袁浩鵬

廈門軌道交通集團(tuán)有限公司（361000）

0 前言

空調(diào)的概念和方法是由美國(guó)開利博士系統(tǒng)地提出的，所以室內(nèi)濕熱環(huán)境建設(shè)的理論和工程實(shí)踐已有100 多年的歷史。 在任何自然環(huán)境中，人類都能準(zhǔn)確、 穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)任何建筑所需的各種濕熱環(huán)境，發(fā)展出系統(tǒng)的分析方法、設(shè)計(jì)方法、設(shè)備系列產(chǎn)品和成熟的生產(chǎn)線管理方法。 同時(shí)，這些器件也帶來了巨大的能量消耗。在城市軌道交通地下車站通風(fēng)空調(diào)領(lǐng)域，能耗問題更為突出。 當(dāng)今社會(huì)軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大，全國(guó)軌道交通的總耗電量也在持續(xù)增長(zhǎng)，因此社會(huì)各界越來越關(guān)注地鐵運(yùn)行能耗。城市軌道交通中主要能源消耗來自于車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)及牽引供電系統(tǒng)，其中的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)耗電量占全年用電量的37%， 而在空調(diào)季可高達(dá)54%。 因此，對(duì)于整個(gè)軌道交通車站的節(jié)能來說，降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗具有十分重要的意義。

1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗影響因素

地鐵的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)一般分為4 個(gè)子系統(tǒng)，即公共區(qū)域系統(tǒng)（大系統(tǒng)）、隧道通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)冷源系統(tǒng)和設(shè)備輔助住宅系統(tǒng)（小系統(tǒng)）[1]。 地鐵站空調(diào)能耗主要來自火車制動(dòng)冷卻、人員和火車空調(diào)冷卻、室外空氣滲透冷卻、設(shè)備冷卻和通風(fēng)空調(diào)設(shè)備自身能耗5 個(gè)部分。

1.1 列車制動(dòng)散熱量

列車在運(yùn)行中需要減速、停車，減速和停車都要相應(yīng)的制動(dòng)力才能成功，而制動(dòng)力則需要一定的能量，大量的能量集聚最終會(huì)反饋到電網(wǎng)上，剩余的能量一部分被儲(chǔ)能裝置吸收，另一部分被固定安裝的電阻逐漸轉(zhuǎn)化為熱能，最終被消耗。 當(dāng)儲(chǔ)能裝置無法吸收多余能量時(shí)，這些能量仍然會(huì)被轉(zhuǎn)化為熱量，最終這些熱量就需要由隧道通風(fēng)系統(tǒng)排出。

1.2 人員及列車空調(diào)散熱量

車站的主要負(fù)荷為人員散熱站，車站值班員的制冷量在考慮車站值班員自身制冷量的同時(shí)，新風(fēng)負(fù)荷也需要被考慮到。 列車車廂內(nèi)都有空調(diào)與制冷機(jī)（車載空調(diào)），并承擔(dān)著散熱的負(fù)荷。 空調(diào)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，其冷凝器會(huì)將熱量傳播到通道之上[2]。

1.3 建筑規(guī)模、出入口及室外空氣滲透耗熱量

無論是建筑形態(tài)還是規(guī)模都會(huì)影響空調(diào)的能耗。 如果建筑面積和空間面積太大，形式太復(fù)雜，空調(diào)系統(tǒng)的能耗和基本熱負(fù)荷就會(huì)增加。 建筑截面過大，出入口多，通風(fēng)空調(diào)的能耗在一定程度上會(huì)有所增加。 站臺(tái)屏蔽門雖然可減少隧道活塞風(fēng)對(duì)公共區(qū)的影響，但由于屏蔽門存在漏風(fēng)，仍要考慮負(fù)壓情況下空氣通過出入口進(jìn)入車站產(chǎn)生的負(fù)荷。

1.4 設(shè)備散熱量

車站內(nèi)部的通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、電扶梯系統(tǒng)、導(dǎo)向標(biāo)志系統(tǒng)、高低壓配電系統(tǒng)、廣告、AFC 系統(tǒng)設(shè)備，運(yùn)行時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的散熱量。 這些系統(tǒng)放出的熱量主要集中在設(shè)備管理用的房間，通過通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)排出。

1.5 空調(diào)系統(tǒng)自身耗能

以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)車站為例，通風(fēng)空調(diào)4 個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備裝機(jī)容量約1 200 kW，其本身也會(huì)消耗很大的能耗。 空調(diào)系統(tǒng)主要包括冷熱源及末端設(shè)備，通風(fēng)系統(tǒng)主要包括隧道風(fēng)機(jī)等各類風(fēng)機(jī)設(shè)備[3]。 此外，通風(fēng)空調(diào)的運(yùn)行模式也會(huì)影響通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗，運(yùn)行模式需要根據(jù)車站客流量及季節(jié)來確定。

2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗優(yōu)化方案

2.1 設(shè)計(jì)階段

2.1.1 對(duì)列車制動(dòng)散熱進(jìn)行優(yōu)化

根據(jù)佟麗華[4]研究成果，列車在啟動(dòng)和制動(dòng)過程中發(fā)熱量利用下式計(jì)算：

其中，Q——列車發(fā)熱量，W；I——列車啟動(dòng)時(shí)平均電流，A；t——列車從靜止到啟動(dòng)的時(shí)間，s；m1——列車的質(zhì)量，kg；m2——列車上乘客的質(zhì)量，kg；v——列車運(yùn)行速度，m/s。

