杜 彬

（中鐵十九局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，北京 100076）

0 引言

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵工程中的重要系統(tǒng)，其作用是在地鐵正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中為乘客、工作人員創(chuàng)造適宜的環(huán)境；在地鐵車站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)還具有防災(zāi)排煙和通風(fēng)的功能，使生命和財(cái)產(chǎn)安全得到保障。但是，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是能耗大戶，其產(chǎn)生的能耗基本上占整個(gè)地鐵用電負(fù)荷的40%。因此，深入探究地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模式，對(duì)推動(dòng)地鐵經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義[1]。

1 地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模式

1.1 利用活塞風(fēng)

活塞風(fēng)井將區(qū)間隧道與室外的風(fēng)亭連接起來(lái)，而迂回風(fēng)道則主要指的是隧道上、下行線之間的通道。這兩個(gè)通道是地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在地鐵環(huán)控的通風(fēng)系統(tǒng)換氣過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[2]。夏季，地鐵列車在進(jìn)站過(guò)程中，冷空氣容易受到活塞風(fēng)的正壓影響，所以需要將地鐵站進(jìn)出口的熱空氣排放到室外，這樣將會(huì)在一定程度上給地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)造成較大的能源浪費(fèi)。同時(shí)，當(dāng)列車駛離車站時(shí)，車站內(nèi)的冷空氣很容易受到負(fù)壓的影響，這時(shí)當(dāng)室外的空氣通過(guò)地鐵站進(jìn)出口進(jìn)入車站內(nèi)，便會(huì)讓地鐵車站內(nèi)的冷負(fù)荷增大。

地鐵車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在冬季受到活塞風(fēng)影響時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)車站內(nèi)的熱負(fù)荷增加，而為了消除活塞風(fēng)對(duì)地鐵車站熱濕環(huán)境的影響，可以采用迂回風(fēng)道和活塞風(fēng)井。其中，在列車進(jìn)站時(shí)間段會(huì)產(chǎn)生活塞風(fēng)，而一部分風(fēng)將會(huì)流入另一行線，發(fā)揮分流卸壓的作用。隧道中的另外一部分熱量則可借助活塞風(fēng)帶出室外，讓地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能夠保持正常的運(yùn)行狀態(tài)[3]。但是，地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在夏季則需要采取控制隧道內(nèi)溫度的措施，夜間通常需要利用通風(fēng)井降低隧道內(nèi)的溫度，這樣白天可以借助活塞風(fēng)將冷量帶到車站內(nèi)，可有效降低地鐵車站內(nèi)的冷負(fù)荷和通風(fēng)負(fù)荷。

1.2 強(qiáng)化節(jié)能運(yùn)行管理

1.2.1 合理配置設(shè)備容量

為了保證地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需嚴(yán)格按照實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)備容量配置，這樣地鐵站通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的費(fèi)用可以降低一個(gè)等級(jí)，同時(shí)可以提高負(fù)載速度，確保地鐵車站的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，降低地鐵車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行期間的功耗。

1.2.2 按逐時(shí)客流量計(jì)算新風(fēng)量

地鐵車站一般采取的是全封閉式屏蔽門系統(tǒng)，因此在計(jì)算新風(fēng)量時(shí)需采取遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)階段最大客流量和大系統(tǒng)總送風(fēng)量的15%，這樣兩者之間取最大值。但是，這種方法在應(yīng)用過(guò)程中并沒有將列車運(yùn)行高峰時(shí)間段和低峰時(shí)間段乘客流量的變化情況納入分析范疇，尚未深入分析列車運(yùn)行中對(duì)不同時(shí)間段屏蔽門漏風(fēng)量的變化情況，導(dǎo)致地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性較差[4]。其中，通過(guò)嚴(yán)格按照地鐵車站各階段的客流量計(jì)算新風(fēng)量，并合理的將屏蔽門漏風(fēng)量作為新風(fēng)量計(jì)算的一種附加方法，這樣在地鐵車站的早晚客流高峰時(shí)間段，新方法負(fù)荷與原方法負(fù)荷的狀態(tài)相似。尤其是在非早晚客流高峰時(shí)間段，使用新方法計(jì)算新風(fēng)負(fù)荷時(shí)的結(jié)果占原方法計(jì)算新風(fēng)負(fù)荷的73.8%，節(jié)能率達(dá)到26.2%，節(jié)能效果較好。

