)風(fēng)量需求的變化，同時也有顯著的節(jié)能效果。綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過與自動售檢票系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)及環(huán)境與設(shè)備控制系統(tǒng)的接口，可獲知當(dāng)前時段進閘人數(shù)和出閘人數(shù)等客流信息、屏蔽門開啟次數(shù)以及站內(nèi)的二氧化碳傳感器采集的信息，然后由綜合監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)這些信息實時計算系統(tǒng)的新風(fēng)負(fù)荷和人員負(fù)荷。

2.2.2 分析比較。常規(guī)的定風(fēng)量變流量控制方式存在冷水量不能隨風(fēng)量同步變化的問題，這也限制了冷水量的調(diào)節(jié)作用。而且地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷具有大干擾、高度非線性、不確定性、大滯后的特征，如果控制模型單純采用負(fù)反饋控制，容易造成系統(tǒng)的波動和震蕩，難以達到預(yù)想的控制效果。采用變風(fēng)量變流量優(yōu)化方案的優(yōu)點是：發(fā)揮變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)量的優(yōu)勢，引入正反饋和負(fù)反饋控制，用于調(diào)節(jié)組合空調(diào)和新風(fēng)機的出風(fēng)量以適應(yīng)負(fù)荷的波動。對末端冷水量的調(diào)節(jié)引入正反饋控制，使冷水量隨風(fēng)量同步變化，增加了風(fēng)量調(diào)節(jié)的有效范圍，縮短了冷水量調(diào)節(jié)的響應(yīng)時間。該方案考慮了冷水量和風(fēng)量的配合問題，將變風(fēng)量控制和變流量控制有機地結(jié)合在一起，使整個通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的性能得到了進一步的優(yōu)化，而且該方案結(jié)構(gòu)清晰、控制流程簡單、易于組態(tài)、容易編程，可以有效地節(jié)約地鐵運營的能耗。

2.2.3 軌道排熱風(fēng)機節(jié)能優(yōu)化控制。車行區(qū)排熱通風(fēng)系統(tǒng)中的排熱風(fēng)機的作用是排除列車進站、停站、出站時產(chǎn)生的熱量，以減少列車發(fā)熱量對車站及區(qū)間的影響。車行區(qū)排熱系統(tǒng)在地鐵運營期間需長期運行，能耗巨大，且負(fù)荷變化明顯，因而排熱風(fēng)機有必要采用變頻技術(shù)。

3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能策略

從空調(diào)負(fù)荷分析，人員及新風(fēng)負(fù)荷是系統(tǒng)節(jié)能的重點，這需要根據(jù)實際負(fù)荷需求對風(fēng)量、水量進行調(diào)節(jié)。從系統(tǒng)運行耗電分析，風(fēng)機、水泵等輸配系統(tǒng)是車站節(jié)能的重點，也需要根據(jù)車站負(fù)荷變化調(diào)節(jié)風(fēng)機、水泵等運行狀態(tài)，降低運行費用。因此，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)綜合考慮設(shè)計、運行的各個階段。

3.1 設(shè)計階段節(jié)能策略

3.1.1 優(yōu)化系統(tǒng)布置。車站設(shè)計時，本專業(yè)應(yīng)積極配合建筑專業(yè)，優(yōu)化風(fēng)道、房間的布置。風(fēng)井或機房位置應(yīng)保證管路通暢，協(xié)調(diào)減少土建直角彎，最大限度的減少不合理的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致車站能耗加大的情況。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)強化節(jié)能意識。設(shè)計師應(yīng)充分結(jié)合地鐵負(fù)荷特點，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)置，盡量減小風(fēng)管直角彎，合理科學(xué)選擇空調(diào)設(shè)備，杜絕“大馬拉小車”的現(xiàn)象。

3.1.2 大溫差送風(fēng)。對于設(shè)備管理用房，合理加大送風(fēng)溫差。因送風(fēng)溫差的增大，使送風(fēng)量大大減小，可節(jié)省系統(tǒng)的一次投資費用和運行費用。對于車站變電所及發(fā)熱量大的電氣用房，保證在電氣設(shè)備空載時不結(jié)露的情況下，適當(dāng)提高送風(fēng)溫差，一般取△T≈15～19℃。

3.2 運行階段節(jié)能策略

3.2.1 風(fēng)機變頻變風(fēng)量調(diào)節(jié)。由于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)預(yù)測的遠(yuǎn)期高峰客流運營條件來計算的，在客流量遠(yuǎn)未達到設(shè)計值時，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻器來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量。

3.2.2 空調(diào)水系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)。在空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照車站最大設(shè)計負(fù)荷選定的，且留有余量。在實際使用中，空調(diào)系統(tǒng)大多處于低負(fù)荷運行狀態(tài)，因此，采用變頻器來調(diào)節(jié)水流量是減少能耗的有效途徑。

3.2.3 采用不同的運行模式。夏季最大限度的減小新風(fēng)負(fù)荷，合理利用過渡季節(jié)自然冷源是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的有效措施。通過以下的運行方式可達到較好的節(jié)能目的。①空調(diào)小新風(fēng)工況。當(dāng)站外空氣焓值大于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值時，空調(diào)系統(tǒng)采用小新風(fēng)加一次回風(fēng)運行。②空調(diào)全新風(fēng)工況。當(dāng)站外空氣焓值小于或等于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值，并且站外空氣溫度大于空調(diào)送風(fēng)溫度時，采用全新風(fēng)空調(diào)運行，空調(diào)器處理室外新風(fēng)后送至空調(diào)區(qū)域，回/ 排風(fēng)全部排至車站外。③通風(fēng)工況。當(dāng)站外空氣溫度小于空調(diào)送風(fēng)溫度時，停止冷水機組運行，外界空氣不經(jīng)處理直接送至空調(diào)區(qū)域，回/排風(fēng)則全部排出車站外。

4 結(jié)語

通過分析，地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)運行時根據(jù)實際負(fù)荷需求對風(fēng)量、水量進行變頻控制，以及不同季節(jié)采用不同的運行模式，都能起到良好的節(jié)能效果。同時，通過優(yōu)化設(shè)計同樣可以達到節(jié)能目的。然而，有效并全面降低地鐵系統(tǒng)的能耗是一項艱巨的任務(wù)，需要各專業(yè)密切協(xié)作，節(jié)能意識更需要貫穿于整個設(shè)計過程當(dāng)中。隨著新型節(jié)能空調(diào)設(shè)備的不斷發(fā)明，以及優(yōu)化方案的不斷開發(fā)，地鐵節(jié)能前景必將更為廣闊！

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