毛金偉

（杭州鐵路設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，浙江 杭州 315000）

對(duì)于我國(guó)地鐵線路運(yùn)營(yíng)費(fèi)用情況調(diào)研，發(fā)現(xiàn)地鐵運(yùn)營(yíng)費(fèi)中電能費(fèi)用已達(dá)到50%，而通風(fēng)空調(diào)占地鐵用電已經(jīng)超過(guò)40%，成為地鐵第二大耗電用戶。在杭州地區(qū)，由于空調(diào)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，其能耗比例將更高。

1 負(fù)荷計(jì)算

1．1 工程概況

某杭州地鐵建設(shè)規(guī)模線路總長(zhǎng)15.184km。在這個(gè)地鐵建設(shè)的設(shè)計(jì)中有12個(gè)車站，其中有6個(gè)換乘站，都是地下線路，而本站為地鐵建設(shè)中的其中一站，站中心里程DK10+284.55，車站有著17129.99m2的總建筑面積，地鐵車站的地下兩層中一層為站廳層一層為站臺(tái)層。車站總長(zhǎng)度226m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.1m，車站站廳、站臺(tái)層左右端設(shè)置的是工作人員所主要停留的設(shè)備管理用房。在車站左右端地面上分設(shè)有活塞風(fēng)亭2座，新風(fēng)亭、排風(fēng)亭各1座，按遠(yuǎn)期2047年預(yù)測(cè)晚高峰小時(shí)進(jìn)站客流量1683人次/h，出站客流量2404人次/h，車站之中公共區(qū)域的空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行了計(jì)算，與此同時(shí)我們按照早高峰小時(shí)進(jìn)站客流量3276人次/h，出站客流量2823人次/h校核新風(fēng)量。

空調(diào)系統(tǒng)按照不同的分類方式劃分是不一樣的，我們用功能特點(diǎn)來(lái)對(duì)其進(jìn)行劃分，可以將車站之中的站廳、站臺(tái)公共區(qū)域被稱為空調(diào)系統(tǒng)的大系統(tǒng)類別，它們是為了給予我們乘客們所在的方便于走動(dòng)的區(qū)域一種較為舒適以及衛(wèi)生的過(guò)渡性質(zhì)的環(huán)境。然后可以將車站之中的如設(shè)備室、照明配電室還有工作人員駐留的場(chǎng)所叫做小系統(tǒng)類別，它們是為了可以讓車站里面各種的裝配的設(shè)備還有工作人員提供一種相對(duì)來(lái)說(shuō)安逸的生活環(huán)境以及合理的運(yùn)行環(huán)境。

1．2 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算分析

根據(jù)計(jì)算，地鐵站總冷負(fù)荷為1027kW，其中大、小系統(tǒng)冷負(fù)荷分別為588kW、439kW，占總負(fù)荷的比例分別為57.3%和42.7%。

1．3 大系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算分析

從圖2中可以看出，人員負(fù)荷占比9.9%，與室外氣象參數(shù)相關(guān)的新風(fēng)、出入口通道、風(fēng)道、風(fēng)機(jī)溫升、以及屏蔽門滲透負(fù)荷等附加負(fù)荷占大系統(tǒng)總冷負(fù)荷的比例達(dá)到31.5%，這兩種時(shí)變型負(fù)荷占比達(dá)到41.4%，它們的逐時(shí)變化將會(huì)使大系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生較大的波動(dòng)，乘客在站停留時(shí)間的站廳空調(diào)負(fù)荷波動(dòng)性較強(qiáng)。其他照明、室內(nèi)設(shè)備、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、便民設(shè)施及商鋪等與室外氣象參數(shù)相關(guān)性較小且不隨時(shí)間波動(dòng)的負(fù)荷占比58.6%。

圖1 地鐵站大小系統(tǒng)負(fù)荷比例

圖2 地鐵站大系統(tǒng)各分項(xiàng)冷負(fù)荷占比圖

1．4 小系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算分析

從圖3可以看出，人員負(fù)荷占比2.6%，與室外氣象參數(shù)相關(guān)的新風(fēng)負(fù)荷占小系統(tǒng)總冷負(fù)荷的比例達(dá)到26.2%，這兩種時(shí)變型負(fù)荷占比達(dá)到28.8%，它們的逐時(shí)變化將會(huì)使小系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生較大的波動(dòng)。其他照明、室內(nèi)設(shè)備與室外氣象參數(shù)相關(guān)性較小且不隨時(shí)間波動(dòng)的負(fù)荷占比71.2%。

圖3 地鐵站小系統(tǒng)各分項(xiàng)冷負(fù)荷占比圖

2 空調(diào)負(fù)荷變化特性

2．1 影響空調(diào)負(fù)荷變化的主要因素

大系統(tǒng)各項(xiàng)負(fù)荷中，照明燈具、設(shè)備全天使用，其負(fù)荷比較穩(wěn)定，本次計(jì)算這些負(fù)荷與圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱、散濕為固定值，室外氣象參數(shù)、客流量等為主要因素影響總負(fù)荷的波動(dòng)。