1.2.3 注重系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)

（1）合理調(diào)節(jié)風(fēng)量。首先，根據(jù)送風(fēng)量和回風(fēng)溫度調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，不但能夠讓地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約一定的能耗，而且還能提高系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的敏感性；其次，結(jié)合室外溫度變化來(lái)改變地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的自然通風(fēng)、風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)行模式。通常在過(guò)渡季節(jié)，地鐵車站內(nèi)部通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采取自然通風(fēng)模式就可以滿足溫度要求。當(dāng)室外的溫度逐步增高時(shí)，可以應(yīng)用1 臺(tái)風(fēng)機(jī)加自然通風(fēng)的聯(lián)合運(yùn)行模式。當(dāng)室外溫度升高到26 ℃以上時(shí)，需要運(yùn)行空調(diào)系統(tǒng)。這樣不但能縮短風(fēng)機(jī)開啟時(shí)間，降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行的能耗，而且還能夠讓風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中不再按照遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)方案來(lái)保證通風(fēng)量運(yùn)行。將1 臺(tái)滿足近段時(shí)間通風(fēng)量的風(fēng)機(jī)，嚴(yán)格按照通風(fēng)量的實(shí)際情況變頻運(yùn)行，從而使地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗得到最大限度降低。

（2）變水量調(diào)節(jié)運(yùn)行。通過(guò)嚴(yán)格按照地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中的負(fù)荷變化情況，使冷凍水泵的流量得到一定程度的改變，以此實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，降低水泵的能耗和運(yùn)行費(fèi)用；結(jié)合回水溫度調(diào)節(jié)冷凍水回水管電動(dòng)二通閥的開度，以合理的水流量保證變頻運(yùn)行，真正達(dá)到節(jié)能目的。

在變水量調(diào)節(jié)運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照遠(yuǎn)期高峰負(fù)荷的實(shí)際情況，這樣水泵的參數(shù)將畢近期空調(diào)負(fù)荷參數(shù)大很多，再結(jié)合地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷設(shè)計(jì)小水泵，始終保持變頻運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)際情況證明，合理調(diào)節(jié)變水量，能讓水泵的使用能耗得到最大限度的降低。

（3）建立組合式機(jī)組。在設(shè)備管理房?jī)?nèi)安裝多臺(tái)運(yùn)行機(jī)組，且將小容量機(jī)組變頻合理的應(yīng)用到地鐵車站近期運(yùn)行內(nèi)，而在地鐵車站的遠(yuǎn)期運(yùn)行中則主要利用大容量機(jī)組和多臺(tái)機(jī)組來(lái)進(jìn)行變頻協(xié)調(diào)。

（4）空調(diào)系統(tǒng)間歇運(yùn)行。通過(guò)對(duì)大多數(shù)乘客在地鐵站感到舒適的平均溫度進(jìn)行調(diào)查，并在車站安裝溫度傳感器。當(dāng)?shù)罔F站溫度達(dá)到規(guī)定值，通風(fēng)空調(diào)機(jī)組收到信號(hào)后自動(dòng)停止運(yùn)行；當(dāng)?shù)罔F車站內(nèi)的溫度低于或高于規(guī)定溫度時(shí)，通風(fēng)空調(diào)機(jī)組自動(dòng)開啟制冷或制熱運(yùn)行模式。

1.3 建立蓄冷（熱）空調(diào)系統(tǒng)

在地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置合理的冷熱源系統(tǒng)方案，以此保證系統(tǒng)的安全性、適用性、耐久性，有效降低投資成本。

1.3.1 蓄熱空調(diào)系統(tǒng)

水源熱泵這種中小型熱泵機(jī)組主要是將低位熱能作為一種重要能源，其節(jié)能效果較好。通過(guò)將水源熱泵與電制冷空調(diào)進(jìn)行比較，兩者的投資成本較為接近，并且具有調(diào)節(jié)合理、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活便利的特點(diǎn)。其中，在冬季供暖中，供水熱泵系統(tǒng)主要使用水源熱泵冷卻或加熱，并根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載特性在水源熱泵中分配，再結(jié)合各個(gè)區(qū)域的實(shí)際情況安裝控制機(jī)組進(jìn)行制冷或者制熱，讓房間余熱通過(guò)傳向到側(cè)換熱器或者從水側(cè)吸收熱量，整個(gè)封閉循環(huán)中的雙水通道直接將水側(cè)的熱交換器連接到并聯(lián)環(huán)路上，使得剩余的熱可以通過(guò)輔助加熱和去除裝置釋放。

