程遠(yuǎn)維

（中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 湖北武漢 430074）

前言

地鐵是現(xiàn)代社會城市化高速發(fā)展的產(chǎn)物，其目的在于緩解城市交通壓力，提高城市交通運輸速度與效率，進(jìn)一步提高城市空間利用效率。而地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用旨在滿足地下軌道在空氣更新與溫度調(diào)節(jié)方面的需求，為地鐵乘客與工作人員提供良好的環(huán)境。隨著時代的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的大方向，這種情況下探討地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計就顯得極為必要了。

1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

地鐵作為城市軌道交通中極為重要的一環(huán)，與單軌、輕軌、電車等城市軌道交通方式相比尤其特殊性，主要是由于一般意義上的地鐵大多數(shù)情況下都處于地下，因此其空調(diào)系統(tǒng)包括車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與隧道通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。其中，車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中包含車站公共區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與制冷空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)三大部分，并分別以大系統(tǒng)、小系統(tǒng)與水系統(tǒng)作為代稱。而隧道通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)包括隧道風(fēng)機、大小系統(tǒng)空調(diào)機組、排風(fēng)機、冷水機組、冷卻塔等設(shè)備與裝置。地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)建，借由站臺與站廳的排風(fēng)系統(tǒng)，通過靜壓箱進(jìn)行處理，進(jìn)而在空調(diào)機組與回排風(fēng)機進(jìn)行輸送，分別經(jīng)過混風(fēng)靜壓機、空調(diào)新風(fēng)機與新風(fēng)井進(jìn)行處理。

圖1 通風(fēng)空調(diào)的基本構(gòu)成

2 地鐵通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化

地鐵通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計，需要通過行之有效的節(jié)能優(yōu)化來減少系統(tǒng)建設(shè)與運行過程中的能源投入與消耗，可以引進(jìn)行之有效的預(yù)測與控制措施來實現(xiàn)對于通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)水量與風(fēng)量的有效預(yù)測。在這個過程中，可以通過直接控制的方式調(diào)整空調(diào)風(fēng)量，通過反饋調(diào)節(jié)的方式控制空調(diào)水量。實際上，反饋控制與反饋調(diào)節(jié)，需要首先檢測與記錄地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)公共區(qū)域的實際溫度，進(jìn)而以之為基礎(chǔ)來開展實際溫度的系統(tǒng)反饋，整合系統(tǒng)反饋量的情況下減少誤差的存在，保障公共區(qū)域的溫度穩(wěn)定性，通過對于人員流動符合與空氣流通變化來加以調(diào)整，向冷水控制量施加影響。就目前來看，地鐵運行過程中，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)所采用的空調(diào)冷凝器所產(chǎn)生的熱量與地鐵運行過程中所產(chǎn)生的熱量相比具有較大的比例，并且與地鐵運行頻率直接相關(guān)，越高的地鐵運行頻率會產(chǎn)生越高的發(fā)熱量，這種情況被稱作地下活塞風(fēng)，基于這種情況需要對排風(fēng)系統(tǒng)的工作量進(jìn)行動態(tài)化的調(diào)整[1]。

3 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計節(jié)能優(yōu)化措施

3.1 隧道排風(fēng)機

隧道排風(fēng)機的節(jié)能設(shè)計，需要按照建設(shè)工程項目的最不利原則進(jìn)行，考慮最不利情況下的系統(tǒng)整體情況與優(yōu)化需求。如果還沒有達(dá)到最不利情況，則可以對隧道排風(fēng)機進(jìn)行節(jié)能與優(yōu)化設(shè)計，通過調(diào)整地鐵運行時間與運行頻率來減少對于能源的損耗，需要基于地鐵的不同工作狀態(tài)進(jìn)行類型劃分，選擇不同的地鐵工作狀態(tài)進(jìn)行有效的隧道排風(fēng)機節(jié)能處理。進(jìn)而基于列車與車站之間的不同距離，對風(fēng)機的轉(zhuǎn)速加以調(diào)整，列車與車站之間的距離越近，則風(fēng)機的運轉(zhuǎn)設(shè)備就越大，當(dāng)列車離開車站時，可以采用低速來運轉(zhuǎn)該機械設(shè)備。而要想實現(xiàn)對于隧道排風(fēng)機運轉(zhuǎn)速度的有效控制，就需要具備列車運行位置與運行情況的及時反饋，以此及時保證地鐵與排風(fēng)機相對位置的有效性。另外，還需要在保障系統(tǒng)整體運行的前提下，充分考量其溫度條件，對排風(fēng)機的日運轉(zhuǎn)時間加以有效控制與限制，以此進(jìn)一步減少排風(fēng)機的設(shè)備負(fù)擔(dān)，還可以保障系統(tǒng)運行的效率與運行質(zhì)量。

3.2 集中供冷

考慮到空調(diào)系統(tǒng)冷源集中程度的不同，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的水循環(huán)系統(tǒng)可以采用分散供冷與集中供冷兩種途徑進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，前者的使用較為廣泛，但隨著時代的不斷發(fā)展以及節(jié)能技術(shù)的不斷創(chuàng)新，集中供冷技術(shù)正在逐漸取代分散供冷而成為地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中更加有效的供冷方式，并且日益受到廣泛的重視與認(rèn)同。所謂集中供冷方式，就是基于地鐵車站所劃分好的不同區(qū)域，在這些區(qū)域中分別設(shè)置相應(yīng)的集中制冷系統(tǒng)，向該區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)提供冷水。采用集中供冷技術(shù)可以進(jìn)一步減少空間的不必要占用，減少設(shè)備與技術(shù)的管理難度，提高集中供冷技術(shù)的應(yīng)用難度。在這個過程中，集中供冷技術(shù)的應(yīng)用需要更高性能的保溫材料與供冷管材，因此需要更高的成本投入。同時，在采用集中供冷系統(tǒng)的過程中還需要采用自動化的控制裝置[2]。

