中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 嚴(yán) 清

0 引言

地鐵設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)為工作人員和設(shè)備提供了穩(wěn)定、舒適的室內(nèi)溫濕度環(huán)境，是地鐵車站設(shè)備系統(tǒng)的重要組成部分，也是主要的耗能系統(tǒng)之一，約占非牽引設(shè)備系統(tǒng)能耗的35%～50%[1]，具有很大的節(jié)能潛力。另外，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行建立在節(jié)能的系統(tǒng)方案和運(yùn)行工況的合理選擇基礎(chǔ)上。地鐵設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)3種工況運(yùn)行：通風(fēng)工況、空調(diào)工況全新風(fēng)運(yùn)行(以下簡(jiǎn)稱為全新風(fēng)空調(diào)工況)、空調(diào)工況最小新風(fēng)量運(yùn)行(以下簡(jiǎn)稱為最小新風(fēng)空調(diào)工況)[2]。通風(fēng)/空調(diào)工況通過(guò)比較室外空氣干球溫度與工況切換溫度進(jìn)行選擇。是否存在一個(gè)最優(yōu)的工況切換溫度使得系統(tǒng)全年運(yùn)行最節(jié)能，一直是亟需解決的疑問。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的研究，主要集中在室內(nèi)溫度的設(shè)定[3]、負(fù)荷精準(zhǔn)計(jì)算[1]、預(yù)測(cè)及前饋控制技術(shù)[4]、冷水機(jī)組變頻技術(shù)[5]、水系統(tǒng)變流量技術(shù)[6-7]、風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)[8]、冷卻塔變頻技術(shù)[9]、控制方法及算法[10-13]等方面，也有對(duì)參數(shù)的優(yōu)化研究，如對(duì)冷水供回水溫度及溫差、冷卻水供回水溫度[7,14]等參數(shù)的優(yōu)化研究，但是很少有對(duì)通風(fēng)/空調(diào)工況切換溫度優(yōu)化研究的報(bào)道。文獻(xiàn)[15]在不同設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度下，比較了機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)與全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在變電所中的節(jié)能性，但也未從全年能耗角度分析2種系統(tǒng)工況轉(zhuǎn)換的問題。本文以實(shí)際地鐵工程項(xiàng)目為例，研究不同工況切換溫度下系統(tǒng)全年運(yùn)行總能耗的變化規(guī)律，得出的結(jié)論也適用于其他通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中。

1 地鐵設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

地鐵設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是為了排除室內(nèi)的余熱和余濕，從而滿足人員和設(shè)備工作的溫濕度要求。根據(jù)功能和溫濕度要求的不同，地鐵車站設(shè)備區(qū)一般設(shè)置4個(gè)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)[16]：小端設(shè)備用房及人員房間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)a；大端人員房間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)b；大端變電所設(shè)備用房(室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度36 ℃)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)c；大端其他設(shè)備用房(室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度27 ℃)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)d。限于篇幅，本文僅對(duì)系統(tǒng)d進(jìn)行研究，其他系統(tǒng)的特點(diǎn)與之具有相似之處。

一般地，地鐵設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)d負(fù)擔(dān)信號(hào)設(shè)備室、商用通信設(shè)備室、通信設(shè)備室、通信電源室、環(huán)控電控室、照明配電室、站臺(tái)門設(shè)備室等房間，這些房間內(nèi)的余熱主要由設(shè)備發(fā)熱量組成，且較為穩(wěn)定。本文以鄭州某地鐵站為例，計(jì)算得出其系統(tǒng)總除熱量為81.68 kW，總除濕量為3.1 kg/h。

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)一般由風(fēng)機(jī)、冷源系統(tǒng)(包括冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔)等耗能設(shè)備組成，當(dāng)系統(tǒng)在通風(fēng)工況運(yùn)行時(shí)，冷源系統(tǒng)停止運(yùn)行。

