地铁通风空调系统节能措施及应用分析

摘要：本文主要针对地铁空调通风节能的必要性、节能方法以及目前地铁空调系统的节能措施进行介绍，并对这些节能措施做了一些应用分析，仅供同行业人士参考借鉴。

关键词：地铁空调；通风系统；节能措施

中图分类号：U231文献标识码： A

一、地铁空调通风节能的必要性

地铁具有运输量大、安全、节能、环保等优点，为了解决交通拥堵，很多城市建设各种地上与地面下的高密度交通运输系统，地铁由于运输量大，单向每小时可以运送4万至6万人次。我国第一条地铁始建于1965年的北京，之后我国的地铁如雨后春笋，目前国内已经有16个城市的地铁已经开通，还有十余个城市的地铁在规划中，我国地铁的通车里程已居世界之最。

地铁通风空调的能耗会占到整个地铁系统总能耗的一半左右。地铁通风空调系统的耗电量会占到地铁系统总耗电量的70%左右。随着煤炭、石油等价格的大幅攀升，导致了地铁运行成本的不断升高，这也严重影响地铁的经济和社会效益。因而，通过技术改造等措施，提高能源的利用率，探索地铁通风空调节能措施，对于节约地铁经营成本，促进地铁行业的持续健康发展意义重大。

二、地铁通风空调节能方法分析

1、智能化控制分析

通过采用智能化的系统运用，从数据控制、温度控制、节能减排等多方面进行系统控制，运用智能化体系的数控技术，将变频技术与节能技术融合起来，从而更好的实现节能潜力的提升。在车站公共区空调通风控制系统中分别通过温湿度传感器、CO2浓度探测器、自动售票机得到站台、站厅的温湿度值、站台的CO2浓度值以及室外干球温度和瞬时客流密度值，相应的以此作为控制系统的输入值，将测得的各个值从模拟信号转变为数字信号送入计算机。计算机内的实时控制程序，一方面将这些数据写入数据库，通过打印图表或者显示设备输出；另一方面控制变频器的输出，变频器根据变化的电压（电流）输入来改变对风机的输出，从而控制风机的转速，改变地铁通风空调系统的风量。整个控制过程包括站台和站厅温、湿度的测量、CO2浓度的检测、自动售票机获得瞬间客流量、控制算法的选择、数据的处理以及控制的输出。

2、风机变频节能分析

地铁专用轴流风机是一种可变频调速的设备。以前的风机调节主要是靠阀门来调节风机的风量，通过改变系统的阻力来达到调节风量的目的，但是这种调节方式从节能的角度来讲是非常浪费的，因为它无形中增加了一部分功率，对于小型的风机还是经常采用这种方式，但是对于大功率的风机可以采用改变风机的性能曲线来调节风机的风量。

三、目前存在于地铁空调系统的节能措施及应用分析

1、空气-水系统的使用

我国目前的地铁通风系统多采用的是全空气系统，这种系统的弊端是占用土建空间大，地铁的土建成本较高，冷空气在输送的过程中，输送效率较低，冷空气的损失量较大，针对以上的缺陷，有研究人员提出了空气-水空调系统，将风机盘管布置到地铁内拱形结构的上部以及站台侧面未加利用的空间中，空调的冷水通过管道直接送入到盘管中，新鲜的空气则是通过新风井经由风管送入地铁内。在过渡季节通风时，新鲜的空气将会直接被输送到地铁内部，在空调季节时，新鲜空气需要与地铁内部的空气混合之后，进入风机盘管，然后经冷却处理后再送入地铁内部。在这种空调系统运行的过程中，风机盘管中凝结的水滴将会通过管道引入地铁内的排水沟，但是这种空调系统也有着比较明显的缺点，例如：安装工序繁琐、维修工作比较困难、清洗工作较难、冷凝盘管外因冷凝水滋生微生物和病菌、不能严格控制室内温湿度等等。

2、地铁综合监控系统、能源管理系统的使用

最近几年，环境与设备监控系统，简称BAS，在地铁中通风系统中的管理和运行中逐渐扮演了比较重要的角色，在部分城市的新开通线路，车站也应用了能源管理系统。BAS系统通过对系统风量的控制以及对地铁内部全年车站温度的数据等等，在控制地铁通风方面起到了有效的作用。而能源管理系统的应用，实现了对地铁车站重点能耗设备的有效计量和统计，对空调通风系统中的风机、组合空调机组、冷水机组等高能耗设备的能耗数据，能实时监测并保存历史记录。通过对能耗数据的分析、比对和研究，可以针对性地制定空调通风系统节能改造方案，进一步提升能源利用水平。