3.3 變頻調(diào)速控制

社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展推動了科學(xué)技術(shù)研發(fā)水平的進(jìn)一步提高，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又為社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了良好的推動作用，而地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在逐漸完善過程中，變頻調(diào)速技術(shù)的研發(fā)水平也在不斷提高，并且愈發(fā)廣泛地得以應(yīng)用?？紤]到地鐵交通的特殊性，在實際的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行過程中，還需要根據(jù)實際需求調(diào)節(jié)其負(fù)荷變化，而如果對電機加以頻繁啟停，則會對電機造成較為嚴(yán)重的損害，且產(chǎn)生較大的能量損耗，因此在將變頻調(diào)速控制系統(tǒng)引進(jìn)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，以改善這種電機損耗與能量損耗的情況，可以進(jìn)一步提高對于地鐵負(fù)荷與設(shè)備運行不確定性因素的有效反饋。變頻調(diào)速控制節(jié)能技術(shù)的有效應(yīng)用，實現(xiàn)對于組合式空調(diào)機組與回風(fēng)機的變頻調(diào)速，可以根據(jù)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行的實際需要來實現(xiàn)對于該系統(tǒng)的動態(tài)化調(diào)整。

3.4 風(fēng)閥控制新風(fēng)量

基于相關(guān)數(shù)據(jù)與有效統(tǒng)計，早晚高峰期情況下的地鐵交通所承擔(dān)的客流量，超過了地鐵全天客流數(shù)據(jù)的一半，因此在早晚高峰期，地鐵交通需要承擔(dān)較大的負(fù)荷壓力。而在地鐵交通運行過程中，全天中每一時段的客流情況并不相同，是動態(tài)變化的，因此常規(guī)的數(shù)據(jù)并不具備較高的精準(zhǔn)性，這種情況下，采用地鐵最大客流量與最小客流量來對通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計是極為不必要的，會導(dǎo)致資源的嚴(yán)重浪費。因此在進(jìn)行地鐵客流量的計算時，可以對全天地鐵客流的平均數(shù)量加以收集與統(tǒng)計，引進(jìn)實時反饋系統(tǒng)與變頻調(diào)速系統(tǒng)，及時有效地收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，以便于以這些數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，對風(fēng)閥的開啟程度加以調(diào)整，以實現(xiàn)對于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量的有效控制，同時也可以實現(xiàn)對于新風(fēng)負(fù)荷數(shù)據(jù)的及時引入，以保障后續(xù)節(jié)能管理工作的有效開展。在這個過程中，需要以前端風(fēng)閥開啟的程度為基礎(chǔ)，來實現(xiàn)對于新風(fēng)負(fù)荷的有效調(diào)整。

3.5 空氣-水系統(tǒng)調(diào)節(jié)

謹(jǐn)就當(dāng)前的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計而言，一般情況下所采用的系統(tǒng)都是全空氣空調(diào)系統(tǒng)，無論是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、資源占用、技術(shù)難度還是建設(shè)成本都不具備優(yōu)勢，并且該系統(tǒng)需要進(jìn)行空氣的長距離輸送，在管道搭建方面會導(dǎo)致空氣氣壓損失情況，影響輸送效率。同時，由于冷空氣在管道輸送的過程中會吸收熱量，因此當(dāng)冷空氣到達(dá)地鐵車站與隧道當(dāng)中的時候，冷空氣的冷卻效果會大打折扣，基于這種情況，空氣-水空調(diào)系統(tǒng)就可以起到良好的制冷效果。該系統(tǒng)的設(shè)計利用了地鐵底部通道的特殊結(jié)構(gòu)，向盤管中輸送冷水，通過通風(fēng)管道來進(jìn)行冷氣的內(nèi)部輸送。這種情況下，當(dāng)車站內(nèi)部開始進(jìn)行通風(fēng)時，則冷空氣會被輸送到車站部的公共區(qū)域；當(dāng)車站內(nèi)部處于空調(diào)工況的情況下，需要首先對新風(fēng)與回風(fēng)進(jìn)行冷卻處理，進(jìn)而將其排放到公共區(qū)域，而盤管中的冷凝水在管道的輸送下會進(jìn)入到排水溝當(dāng)中，而水的冷卻過程可以通過水分蒸發(fā)的方式來加以實現(xiàn)。

3.6 地鐵空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)壓控制

在對地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的過程中，除了保證該通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)有效性，減少不必要的能源損耗之外，還需要從費用控制與成本節(jié)約的層面上加以考量，做好地鐵隧道通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)險控制。實際上，地鐵隧道系統(tǒng)的空調(diào)風(fēng)險控制主要應(yīng)當(dāng)基于空調(diào)大系統(tǒng)，首先減少對于能源的使用，在節(jié)能效果提升的前提下，就地鐵隧道內(nèi)部采取針對性的空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)壓控制措施，實時監(jiān)測地鐵隧道溫度并加以收集與記錄，及時處理這些數(shù)據(jù)信息，并且對于隧道風(fēng)機加以有效調(diào)整，以減少能源的不必要使用，減少設(shè)備損耗與成本投入，實現(xiàn)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果的優(yōu)化[3]。

4 結(jié)語

整合以上論述，本文所提出的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與節(jié)能優(yōu)化都可以進(jìn)一步提高通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用效果，減少能源損耗的同時還可以減少成本的投入，因此同時具備較好的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益，在我國大力推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的今天，這一節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用可以為我國能源資源的節(jié)約起到更好地效果。