南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司 江蘇南京 210012

摘要：隨著社會(huì)快速發(fā)展，地鐵空調(diào)設(shè)備的機(jī)房面積逐漸減小、設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用也越來(lái)越大，為了能夠滿(mǎn)足減少投資及運(yùn)行費(fèi)用需要進(jìn)一步的做好地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的改進(jìn)和節(jié)能工作。下文對(duì)地鐵車(chē)站空調(diào)通風(fēng)進(jìn)行論述，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)站；空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)；節(jié)能分析

1地鐵車(chē)站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)能耗概況

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通是以大量用電來(lái)保持運(yùn)行的，而地鐵車(chē)站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)是地鐵系統(tǒng)的用電主力之一。在地鐵整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，列車(chē)運(yùn)行的能耗最大，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的能耗緊排其次，而通風(fēng)空調(diào)設(shè)備能耗的大頭是水系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)因全天24 h不間斷運(yùn)行緊排其后；通風(fēng)系統(tǒng)能耗的大頭又以大系統(tǒng)為主，所以為了達(dá)到地鐵技術(shù)節(jié)能及運(yùn)營(yíng)節(jié)能，需要從空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的水系統(tǒng)、大系統(tǒng)變頻運(yùn)行模式方面進(jìn)行全面的節(jié)能設(shè)計(jì)及探討。

2通風(fēng)系統(tǒng)變頻運(yùn)行節(jié)能分析

在地鐵通風(fēng)系統(tǒng)中，變頻運(yùn)行的節(jié)能技術(shù)措施主要使用于通風(fēng)系統(tǒng)中的大系統(tǒng)，實(shí)施變頻運(yùn)行的大系統(tǒng)設(shè)備主要為組合式空調(diào)箱和回排風(fēng)機(jī)。針對(duì)組合式空調(diào)箱，通常使用一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電機(jī)功率為30 kW左右的電機(jī)，車(chē)站智能控制系統(tǒng)將回風(fēng)點(diǎn)的溫度、濕度轉(zhuǎn)換為焓值，通過(guò)與設(shè)定焓值對(duì)比，使用焓差控制變頻器，以調(diào)整空調(diào)箱風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣可避免空調(diào)箱全速運(yùn)行，還能使地鐵站公共區(qū)域內(nèi)保持一個(gè)適合的溫度和濕度，最終達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。對(duì)回排風(fēng)機(jī)也同樣采用一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電機(jī)，電機(jī)功率一般為15 kW，自動(dòng)控制儀會(huì)把風(fēng)機(jī)出口的溫度、濕度轉(zhuǎn)換為焓值，然后與設(shè)定焓值進(jìn)行對(duì)比，使用以上焓差對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。

通風(fēng)系統(tǒng)的變頻調(diào)速是利用客流量變化，尤其非高峰與高峰時(shí)段，車(chē)站公共區(qū)人流量變化，列車(chē)行車(chē)間隔變化，所需要排放的熱量變化，將相應(yīng)的組合式空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)的頻率降低，以達(dá)到節(jié)能的目的。變頻后功率與頻率的關(guān)系為立方關(guān)系：N0/N=（f0/f）3（其中N為工頻功率，f為50 Hz，N0為變頻功率，f0為變頻運(yùn)行頻率），可達(dá)到顯著節(jié)能效果。以一車(chē)站為例：2臺(tái)組合式空調(diào)機(jī)組，每臺(tái)22 kW，采用變頻運(yùn)行，頻率范圍30～50 Hz，高峰期兩臺(tái)設(shè)備按工頻運(yùn)行，非高峰期變頻運(yùn)行，設(shè)置運(yùn)行頻率為30Hz。變頻運(yùn)行時(shí)，電機(jī)功率為：22×（30/50）3=4.752 kW。在傳統(tǒng)模式下的運(yùn)行耗電量：22×2×18=792度，變頻運(yùn)行模式耗電量：22×2×6+4.752×2×12=378.048度，節(jié)約用電量（792-378.048）×365=151 092.48度。

3冷水系統(tǒng)節(jié)能分析

3.1一次泵變流量運(yùn)行的節(jié)能分析

3.1.1一次泵變流量系統(tǒng)原理及組成

一次泵變流量空調(diào)水系統(tǒng)是為了適應(yīng)流經(jīng)末端用戶(hù)空調(diào)負(fù)荷的變化，通過(guò)調(diào)節(jié)二通閥改變流經(jīng)末端設(shè)備設(shè)施的冷水流量，并同時(shí)采用變頻冷凍泵，使空調(diào)系統(tǒng)的總循環(huán)冷水量符合末端設(shè)備的需求量，通過(guò)在安全流量范圍內(nèi)變化的冷水機(jī)蒸發(fā)器的水流量，使冷水機(jī)蒸發(fā)壓力、溫度、能效比保持穩(wěn)定狀態(tài)。變頻水泵的使用能夠降低水泵機(jī)組全年的能耗費(fèi)用，冷卻水泵和冷水機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間也大大減少，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的費(fèi)用，對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減耗具有十分重要的意義。

