閆 言

中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司天津分院

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行策略研究

閆 言

中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司天津分院

地鐵做為現(xiàn)代化的地下軌道交通工具，與傳統(tǒng)公共交通相比，具有運(yùn)客量大、速度快、低污染、低能耗、運(yùn)行安全快捷、舒適等優(yōu)勢(shì)，已成為城市公共交通中的中流砥柱。地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵系統(tǒng)的重要組成部分，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)較為復(fù)雜，耗能設(shè)備眾多，在今后工作中必須要從實(shí)際出發(fā)采取專門的措施將節(jié)能減排意識(shí)融入到整體通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，并且還需加大對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制方案的優(yōu)化力度，從根本上提升地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。基于此本文分析了地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行策略。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能運(yùn)行；策略

1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能及組成

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵中的重要設(shè)備系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著對(duì)地鐵內(nèi)部的空氣溫度﹑濕度﹑空氣流速﹑空氣壓力和空氣品質(zhì)進(jìn)行控制的任務(wù)，平時(shí)為車站提供一個(gè)適宜的環(huán)境。當(dāng)列車阻塞在區(qū)間隧道時(shí)，向阻塞區(qū)間提供一定的通風(fēng)量，保證列車空調(diào)等設(shè)備正常工作，維持車廂內(nèi)乘客在短時(shí)間內(nèi)能接受的環(huán)境條件。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，提供迅速有效地排煙手段和足夠的新鮮空氣，并形成一定的迎面風(fēng)速，引導(dǎo)乘客安全迅速地撤離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。也為各種設(shè)備提供必要的空氣溫度﹑濕度以及潔凈度等條件，保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要由以下四個(gè)子系統(tǒng)組成(其中前三個(gè)為風(fēng)系統(tǒng))：①公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；②設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；③隧道通風(fēng)兼排煙系統(tǒng)；④空調(diào)制冷循環(huán)水系統(tǒng)。

2 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的主要形式

2.1 開放式系統(tǒng)

開放式系統(tǒng)指的是利用活塞反應(yīng)或是機(jī)器設(shè)備來(lái)連通外界與地鐵內(nèi)部的氣體，利用外部空氣來(lái)冷卻隧道和車站。該系統(tǒng)投資費(fèi)用低，但僅通過(guò)通風(fēng)來(lái)控制地鐵內(nèi)部環(huán)境效果不太明顯。

2.2 封閉式系統(tǒng)

封閉式系統(tǒng)指將地鐵內(nèi)部空氣與外界空氣隔離，僅供給乘客所需新風(fēng)量。相較于開放式系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)能更好地滿足地鐵環(huán)境控制需求，但其投資費(fèi)用較大，且建設(shè)面積較廣。

2.3 屏蔽門系統(tǒng)

屏蔽門系統(tǒng)即將隧道與車站相分離，在隧道安裝通風(fēng)設(shè)備，在車站內(nèi)安裝空調(diào)系統(tǒng)。如若通風(fēng)設(shè)備無(wú)法有效控制隧道溫度，則需要采用空調(diào)或是其他方式來(lái)降低隧道溫度。

3 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行策略

3.1 軌道排熱風(fēng)機(jī)節(jié)能

工程設(shè)計(jì)時(shí)均是按遠(yuǎn)期最不利工況設(shè)計(jì)，在未達(dá)到最不利工況前，排熱風(fēng)機(jī)具有很大的節(jié)能潛力，節(jié)能主要是變頻運(yùn)行及運(yùn)行時(shí)間的調(diào)整。可以通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：①結(jié)合行車組織按初﹑近﹑遠(yuǎn)期三種工況運(yùn)行；②根據(jù)列車位置來(lái)改變排熱風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，列車到站時(shí)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，列車離站時(shí)低速運(yùn)轉(zhuǎn)；③在保證隧道溫度滿足運(yùn)行的條件下，減少排熱風(fēng)機(jī)每日運(yùn)行的時(shí)間。

3.2 風(fēng)閥控制新風(fēng)量節(jié)能

據(jù)統(tǒng)計(jì)，地鐵早晚高峰期客流量均已超過(guò)全天平均流量的50%，同時(shí)每天每個(gè)小時(shí)的客流量都在變化。空調(diào)設(shè)備裝機(jī)容量是按遠(yuǎn)期最大小時(shí)客流量配備的，這樣裝機(jī)容量運(yùn)行勢(shì)必會(huì)造成能源浪費(fèi)。正因?yàn)槿绱耍诮窈蠊ぷ髦芯涂梢詮男嘛L(fēng)控制方面，通過(guò)風(fēng)閥的開啟程度來(lái)調(diào)整環(huán)控系統(tǒng)新風(fēng)量從而使其適應(yīng)客流量變化，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能目的。