2 工況切換溫度優(yōu)化

2.1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的工況切換

同時(shí)，風(fēng)管系統(tǒng)阻力、風(fēng)機(jī)的最低運(yùn)行頻率、冷水機(jī)組制冷性能系數(shù)、氣候條件對(duì)系統(tǒng)全年運(yùn)行能耗有影響，下面分析這些因素對(duì)最優(yōu)工況切換溫度的影響。

轉(zhuǎn)換前工況轉(zhuǎn)換后工況工況轉(zhuǎn)換條件最小新風(fēng)空調(diào)工況Ⅰ全新風(fēng)空調(diào)工況ⅡhW≤hN-h0全新風(fēng)空調(diào)工況Ⅱ最小新風(fēng)空調(diào)工況ⅠhW>hN+h0通風(fēng)工況ⅢtW≤tL通風(fēng)工況Ⅲ全新風(fēng)空調(diào)工況ⅡtW>tL備 注W:室外空氣狀態(tài)點(diǎn)N:室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)L:空調(diào)器機(jī)器露點(diǎn)hN:室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)比焓,kJ/kgh0:3.000kJ/kgtL:空調(diào)器機(jī)器露點(diǎn)干球溫度,℃

圖1 3種運(yùn)行工況分區(qū)圖

2.2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年能耗模擬

2.2.1室外氣象參數(shù)

根據(jù)我國(guó)城市建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)，鄭州市位于寒冷地區(qū)[17]，圖2顯示了鄭州市典型年室外空氣干球溫度變化情況。分析可得：若工況切換溫度tL為18 ℃，則空調(diào)工況開始于3月中旬，直至11月初結(jié)束，空調(diào)工況總時(shí)長(zhǎng)為3 748 h；若工況切換溫度tL為24 ℃，全年空調(diào)工況運(yùn)行時(shí)間為1 949 h。

在以后的日子里，我每次回家，都會(huì)看見那只被我救助過(guò)的黑鳥兒站在我家院子的墻頭上，或者在院子里的曬衣繩上，對(duì)著我嘰嘰喳喳地叫著，真的好像是說(shuō)著一些感謝我的話語(yǔ)。從那以后，黑鳥兒基本都是保持常態(tài)地在我家周圍飛翔覓食。

圖2 鄭州市典型年室外空氣干球溫度曲線

2.2.2通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年能耗模擬

阿里呵呵呵地尾隨著阿東。路上有熟人見到阿里，都熱情地跟他打招呼。阿里，今天怎么這么開心呀!阿里，笑得蠻好咧。阿里，你比阿東帥多了!

為保護(hù)電動(dòng)機(jī)不被燒壞，風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率都設(shè)有最低值，目前市場(chǎng)上風(fēng)機(jī)能達(dá)到的最低運(yùn)行頻率(fmin)為5 Hz，考慮成本因素和室內(nèi)換氣次數(shù)的要求，實(shí)際工程中風(fēng)機(jī)能達(dá)到的fmin為25 Hz左右[19]。因此，分別選取fmin為15、20、25、30 Hz，計(jì)算系統(tǒng)全年總能耗隨工況切換溫度的變化情況，得出最優(yōu)工況切換溫度，結(jié)果如圖6所示。顯然，fmin越小，在低負(fù)荷工況下風(fēng)機(jī)的能耗越小，而冷源系統(tǒng)的能耗不變，這樣在通風(fēng)工況下運(yùn)行將更加節(jié)能。從圖6可以看出：當(dāng)fmin由15 Hz增大到30 Hz時(shí)，最優(yōu)工況切換溫度由19 ℃降低到15.5 ℃，兩者為負(fù)相關(guān)；最優(yōu)工況切換溫度與fmin趨近線性關(guān)系，擬合優(yōu)度R2為0.982 3；與線性曲線相比，fmin在15～30 Hz之間時(shí)，最優(yōu)工況切換溫度的最大偏差為0.19 ℃。

在上課之前，教師要制定合理的教學(xué)計(jì)劃，結(jié)合教材內(nèi)容解讀教學(xué)目標(biāo)，最好是提前一周就制定好教學(xué)方案.在集體備課之前，備課組長(zhǎng)要規(guī)定教師個(gè)人準(zhǔn)備的內(nèi)容.