1.3.2 蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

為了保證地鐵車站用電的均衡性，可借助冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)降低車站的高峰用電負(fù)荷壓力，在用電低谷時(shí)進(jìn)行蓄冰，高峰時(shí)段不需要再使用電進(jìn)行融冰釋冷，可直接使用電平段制冷機(jī)進(jìn)行制冷，這樣不但能有效解決供電高峰期的電力不足問題，而且還能降低制冷機(jī)的功率和運(yùn)行費(fèi)用。

1.4 優(yōu)化系統(tǒng)管路

地鐵車站通風(fēng)空調(diào)管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接決定了管網(wǎng)阻力的大小，如沿程阻力和局部阻力。其中，為了能夠更好地克服管網(wǎng)阻力，所選取的空調(diào)機(jī)組和風(fēng)機(jī)等設(shè)備，其全壓與設(shè)備功率成正比，在一定程度上決定了輸送的能耗。因此，采取有效的措施可有效降低管網(wǎng)阻力。

通過(guò)嚴(yán)格按照實(shí)際需求對(duì)設(shè)備及管理用房?jī)?nèi)的空調(diào)進(jìn)行模塊化布置，盡量減少地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)管路的防火閥、風(fēng)閥、手動(dòng)閥和其他局部阻力元件。因此，假設(shè)工藝要求得到滿足，就有必要減少通風(fēng)和空調(diào)管中的風(fēng)扇和民用室的構(gòu)造。在輸入端建立一定長(zhǎng)度的直線輸出風(fēng)扇，并在一個(gè)位置建立轉(zhuǎn)向裝置，其空氣流量有很大的變化。

1.5 余熱回收利用

地鐵系統(tǒng)運(yùn)行中很容易產(chǎn)生大量的熱量，如果熱量沒有及時(shí)排出，將對(duì)環(huán)境控制系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響。但如果采取合理措施回收廢氣熱量，可以大大降低地鐵站通風(fēng)系統(tǒng)的能耗。因此，在地鐵站出口安裝旋轉(zhuǎn)式熱交換器可以使廢熱得到再利用，在此期間，回收的熱負(fù)荷將加熱水轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏丶訜岬乃?，該水可以在冬季用作預(yù)熱空氣，以確保冷溫下的空氣質(zhì)量。同時(shí)，可降低整個(gè)通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的熱負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。從地鐵站排出的風(fēng)可以被過(guò)濾并與新鮮空氣混合，以此減少空調(diào)的負(fù)荷。

1.6 水系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)互聯(lián)

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)直接由低壓系統(tǒng)控制，該水系統(tǒng)能夠通過(guò)其自身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。這兩個(gè)系統(tǒng)之間的互動(dòng)具有一定程度的獨(dú)立性，特別是為了補(bǔ)充其自身的專業(yè)指標(biāo)作為指南的基本內(nèi)容，能夠讓兩個(gè)系統(tǒng)在節(jié)能過(guò)程中發(fā)揮出最大的作用。但是，這兩個(gè)系統(tǒng)信息交互數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性將會(huì)讓整個(gè)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果受到影響（圖1）。

圖1 水系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)

（1）水系統(tǒng)動(dòng)作：根據(jù)輸出的固定溫度不斷地調(diào)整溫度，冷卻連接是獨(dú)立的，然后根據(jù)過(guò)程的適當(dāng)目標(biāo)值優(yōu)化參數(shù)的總體分布和系統(tǒng)控制。

（2）互聯(lián)動(dòng)作：如果通風(fēng)系統(tǒng)長(zhǎng)期未達(dá)到預(yù)定溫度且通風(fēng)速度發(fā)生變化，則水系統(tǒng)可能需要增加雙向控制閥的開口以優(yōu)化冷卻功率范圍。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在地鐵車站的通風(fēng)窗改造過(guò)程中，不改變站臺(tái)門設(shè)備的結(jié)構(gòu)，盡量保證接口的簡(jiǎn)單性，則能夠在一定程度上預(yù)見地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。隨著通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模式的優(yōu)化，充分利用活塞風(fēng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合廣大乘客和工作人員對(duì)溫度舒適度的感受，為地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能模式改造項(xiàng)目提供可參考的資料。