3.3 風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能控制

地鐵專用軸流風(fēng)機(jī)有變頻﹑調(diào)速的工作。傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)往往是利用閥門來(lái)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過(guò)更改系統(tǒng)阻力來(lái)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。從節(jié)能角度，該種方式極為浪費(fèi)。因?yàn)槠湓跓o(wú)形中加大了一部分功。就現(xiàn)階段而言，該種方式仍在小型風(fēng)機(jī)中使用。而風(fēng)機(jī)功率較大的，則可以通過(guò)更改風(fēng)機(jī)性能曲線來(lái)對(duì)其風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

一般情況下，改變風(fēng)機(jī)性能缺陷的方式主要有進(jìn)口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)﹑改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速﹑動(dòng)葉可調(diào)﹑改變?nèi)~片的寬度等。由于進(jìn)口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)﹑動(dòng)葉可調(diào)﹑改變?nèi)~片的寬度這幾種方式對(duì)機(jī)械部件有較高要求，而改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方式僅需將電機(jī)輸入的電壓和電流進(jìn)行改變即可起到調(diào)節(jié)作用。

3.4 空調(diào)水系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)

對(duì)于空調(diào)水系統(tǒng)的流量主要是利用變頻器來(lái)調(diào)節(jié)，這是減少能耗的重要措施。在變速調(diào)節(jié)的時(shí)候采用恒壓差控制，這樣有助于避免各空調(diào)系統(tǒng)之間藕合關(guān)系。對(duì)于冷凍水泵的控制主要是采用集水器和分水器之間的旁通閥壓差或最不利回路壓差來(lái)作為反饋值從而來(lái)調(diào)節(jié)冷凍水泵運(yùn)行頻率。為了實(shí)現(xiàn)有效控制，首先需要設(shè)定1個(gè)壓差參數(shù)，該參數(shù)可以作為集水器和分水器間旁通閥壓差反饋值的參照對(duì)象。

在旁通閥壓差反饋值大于設(shè)定壓差參數(shù)的時(shí)候，冷凍水流量大于單臺(tái)冷水機(jī)組允許最小冷水流量，此時(shí)應(yīng)保持關(guān)閉壓差旁通閥不變，盡量對(duì)頻率進(jìn)行有限調(diào)節(jié)，降低冷凍水泵運(yùn)行頻率。

在系統(tǒng)冷凍水流量降到機(jī)組允許最小流量的時(shí)候，此時(shí)如果壓差反饋值還大于設(shè)定值就應(yīng)該保持冷凍水泵運(yùn)行頻率不變，開啟壓差旁通閥，增加旁通閥開度值，從而保持分水器同集水器壓差恒定。

3.5 設(shè)備配置優(yōu)化

在實(shí)際使用中，由于受自控系統(tǒng)的完善性及運(yùn)營(yíng)管理水平的制約，運(yùn)行模式不合理﹑設(shè)備運(yùn)行無(wú)秩序所造成的“大馬拉小車”﹑設(shè)備效率低下等能源浪費(fèi)情況較為普遍。組合式空調(diào)器在非空調(diào)季節(jié)(即無(wú)需制冷的過(guò)渡季節(jié))，由于新風(fēng)不經(jīng)過(guò)制冷熱交換器，直接經(jīng)過(guò)旁通風(fēng)道輸送，因此，空調(diào)器內(nèi)部可減少約100Pa的阻力，從而可減少組合式空調(diào)器配電功率約10%的功耗，具有一定的節(jié)能效果。

4 地鐵通風(fēng)空調(diào)未來(lái)發(fā)展方向

通過(guò)前文對(duì)我國(guó)現(xiàn)有通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的總結(jié)并結(jié)合我國(guó)地鐵建設(shè)現(xiàn)狀能夠總結(jié)出以下幾個(gè)節(jié)能發(fā)展方向：(1)減少初期的投資金額，降低設(shè)備占用空間；(2)降低冷卻過(guò)程中的成本消耗，將風(fēng)送方式改進(jìn)為水送方式；(3)合理使用分散系統(tǒng)以及集中冷卻系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳方案；(4)充分利用自然資源；(5)提高地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

總之，近幾年，我國(guó)城市化進(jìn)程不斷深入，城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)作為我國(guó)城市公共交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分之一也得到了快速發(fā)展，進(jìn)行地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排能有效降低運(yùn)行成本，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究。

[1]王峰.地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)變頻節(jié)能研究[D].西南交通大學(xué)，2007.

[2]楊昭，余龍清，馬鋒，邵敏.地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的逐時(shí)優(yōu)化節(jié)能控制策略[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，07：599-603.