標(biāo)準(zhǔn)車(chē)站的制冷系統(tǒng)每站設(shè)置2臺(tái)冷水機(jī)組、2臺(tái)冷凍水泵、2臺(tái)冷卻水泵、2組冷卻塔、2臺(tái)組合式空調(diào)機(jī)組、若干柜式風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組，制冷系統(tǒng)總功率約為450 kW。為了達(dá)到節(jié)能減排、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本的目的，采用基于冷水機(jī)組群控的一次泵變頻控制節(jié)能新技術(shù)。根據(jù)車(chē)站的實(shí)際冷量消耗要求對(duì)冷凍、冷卻水設(shè)備進(jìn)行變頻節(jié)能控制，冷水機(jī)組蒸發(fā)器側(cè)采用一次泵流量變頻控制，冷卻水側(cè)也采用變流量控制。冷水機(jī)組無(wú)級(jí)變頻可在15%～100%負(fù)荷之間調(diào)整，節(jié)能顯著。在一次泵變流量系統(tǒng)節(jié)能過(guò)程中，控制策略是直接關(guān)系到節(jié)能效果的關(guān)鍵點(diǎn)，冷水系統(tǒng)群控及變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 冷水系統(tǒng)群控及變頻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1.2一次泵變流量系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

以南京為例，4～5月份，在溫度較低、空氣濕度小的環(huán)境下，冷水主機(jī)負(fù)荷小、能耗少，冷凍泵、冷卻泵、空調(diào)機(jī)大部分時(shí)間處于低頻運(yùn)行，再加上冷水機(jī)組用電量少，電量基數(shù)小，整體節(jié)電率較高。6～9月份，由于溫度較高，水系統(tǒng)經(jīng)常滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)電空間有限。10～11月外界溫度降低，整體節(jié)電率顯著回升?？梢?jiàn)對(duì)于整個(gè)空調(diào)及空調(diào)過(guò)渡季節(jié)大約8個(gè)月的時(shí)間周期來(lái)說(shuō)，其中有4個(gè)月的空調(diào)過(guò)渡季節(jié)利用一次泵變頻節(jié)能技術(shù)可產(chǎn)生一定的節(jié)能效益。以一車(chē)站為例：2臺(tái)冷凍水泵，每臺(tái)15 kW，采用變頻運(yùn)行，頻率范圍30～50 Hz，高峰期2臺(tái)設(shè)備按工頻運(yùn)行，非高峰期單臺(tái)變頻運(yùn)行，設(shè)置運(yùn)行頻率為30 Hz。變頻運(yùn)行時(shí)，水泵功率為：15×（30/50）3=3.24 kW；在傳統(tǒng)模式下的運(yùn)行耗電量：15×2×6+15×1×18=450度，而在變頻運(yùn)行模式耗電量：15×2×6+3.24×1×18=238.32度，節(jié)約用電量（450-238）×240=50803.2度。

3.2末端電動(dòng)二通閥開(kāi)度自動(dòng)控制節(jié)能分析

當(dāng)?shù)罔F車(chē)站空調(diào)水系統(tǒng)采用定水量系統(tǒng)時(shí)，水泵和冷水機(jī)組的水量會(huì)保持不變，在分水器和供回水干管之間設(shè)置壓差調(diào)節(jié)閥，在末端設(shè)備設(shè)置電動(dòng)二通閥，通過(guò)水流量的改變?nèi)ミm應(yīng)空調(diào)區(qū)的負(fù)荷要求，從而達(dá)到節(jié)能的目的。一次變頻泵變水流量系統(tǒng)主要由冷水機(jī)組、末端設(shè)備、一次水泵組成，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)水系統(tǒng)的區(qū)別就在于冷水機(jī)組常在變水流量工況下工作。在二通閥的調(diào)節(jié)過(guò)程中，系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)冷凍水流量將發(fā)生變化，當(dāng)末端設(shè)備的冷凍水流量隨負(fù)荷改變時(shí)，其兩端的壓差也在隨之改變，一次水泵的變頻器根據(jù)最不利環(huán)路的壓差信號(hào)，通過(guò)變頻改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變系統(tǒng)的水流量，以滿(mǎn)足末端設(shè)備的要求。為了適應(yīng)末端用戶(hù)空調(diào)負(fù)荷的變化，調(diào)節(jié)末端二通閥改變末端設(shè)備的冷凍水流量，根據(jù)負(fù)荷變化，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)水量剛好滿(mǎn)足負(fù)荷需求的水平，最終達(dá)到系統(tǒng)的節(jié)能。

4通風(fēng)系統(tǒng)與冷水系統(tǒng)的綜合節(jié)能分析

在對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)和冷水系統(tǒng)的節(jié)能分析中，可以看出通過(guò)運(yùn)用變頻調(diào)速的技術(shù)，可以在地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中起到節(jié)能降耗的作用。然而，在車(chē)站的實(shí)際通風(fēng)供冷當(dāng)中，經(jīng)常遇到負(fù)荷變化，過(guò)渡性季節(jié)的情況，在這種情況下，在通風(fēng)系統(tǒng)和冷水系統(tǒng)變頻控制策略?xún)烧咧袃?yōu)先采用哪一種？抑或同時(shí)采用而尋找中間一個(gè)平衡點(diǎn)來(lái)達(dá)到節(jié)能最大化。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制方案在過(guò)渡性季節(jié)需要滿(mǎn)足3個(gè)條件：保證地鐵站內(nèi)溫度低于30℃；滿(mǎn)足站內(nèi)人員的最小新風(fēng)量，站臺(tái)最小換氣次數(shù)大于5次（包括5次）。在滿(mǎn)足以上3個(gè)條件時(shí)，采用通風(fēng)變頻控制策略。在過(guò)渡季節(jié)，地鐵冷水系統(tǒng)需要根據(jù)負(fù)荷變化情況自動(dòng)判斷冷水機(jī)組開(kāi)啟臺(tái)數(shù)和調(diào)節(jié)冷機(jī)運(yùn)行負(fù)載。在實(shí)際應(yīng)用中，站臺(tái)內(nèi)的乘客數(shù)量是不斷變化的，