(1)

式中Pc為冷源系統(tǒng)全年總能耗，kW·h；Qi為i時(shí)刻空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)冷負(fù)荷，kW；COP為冷水機(jī)組的制冷性能系數(shù)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮COP隨氣象條件、負(fù)荷率等因素的變化；ΔT為時(shí)間間隔，h。

工況切換溫度tL分別為18、24 ℃時(shí)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年能耗模擬結(jié)果如圖3所示。

圖3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年能耗模擬結(jié)果(室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度tN=27 ℃，風(fēng)管系統(tǒng)阻力p=450 Pa，冷水機(jī)組COP=5.0，風(fēng)機(jī)最低運(yùn)行頻率fmin=25 Hz)

進(jìn)一步地，可以統(tǒng)計(jì)得到通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年能耗，如表1所示。

表1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年能耗 萬(wàn)kW·h

分析可得，當(dāng)工況切換溫度tL由18 ℃提高為24 ℃時(shí)，一方面全年空調(diào)工況運(yùn)行時(shí)間由3 748 h縮短為1 949 h，縮短了48.0%，這對(duì)減少系統(tǒng)全年運(yùn)行總能耗是有利的；另一方面，由于送風(fēng)溫差減小，送風(fēng)量增加，風(fēng)機(jī)耗電量將增大，同時(shí)通風(fēng)工況的運(yùn)行時(shí)間也將延長(zhǎng)，這對(duì)減少系統(tǒng)全年運(yùn)行總能耗是不利的。最終，全年通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行總能耗反而有所增加，由11.91萬(wàn)kW·h增加為15.53萬(wàn)kW·h，增加了30.4%。那么，是否存在一個(gè)最優(yōu)的工況切換溫度，使通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年總能耗最?。?/p>

2.3 工況切換溫度優(yōu)化

為解決上面的疑問，本文對(duì)不同工況切換溫度下的全年能耗進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯弘S著工況切換溫度的升高，空調(diào)工況全年運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)逐漸減少，相應(yīng)的通風(fēng)工況運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)將增加；同時(shí)，空調(diào)工況全年運(yùn)行總能耗逐漸減小，通風(fēng)工況全年運(yùn)行總能耗逐漸增加，系統(tǒng)總能耗表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢(shì)，在工況切換溫度為17 ℃時(shí)系統(tǒng)總能耗最小。因此，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)存在一個(gè)最優(yōu)工況切換溫度，在本算例中，最優(yōu)工況切換溫度為17 ℃。

圖4 全年能耗隨工況切換溫度的變化(p=450 Pa，COP=5.0，fmin=25 Hz，鄭州)

地鐵設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)最小新風(fēng)空調(diào)工況、全新風(fēng)空調(diào)工況、通風(fēng)工況3種運(yùn)行工況。如圖1所示，在焓濕圖中，根據(jù)室外氣象參數(shù)的不同，主要可分為3個(gè)區(qū)域，對(duì)應(yīng)3種工況的運(yùn)行條件。其中通風(fēng)工況和空調(diào)工況之間切換的判別方法采用固定溫度法，即通過(guò)比較室外空氣干球溫度tW與工況切換溫度tL進(jìn)行切換，若工況切換溫度過(guò)高或過(guò)低，都有可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行在更耗能的工況下；同時(shí)，工況切換溫度決定了送風(fēng)溫度設(shè)計(jì)值，也是通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。由于缺少相關(guān)的研究成果和理論依據(jù)，設(shè)計(jì)人員往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和工程需要確定工況切換溫度。

