地鐵車站環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能控制策略解析

地鐵車站環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能控制策略解析摘要：在城市發(fā)展過程中，地鐵工程建設(shè)非常重要，為人們出行提供了很大便利。地鐵屬于高耗能交通設(shè)施，對其節(jié)能的研究也逐漸成為各城市運(yùn)營方關(guān)注的焦點。通過分析，列車牽引用電和各種動力照明用電量占地鐵總能耗的90%左右，其中環(huán)控系統(tǒng)（含大系統(tǒng)、小系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)）的能耗又占動力照明系統(tǒng)總能耗的70%左右，因此地鐵車站的環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備屬于節(jié)能工作的重點。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；環(huán)控系統(tǒng)；節(jié)能控制策略

引言

隨著我國各大城市的不斷發(fā)展，各中心城市的人口密度逐年增加，交通壓力日漸繁重，地鐵作為一種快捷、高效、運(yùn)輸量大的公共交通工具，已逐漸成為解決城市交通問題的重要手段。目前，我國已有28個城市運(yùn)營地鐵，批準(zhǔn)建設(shè)城市更是高達(dá)38個。然而，隨著地鐵的大規(guī)模興建及運(yùn)營，地鐵運(yùn)營的巨大能耗也逐漸引起了社會的廣泛關(guān)注。環(huán)控系統(tǒng)作為地鐵的重要組成部分，也是地鐵車站的能耗大戶。地鐵環(huán)控系統(tǒng)繁雜，影響能耗的因素也較多。因此，通過對系統(tǒng)的分析，針對各個子系統(tǒng)不同能耗規(guī)律有針對性地采取節(jié)能措施和技術(shù)開發(fā)，對地鐵行業(yè)的節(jié)能減排有重大意義。

1地鐵環(huán)控系統(tǒng)的組成與作用

地鐵是一個特殊的建筑工程，是若干個車站在通過地下通道連接起來組成一個工程。地鐵工程一般都是在地下10米左右的地方施工，形成一個相對封閉的空間，內(nèi)部空間完全可以供人們行走活動，與外界鏈接的通道不是很少，因此需要建立良好的通風(fēng)裝置。地鐵環(huán)控系統(tǒng)也成為地鐵環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括車站、區(qū)間隧道、折返線、盡端線隧道、等空間領(lǐng)域的通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)等設(shè)備與管理。地下車站的環(huán)控系統(tǒng)主要分為非屏蔽門系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)，其中非屏蔽系統(tǒng)又分為開始系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。

環(huán)控系統(tǒng)的作用主要是控制地鐵相對封閉的空間環(huán)境的熱環(huán)境、內(nèi)部空間的空氣質(zhì)量，為客戶和工作人員提供舒適、安全和便捷的服務(wù)，滿足地鐵系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)營要求，同時其系統(tǒng)還需在事故發(fā)生后提供其防護(hù)設(shè)備，例如安全疏散通道、排煙、通風(fēng)和滅火的功效等。

2地鐵車站環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能控制策略

2.1水系統(tǒng)

根據(jù)水系統(tǒng)的能耗特點，該系統(tǒng)的負(fù)荷變化與整個空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷變化一致，受客流及新風(fēng)量的共同影響，因此影響整個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式均可影響其節(jié)能。主要措施如下：

（1）運(yùn)行模式的變化。有效利用不同季節(jié)外界冷負(fù)荷的變化，可在部分季節(jié)降低或停用水系統(tǒng)，從而實現(xiàn)節(jié)能；

（2）在環(huán)控系統(tǒng)中，冷凍水泵和冷卻水泵的容量同樣是按照車站最大設(shè)計負(fù)荷選定的，且留有余量。在實際使用中，環(huán)控系統(tǒng)大多處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，因此，采用變頻器來調(diào)節(jié)水流量同樣是減少能耗的有效途徑。

（3）采用蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)取代水冷冷凝方式，只需較小的風(fēng)量及冷卻水量就可以實現(xiàn)冷媒的降溫冷凝。既可減少冷卻塔建設(shè)的種種問題，也可以省去冷卻塔及大功率冷卻水泵的能耗，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能的目的。

2.4隧道通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)隧道通風(fēng)系統(tǒng)的能耗特點，該系統(tǒng)的負(fù)荷變化只與隧道內(nèi)溫度變化有關(guān)，因此其有效節(jié)能措施較少，需從設(shè)計及運(yùn)行模式入手。主要措施如下：

（1）在設(shè)計之初，應(yīng)積極協(xié)調(diào)建筑專業(yè)，優(yōu)化風(fēng)道、風(fēng)井或機(jī)房位置，盡可能保證風(fēng)路通暢，協(xié)調(diào)減少土建直角彎，最大限度減少結(jié)構(gòu)帶來的設(shè)備能耗加大的情況。

（2）隧道通風(fēng)系統(tǒng)采用的設(shè)備均為較大功率的設(shè)備，主要擔(dān)負(fù)功能為正常情況下隧道的通風(fēng)換氣及列車頂部空調(diào)冷凝器散發(fā)、列車底部剎車產(chǎn)熱、磨擦產(chǎn)熱和車體發(fā)熱量的排除，因此可通過運(yùn)行模式的控制，盡可能減少隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的開啟時間，合理安排通風(fēng)換氣的次數(shù)，在運(yùn)營初期，區(qū)間隧道內(nèi)溫度較低時，可適當(dāng)限制隧道風(fēng)機(jī)的開啟，從而減少能源的浪費(fèi)。

