城市軌道交通通風空調系統的節能研究與應用

張世勇，張國華

0 引言

城市軌道交通（地鐵）憑借著快速、高效、載客量大的特點，已成為各大城市緩解交通壓力的重要手段。截止目前，國內一、二線等城市都在大規模的修建地鐵，然而，其運行后的巨大能耗引起了社會的廣泛關注，“節能”已成為人們最為迫切的愿望。

通風空調系統作為地鐵運行中的重要設備系統之一，擔負著對地下空間的空氣溫度、濕度、空氣流速和空氣品質進行控制的任務，據統計，通風空調系統的能耗約為地下線能耗的30%以上，僅次于車輛牽引用電能耗，節能潛力巨大。

本文重點對既有地下車站通風空調系統進行實際測試，并對測試數據進行分析以尋求節能方法，進而為通風空調系統的方案設計和推廣應用提供依據。

1 通風空調系統的節能測試

1.1 測試方案

地鐵通風空調系統主要是指對地鐵運營空間的空氣溫度、濕度、空氣流速和空氣品質進行控制的系統，其控制手段主要通過風的流動完成。因此，選擇地鐵通風空調系統的風系統進行測試試驗。

為了達到測試數據的精確度，通常采用集成閉式通風空調系統（閉式是指地鐵內部與外部空氣隔絕），即地鐵車站空調系統的送、排風機兼任區間隧道事故風機，送風道內設置可電動開啟型表冷器和空氣過濾器，送、排風機均為20#可逆轉軸流風機，并設置了變頻調速裝置。

（1）耗電量測試。耗電量測試通過加裝智能型電表實現。在車站送、排風機的變頻控制柜內加裝PM1200型電力參數測量儀表，對其運行的電力參數進行實時監測，并可以上傳電力監控系統進行記錄和統計。

（2）車站公共區環境溫濕度測試。車站公共區環境溫濕度測試通過加裝溫濕度自記儀實現，在送、排風道、車站公共區共安裝了10臺RR002型溫濕度記錄儀，記錄的溫濕度數值可定期通過USB接口導出，并可與BAS系統記錄的數值進行對比。

1.2 通風空調系統運行模式

地鐵公共區通風空調系統一般按既定的運行時間表自動執行，運行模式一般分為空調小新風、空調全新風、過渡季通風和冬季通風等，分別對應不同的風機、風閥、表冷器、冷水系統等設備的開閉組合，送、排風機的運行頻率為設定頻率。設計的運行模式如表1所示。

表1 地鐵車站通風空調系統全年運行典型模式表

1.3 測試數據描述

（1）耗電量測試結果。測試是在1月份某天夜間地鐵停運后開始的，根據測試方案，通過BAS系統分別按不同運行模式開啟風機、風閥、表冷器，并使風機在不同運行頻率下工作，得到各模式下、各頻率下的風機運轉功率數據；并增加2種模式作為對比方案，分別是送風機送風、出入口自然排風和排風機排風、出入口自然進風，同時也調整風機在不同頻率下工作進行耗電量測試。鑒于篇幅，以下僅列出30 Hz下各模式風機的功率測試數據，詳見表2。

表2 風機功率測試數據表

（2）溫濕度測試結果。測試車站公共區站臺層和站廳層的冬季某日溫度曲線如圖1、圖2所示，由于測試是在冬季進行的，待其他季節再進行相關的測試和分析。

2 測試數據分析

2.1 耗電量測試數據分析

從表2的測試數據可以看出，風機采用變頻風機后，有較好的節能效果。但對于同一臺風機，相同運行頻率、不同運行模式下的實際運行功率有所差別，主要是因為管路特性曲線變化引起風機工作點發生變化，變化的幅度一定程度上能夠反映當時實際產生風量的差異。

全新風（通風）模式和全新風（空調）模式的區別僅在于表冷器的開啟與關閉，全新風（通風）模式下，門式表冷器處于開啟狀態，風機無需克服表冷器的阻力，表現在測試數據上，則是送風機的功率下降了1.1 kW，約為4.5%，節省了運行能耗。

對比全新風（通風）模式、送風（單送，通風）和排風（單排，通風）模式的測試數據，發現其送、排風機的實際運行功率有所區別，但區別很小，考慮到其中的記錄誤差，可以認為由于出入口的面積較大，公共區采用機械送風、機械排風的方式，與采用機械排風、出入口自然進風或者機械送風、出入口自然排風 2種方式產生的實際通風量差別不大，所以，采用后2種單排、單送的方式替代送、排的方式是很好的節能選擇，而由于排風機的功率比送風機的功率有較大幅度的下降，所以，機械排風、出入口自然進風的方式是最為節能的方式。

2.2 溫濕度測試數據分析

根據圖1、圖2可以看出，地鐵車站早、晚高峰特點較為明顯，尤以早高峰溫度上升較為明顯。但是，由于現階段冬季日間通風時間為 10：00～18：00，故在日間平峰時段內，站廳溫度受到機械通風及列車活塞風效應的影響較大，室外低溫空氣的引入會造成站廳溫度偏低的情況，日間局部時段出現接近5℃的低溫。而該時段站臺因有一定的人員發熱及列車等設備發熱，受到室外低溫空氣的影響較小，日間站臺溫度基本維持在12～14℃。

圖1 站臺層全日溫濕度曲線圖

圖2 站廳層溫濕度曲線圖

2.3 節能分析

測試數據顯示，相對實際采用的機械送風、機械排風的方式，機械排風、出入口自然進風方式節能幅度達到60%，但其缺點是室外空氣不經過濾直接進入地鐵，會帶進一部分灰塵，如果擔心灰塵問題，可采用機械送風、自然排風的方式，也能收到40%左右的節能率。

對于冬季，測試數據顯示站廳、站臺溫度差距較大，說明列車運行活塞風對站廳的影響較大且站廳層的發熱量較小，采用機械送風、自然排風的方式能夠在一定程度上抵消活塞風引入的室外空氣，站臺層的熱量也會進入站廳層，對縮小差距有很大幫助。在風機運行時間上，早高峰和晚高峰進行通風較好，其他時段則應采用閉式運行方式，每日運行時間縮短4 h，可節省50%的運行能耗。

3 結束語

通過對地鐵通風系統的測試分析，得出結論，采用機械排風配合自然進出風的技術創新和合理調節風系統工作運行時段，其節能的效果可以到達預期效果。

因此，依據實際人員流動和季節溫度變化的特點，優化設計方案，調整現有地鐵通風空調系統布局，挖掘現有設備節能潛力，有著十分現實的指導意義。同時，也可以有效地降低大規模改造帶來的成本壓力，為新地鐵線設計和建設提供幫助。