2.3.1風(fēng)管系統(tǒng)阻力的影響

地鐵車站一般選用2臺(tái)水冷變頻螺桿機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組制冷量約為500 kW，根據(jù)GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，冷水機(jī)組制冷性能系數(shù)(COP)不應(yīng)小于4.70[17]，同時(shí)實(shí)際工程中設(shè)計(jì)人員往往有更高的要求。因此，分別選取COP為5.0、5.5、6.0、6.5，計(jì)算系統(tǒng)全年總能耗隨工況切換溫度的變化，得出最優(yōu)工況切換溫度，結(jié)果如圖7所示。顯然，COP越大，在空調(diào)工況下運(yùn)行節(jié)能效果越顯著。從圖7可以看出：當(dāng)COP由5.0增大到6.5時(shí)，最優(yōu)工況切換溫度由17 ℃降低到15.5 ℃，兩者為負(fù)相關(guān)；隨著COP的增大，最優(yōu)工況切換溫度降低的幅度增大。

圖5 風(fēng)管系統(tǒng)阻力對(duì)最優(yōu)工況切換溫度的影響(COP=5.0，fmin=25 Hz，鄭州)

2.3.2風(fēng)機(jī)最低運(yùn)行頻率的影響

結(jié)合鄭州市典型年的氣象參數(shù)，利用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，其中風(fēng)機(jī)能耗計(jì)算公式可參考文獻(xiàn)[18]，冷源系統(tǒng)能耗簡(jiǎn)化為

2.3.3冷水機(jī)組制冷性能系數(shù)的影響

圖6 fmin對(duì)最優(yōu)工況切換溫度的影響(p=450 Pa，COP=5.0，鄭州)

夾巖項(xiàng)目所有上壩填筑材料通過(guò)快速過(guò)磅無(wú)人值守系統(tǒng)，做到準(zhǔn)確、可靠、高效、基本無(wú)故障，減少管理值守人員成本，避免產(chǎn)生人為干擾，并提高項(xiàng)目部生產(chǎn)效率，加快施工進(jìn)度，充分發(fā)揮各項(xiàng)施工設(shè)備效率，做到上壩料的準(zhǔn)確計(jì)量，可作為以后公司同類施工過(guò)磅技術(shù)的應(yīng)用推廣，具有較大的推廣價(jià)值。

竹制建筑嚴(yán)格依地勢(shì)而建，可以為游客提供庇護(hù)所，在400 m之外的高速公路上也能看到這個(gè)特色建筑。建筑設(shè)計(jì)使用2個(gè)雙曲線拋物面做屋頂，中間以具有張力的中心構(gòu)件連接，拋物面屋頂長(zhǎng)18 m，高高地懸掛在空中，非常具有視覺沖擊力(圖5、圖6)。竹制結(jié)構(gòu)采用直徑為8～12 cm的毛竹建造，使用的毛竹總長(zhǎng)度約3 500 m。毛竹是從南方購(gòu)買。

一般地，一個(gè)地鐵車站設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)所負(fù)擔(dān)的空調(diào)面積在300 m2以下，風(fēng)管系統(tǒng)阻力(p)約為400～500 Pa[18]。因此，假定p在350～550 Pa之間，計(jì)算不同阻力條件下系統(tǒng)全年總能耗隨工況切換溫度的變化情況，得出最優(yōu)工況切換溫度，結(jié)果如圖5所示。顯然，p越小，通風(fēng)工況下運(yùn)行節(jié)能效果越顯著。從圖5可以看出：當(dāng)p由350 Pa增大到550 Pa時(shí)，最優(yōu)工況切換溫度由18.8 ℃降低到16.4 ℃，兩者為負(fù)相關(guān)；隨著p值的增大，最優(yōu)工況切換溫度降低的幅度減小。

圖7 COP對(duì)最優(yōu)工況切換溫度的影響(p=450 Pa，fmin=25 Hz，鄭州)

2.3.4氣候條件的影響

在其他條件都相同的情況下，分別計(jì)算了廣州(夏熱冬暖地區(qū))、武漢(夏熱冬冷地區(qū))和鄭州(寒冷地區(qū))3個(gè)地區(qū)氣候條件下，系統(tǒng)全年總能耗隨工況切換溫度的變化，得出最優(yōu)工況切換溫度，結(jié)果如圖8所示。可以看出：不同地區(qū)全年總能耗有差別；武漢和鄭州最優(yōu)工況切換溫度相同(17 ℃)，而廣州則表現(xiàn)為工況切換溫度越低越節(jié)能，由于末端空調(diào)器的制冷能力有限，本文假設(shè)送風(fēng)溫度最低限值為14 ℃，因此廣州地區(qū)最優(yōu)工況切換溫度為14 ℃。