2.2小系統(tǒng)

根據(jù)小系統(tǒng)的能耗特點，該系統(tǒng)的負(fù)荷變化較小，只與季節(jié)性新風(fēng)量變化有關(guān)，因此需從季節(jié)性新風(fēng)量變化及能量輸送等方面考慮節(jié)能。主要措施如下：

（1）與大系統(tǒng)相似的方面：運(yùn)行模式的變化。有效利用不同季節(jié)外界冷負(fù)荷的變化，通過新風(fēng)量的調(diào)節(jié)實現(xiàn)節(jié)能；適當(dāng)提高送風(fēng)溫差，從而減小送風(fēng)量進(jìn)而影響設(shè)備的選型，從根本上降低設(shè)備系統(tǒng)的能耗上限值。這兩點同樣適用于小系統(tǒng)。

（2）區(qū)別于大系統(tǒng)的方面：因小系統(tǒng)負(fù)荷變化較為穩(wěn)定，因此變頻調(diào)節(jié)方式不適用于小系統(tǒng)。采用空氣-水空調(diào)系統(tǒng)替代全空氣系統(tǒng)，雖然可實現(xiàn)節(jié)能目的，但考慮小系統(tǒng)主要管轄區(qū)域為設(shè)備管理用房，較多電器類設(shè)備，應(yīng)盡可能避免過多水管的使用，因此不考慮此方法用于小系統(tǒng)。

但結(jié)合轄區(qū)實際，可考慮采用全空氣系統(tǒng)與變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)搭配使用的方法。即在白天大系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時，小系統(tǒng)采用全空氣系統(tǒng)，兩者共用冷水機(jī)組進(jìn)行供冷，夜間大系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時，采用變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)為設(shè)備管理用房供冷，停止冷水機(jī)組運(yùn)行。既可以避免過多水管進(jìn)入設(shè)備管理用房，又可以用較低能耗的變頻多聯(lián)空調(diào)代替冷水機(jī)組供冷，同時可作為小系統(tǒng)備用冷源，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能效果。

2.3大系統(tǒng)

根據(jù)大系統(tǒng)的能耗特點，該系統(tǒng)的負(fù)荷變化較為明顯，需按照客流及季節(jié)變化對其進(jìn)行有效調(diào)節(jié)才能達(dá)到節(jié)能的目的。主要措施如下：

（1）變頻調(diào)節(jié)。由于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)預(yù)測的遠(yuǎn)期高峰客流運(yùn)營條件計算的，在客流量遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計值時，最有效的節(jié)能措施就是采用變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)量。由于風(fēng)機(jī)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，消耗功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此通過變頻裝置使風(fēng)量減少10%，消耗功率可減少27%；風(fēng)量減少40%，消耗功率可減少78%。對于大系統(tǒng)這一受客流影響較大的系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)，節(jié)能效果顯著。

（2）運(yùn)行模式的變化。有效利用不同季節(jié)外界冷負(fù)荷的變化，通過新風(fēng)量的調(diào)節(jié)來達(dá)到節(jié)能的目的。夏季時最大限度減小新風(fēng)負(fù)荷，過渡季節(jié)合理利用自然冷源。具體可分為小新風(fēng)工況，即站外空氣焓值大于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值時，采用最小新風(fēng)加回風(fēng)模式運(yùn)行。全新風(fēng)工況，即站外空氣焓值小于或等于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值且站外空氣溫度大于空調(diào)送風(fēng)溫度時，公共區(qū)空氣由組合式空調(diào)機(jī)組處理過的新風(fēng)提供，回風(fēng)全部排至車站外。通風(fēng)工況，即站外空氣溫度小于空調(diào)送風(fēng)溫度時，停止冷水機(jī)組運(yùn)行，外界空氣不經(jīng)處理直接送至公共區(qū)，回風(fēng)全部排至車站外。

（3）適當(dāng)提高送風(fēng)溫差。送風(fēng)溫差的提高可極大降低送風(fēng)量，在保證不出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象的前提下，盡可能提高送風(fēng)溫差，從而減小送風(fēng)量，進(jìn)而影響設(shè)備的選型，從根本上降低設(shè)備系統(tǒng)的能耗上限值。

（4）采用空氣-水空調(diào)系統(tǒng)替代全空氣系統(tǒng)?，F(xiàn)階段大部分地鐵環(huán)控系統(tǒng)采用全空氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)占地面積大，且空氣的比熱遠(yuǎn)小于水，在長距離運(yùn)輸上能量損失較大，運(yùn)送同樣冷量所消耗的能量也大。因此采用空氣-水空調(diào)系統(tǒng)可以在能量運(yùn)輸及損耗方面有效降低系統(tǒng)的能耗。

結(jié)語

綜上所述，我國地鐵工程是近幾年興起的建筑工程，其中地鐵車站的環(huán)控系統(tǒng)存在耗能大的劣勢，需要專業(yè)人員對其系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，從而實現(xiàn)降低其建設(shè)的成本和節(jié)能的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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