2．2 地鐵空調(diào)負(fù)荷變化規(guī)律

（1）冷負(fù)荷全天變化規(guī)律。大系統(tǒng)工作時(shí)段與列車運(yùn)營(yíng)時(shí)段相同為7:00～23:00。設(shè)計(jì)日大系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷變化規(guī)律見(jiàn)圖4。

圖4 車站客流及大系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷變化曲線

設(shè)備用房與管理用房共同組成了小系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的房間，一般來(lái)說(shuō)設(shè)備用房使用時(shí)間為全天，管理用房絕大部分都在地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間才有人值守除值班房間外。

本站大小系統(tǒng)合用冷源，由于運(yùn)行時(shí)間不一致，大系統(tǒng)及小系統(tǒng)中的管理用房每天18h運(yùn)行，小系統(tǒng)中設(shè)備用房空調(diào)系統(tǒng)基本全天24h運(yùn)行，導(dǎo)致全天空調(diào)總負(fù)荷變化幅度較大。另外地鐵空調(diào)系統(tǒng)按照遠(yuǎn)期負(fù)荷設(shè)計(jì)，在不同的設(shè)計(jì)年限，空調(diào)總冷負(fù)荷也有較大的差異。

在列車運(yùn)營(yíng)時(shí)段，大小系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，大系統(tǒng)負(fù)荷率變化區(qū)間為62.3%～100%，大系統(tǒng)最小冷負(fù)荷約占設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷的40%左右，對(duì)應(yīng)的時(shí)間為早上發(fā)車時(shí)間。該時(shí)段小系統(tǒng)負(fù)荷也有所減少，則設(shè)計(jì)日列車運(yùn)營(yíng)期間的低谷時(shí)段（即大系統(tǒng)冷負(fù)荷最小的時(shí)段），大小系統(tǒng)冷負(fù)荷約為設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷的68%左右。

對(duì)于本站來(lái)說(shuō)，空調(diào)系統(tǒng)最小冷負(fù)荷出現(xiàn)在夜間列車停運(yùn)，大系統(tǒng)停用，小系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)段（24:00～6:00）。根據(jù)計(jì)算，小系統(tǒng)冷負(fù)荷占總冷負(fù)荷比例為42.7%左右。夜間列車停運(yùn)后，管理用房空調(diào)系統(tǒng)停用，車站需要的變電設(shè)備負(fù)荷降低，變電設(shè)備發(fā)熱量也相應(yīng)降低，新風(fēng)負(fù)荷隨室外氣象參數(shù)的變化也有所降低，綜合考慮這些因素進(jìn)行計(jì)算，空調(diào)系統(tǒng)最小冷負(fù)荷約為設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷的28%左右。

通過(guò)以上分析，將全天劃分為4個(gè)時(shí)段通過(guò)設(shè)計(jì)日車站空調(diào)負(fù)荷率，

（1）早高峰和晚高峰就是工作日的高峰時(shí)間段，其中系統(tǒng)的能耗大概是在82%～100%。

（2）早高峰已過(guò)晚高峰未達(dá)的時(shí)間段，負(fù)荷率大概是在80%～82%。

（3）當(dāng)列車處于早高峰之前與晚高峰已過(guò)的時(shí)間段，負(fù)荷率在68%～80%左右。

（4）當(dāng)列車停運(yùn)時(shí)，此時(shí)由于設(shè)備用房空調(diào)系統(tǒng)是處于全天運(yùn)行，導(dǎo)致負(fù)荷率大概是在28%。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）車站空調(diào)系統(tǒng)是按照遠(yuǎn)期夏季晚高峰運(yùn)營(yíng)條件計(jì)算空調(diào)負(fù)荷，設(shè)備按照遠(yuǎn)期計(jì)劃安排所配置。因此受到設(shè)計(jì)年限、室外氣象參數(shù)、客流量等的影響，在絕大多數(shù)情況之下空調(diào)系統(tǒng)是處于部分負(fù)荷運(yùn)行轉(zhuǎn)臺(tái)，負(fù)荷變化區(qū)間通常為28%～100%，要求空調(diào)系統(tǒng)具有良好的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，以及較高的部分負(fù)荷運(yùn)行效率。

（2）空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)負(fù)荷在大系統(tǒng)負(fù)荷中占比較高，而新風(fēng)量又與客流量密切相關(guān)，應(yīng)根據(jù)客流量的變化實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)新風(fēng)量，做到既滿足衛(wèi)生要求，又節(jié)約能源。

（3）提高車站公共區(qū)相對(duì)濕度可以減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗。在到達(dá)同一舒適度的前提下，我們可以將相對(duì)濕度的設(shè)計(jì)值向最高值靠攏，并以此控制空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行模式。