由于地鐵區(qū)間隧道斷面小，列車牽引能耗70%左右的電能直接轉(zhuǎn)化為熱能，散發(fā)至隧道內(nèi)。 列車運(yùn)行時(shí)，需要隧道通風(fēng)系統(tǒng)將列車制動(dòng)產(chǎn)生的熱量排出，因此要對(duì)列車制動(dòng)散熱進(jìn)行優(yōu)化降低制動(dòng)所產(chǎn)生的能耗， 通過能量回收裝置回收利用的方式，不僅能夠減少通風(fēng)系統(tǒng)排熱能耗，還能夠有效降低牽引供電系統(tǒng)的能耗。

2.1.2 優(yōu)化列車空調(diào)耗能及人員耗能

不管是車載的空調(diào)系統(tǒng)還是車站空調(diào)系統(tǒng)，其啟動(dòng)、監(jiān)控及運(yùn)行過程控制，都是通過設(shè)定的控制邏輯來進(jìn)行自動(dòng)控制的。 在制訂運(yùn)行平峰時(shí)段、高峰時(shí)段的節(jié)能模式及效率模式時(shí)，需要充分結(jié)合客流量在1 d 當(dāng)中的變化特點(diǎn)來確定。 不僅如此，隧道排熱風(fēng)機(jī)的風(fēng)量也需隨著行車模式的改變而作出相應(yīng)的調(diào)整。

2.1.3 對(duì)建筑規(guī)模、出入口及室外空氣滲透耗熱量進(jìn)行優(yōu)化

在設(shè)計(jì)階段，需要根據(jù)建筑、通風(fēng)、空調(diào)合理確定地鐵站大小，最大限度地縮小建筑物的尺寸，消除過于復(fù)雜的建筑物形態(tài)。 主入口不適合過多的入口和出口，該部分也不適合過大的建筑物形狀。 通過適當(dāng)提高輸入和輸出的通風(fēng)阻力，可以提高容量和減少損失。

2.1.4 對(duì)設(shè)備能耗進(jìn)行優(yōu)化

無論是設(shè)備的熱輸出還是設(shè)備管理室的熱輸出， 小型通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)必須承受相應(yīng)的冷空氣負(fù)荷，這就需要對(duì)模塊和設(shè)備進(jìn)行最佳選擇。 低熱量，選擇低功耗器件。 高導(dǎo)電性的導(dǎo)體和銅電纜可減少傳輸中的熱量和功率消耗。

2.1.5 對(duì)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備能耗進(jìn)行優(yōu)化

該站的通風(fēng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的隧道通風(fēng)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，在通風(fēng)空調(diào)機(jī)和隧道風(fēng)扇等空間中引入了新的空調(diào)系統(tǒng)。 該系統(tǒng)通常根據(jù)空氣的數(shù)量運(yùn)行， 減少了系統(tǒng)的電阻，大幅度減少了能源消耗，而且操作成本低于以前的系統(tǒng)。

根據(jù)地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，大多數(shù)時(shí)間，空調(diào)系統(tǒng)是在設(shè)計(jì)負(fù)荷的工況下運(yùn)行的。 此外，負(fù)荷隨客流量的變化而變化。 為了節(jié)省運(yùn)行成本，可以根據(jù)系統(tǒng)要求的實(shí)際流量調(diào)整泵速。

根據(jù)控制散熱器外部溫度的方法，當(dāng)室外空氣的娛樂值大于該站隧道的值時(shí)，可以停止操作，通過比較室外空氣回流的娛樂值和室外空氣溫度，可以分析和調(diào)整系統(tǒng)的大規(guī)模空調(diào)操作。

2.2 運(yùn)營(yíng)階段

作為業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量保證的一部分，應(yīng)積極評(píng)估節(jié)能情況，建立健全節(jié)能管理系統(tǒng)，更好地管理和監(jiān)督，并最終開發(fā)更系統(tǒng)和更先進(jìn)的節(jié)能管理和評(píng)估系統(tǒng)。 可以構(gòu)建一個(gè)在線診斷系統(tǒng)和一個(gè)空調(diào)能量管理系統(tǒng)，通過合理的監(jiān)測(cè)和快速的調(diào)整，空調(diào)系統(tǒng)的操作可以不斷地優(yōu)化。 對(duì)新技術(shù)不斷展開研究與應(yīng)用，將那些需要較高耗能的設(shè)備及工藝逐漸淘汰掉。 不斷維護(hù)和管理空調(diào)系統(tǒng)，及時(shí)清洗換熱器、過濾網(wǎng)，及時(shí)維修調(diào)節(jié)閥，以免因設(shè)備老舊而增加能耗。

3 結(jié)論及建議

通過分析影響地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗的因素可以發(fā)現(xiàn)，列車制動(dòng)散熱量、人員及列車空調(diào)散熱量、建筑規(guī)模、出入口及室外空氣滲透耗熱量、設(shè)備散熱量及空調(diào)系統(tǒng)自身耗能都是影響通風(fēng)空調(diào)能耗的因素。 充分認(rèn)識(shí)地鐵能耗因素是作好節(jié)能控制的第一步。 地鐵的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)階段是需要多重密切協(xié)作的過程，為了有效地減少能源消耗，必須從設(shè)計(jì)階段到建筑和運(yùn)營(yíng)階段密切合作。