3、集中供冷技术在地铁通风系统中的应用

地铁内空调水系统按照其冷源设置集中程度的不同，可以分成集中供冷和分散供冷两种供冷方式。在我国，目前使用范围较广、使用技术较为成熟的供冷方式为分散式供冷。但是随着集中供冷技术在我国国内的成功应用，这种技术的概念也逐渐得到了推广。集中供冷是指在地铁的不同区域和不同站牌中设置多个地铁空调通风系统，为地铁提供充足的低温冷水。集中供冷技术也能够减少空调系统的占地面积，使得地铁冷却塔分站的设置更加简单，有效的保护了城市的整体环境面貌。但是这种技术，其冷水需要进行远距离的输送，所以对送水管道以及保温材料的选择要求较为严格，输送时所需要的能源也较高。这种空调系统尽管比较先进，但是其耗能较大，节能性较小，倘若结合地铁上盖物业开发设置集中冷站将会减少冷媒输送距离，采用集中控制，从而节能效果明显。

4、蓄冷空调系统的使用

蓄冷空调系统，即将冷水以潜热或者显热的形式储蓄在某种介质当中，并且在需要的时候能够将其释放的空调系统。我国现今使用较多的蓄冷空调系统为水蓄冷系统和冰蓄冷系统。水蓄冷系统，其结构相对简单，投资成本较小，技术运用也比较成熟。但是水的比热容较小，所以蓄冷的密度也相对较小，因此该系统需要一个较大的蓄水池。同时，水蓄冷系统适用于冷量比较大的集中制冷站，若车站的冷负荷小于1400KW，且采用的是分站供冷的系统时不适宜采用蓄水系统。负荷在1800KW之上的车站在有峰谷电价的前提之下，便可以考虑使用这种方法。冰蓄冷的系统，其所需要的蓄冰槽的体积较小，便于储存。尽管这种系统的造价较高，但是这种系统可以充分的实现减少运行耗电，节省电费，并且有效的减轻城市用电的压力，具有比较明显的节能特点。

5、直接蒸发冷却技术的应用

直接蒸发冷却技术，是利用空气与雾化的水直接接触进行热湿交换蒸发吸热来冷却空气的一种空气处理方式，近似于等焓(绝热)加湿的空气处理过程，直接蒸发冷却是由水的蒸发而提供冷量，故其性能系数COP值很高(约为机械制冷的2.5-5倍)，可大大节省运行能耗。其一般采用全新风，属于直接式空调系统，且具有空气过滤器和加湿器的功能，可提高新风的清洁程度，大大提高了室内的空气品质，有利于人体健康。在我国干旱、半干旱及半湿润的西北地区地铁高架车站中，采用一种直接蒸发冷却的通风降温方式其能耗远低于采取如空调制冷等其他通风降温措施，如西安地铁三号线某高架车站。

6、一次泵变流量系统的应用

地铁空调系统为工作人员和乘客提供了舒适的环境，但同时高额的空调运行费用已成为日益关注的问题。调查表明，空调能耗已经上升到建筑物运行能耗的40％，而多数空调系统在50％负荷以下运行时间超过70％。在传统的一次泵系统中，其冷冻水泵是定流量运行的，这导致在低负荷下的水系统在大流量低温差下运行，造成冷冻水泵的输送动力浪费，因此有必要进行一次泵变流量研究，以节省冷冻水泵的输送动力。在一般的空调系统中，水泵的能耗占空调总能耗的25％左右，对该部分的节能研究具有一定的意义。

在西安地铁3号线全线空调水系统采用了冷水机组群控系统，并在会展中心站和北苑站采用了一次泵变流量系统进行节能效果的分析和研究，通过群控系统控制冷冻水泵，使其根据冷冻水量的需要在变频状态下节能运行，由于冷水机组群控系统自身具有电功率数据采集功能，根据第一个空调季节实际运行情况来看，采用一次泵变流量的车站，冷冻水泵实际运行功率较小，仅为额定功率的四分之一左右，节能效果非常明显。

7、强化空调系统的运行管理

节能措施的应用,直接关系到运营技术的质量,而且这些应用的有效实施还要受操作人员素质的影响,但在实践中的一些设计部门对于这方面往往没有足够的重视,这就会使系统的设计和施工需要较大的初始投资,而且消耗的能源也是比较大的,超过了国家标准的要求，所以,对于操作人员要加强技术培训,提高管理人员的综合素质,对操作人员进行严格要求。另外,中央空调冷量进行计量计费,这种方式是实现建筑节能的重要措施。节能减排是当今社会每个人义不容辞的责任。

结束语

地铁车站通风空调能耗是耗能大户，其耗电量约占地铁车站设备总用电量的50%左右，空调通风设备的选型是根据车站最大负荷确定的，而绝大多数时间设备不在最大负荷点工作，这将导致设备选型不经济和冷源浪费，可以采用变频手段，基于神经网络的技术应用，实现对风机及水泵的实时变频控制，更好的实现节能运行和变频控制的效果，从而节约大量能耗、降低地铁通风空调系统的运行费用。

综上所述，以上节能措施，每一种有其特定的使用范围，不能一概而论，要综合对比分析评价才能确定，这样才能最大限度的减少地铁通风空调系统运营能耗，从而带来显著的经济效益。

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