青少年型Krabbe病的臨床、影像學(xué)特點(diǎn)及酶學(xué)檢測(cè)（附1家系報(bào)告） … … 孔令恩，莊順芝，李才明，等 376

圖8 氣候條件對(duì)最優(yōu)工況切換溫度的影響(p=450 Pa，COP=5.0，fmin=25 Hz)

3 結(jié)論

地鐵設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)有3種不同的運(yùn)行工況，通風(fēng)/空調(diào)工況間的切換依據(jù)是室外空氣干球溫度與工況切換溫度的比較結(jié)果，本文通過(guò)比較不同工況切換溫度下系統(tǒng)全年總能耗，對(duì)工況切換溫度進(jìn)行了優(yōu)化研究，得出以下結(jié)論：

1) 隨著工況切換溫度的升高，系統(tǒng)全年總能耗先減小后增大，存在一個(gè)最優(yōu)工況切換溫度。

風(fēng)影每一次受到嚴(yán)重警告，似乎戰(zhàn)爭(zhēng)一觸即發(fā)，最終都是他沉默不語(yǔ)，在他的忍氣吞聲中熄滅戰(zhàn)火的。紅琴的生命力旺盛，生命不止，戰(zhàn)斗不息。好在她陽(yáng)，他陰，陰陽(yáng)調(diào)和，世界就和諧了。她一個(gè)巴掌拍不響，自己想想也覺得無(wú)趣，就息事寧人了。她臉上掠過(guò)一絲尖刻的笑意，但倏忽之間又消失了，露出白森森的牙齒。不過(guò)，她的眼睛里火沒了，水卻在依然漫溢，滾燙的，充滿怨恨的，一副要哭的樣子，仿佛她真的受到了莫大的侮辱與委屈似的。她意猶未盡，振振有詞地叫道，我看這個(gè)家，這個(gè)茶莊，遲早要敗在你的手里！非要敗在你手里不可！

2) 在一定條件下，當(dāng)風(fēng)管系統(tǒng)阻力由350 Pa增大到550 Pa時(shí)，最優(yōu)工況切換溫度由18.8 ℃降低到16.4 ℃，兩者為負(fù)相關(guān)。同時(shí)，隨著p值的增大，最優(yōu)工況切換溫度降低的幅度減小。

3) 在一定條件下，當(dāng)風(fēng)機(jī)最低運(yùn)行頻率由15 Hz增大到30 Hz時(shí)，最優(yōu)工況切換溫度由19 ℃降低到15.5 ℃，兩者為負(fù)相關(guān)，且兩者之間趨近線性關(guān)系。

考慮到實(shí)際工程情況，溶洞可能是完全中空，也可能被軟弱土體所充填，不同的情況采取不同的處理措施，因此試驗(yàn)也設(shè)置兩類工況進(jìn)行模擬。第一類是溶洞無(wú)充填狀態(tài)，采用泡沫混凝土充填溶洞且作樁，形成復(fù)合地基；第二類是溶洞被淤泥所充填，采用泡沫混凝土作樁形成復(fù)合地基。

4) 在一定條件下，當(dāng)冷水機(jī)組制冷性能系數(shù)由5.0增大到6.5時(shí)，最優(yōu)工況切換溫度由17 ℃降低到15.5 ℃，兩者為負(fù)相關(guān)。同時(shí)，隨著冷水機(jī)組制冷性能系數(shù)的增大，最優(yōu)工況切換溫度降低的幅度增大。

5) 最優(yōu)工況切換溫度還受氣候條件的影響，在本文的算例中，武漢(夏熱冬冷地區(qū))和鄭州(寒冷地區(qū))最優(yōu)工況切換溫度為17 ℃，而廣州(夏熱冬暖地區(qū))為14 ℃。