地鐵通風空調系統設計及節能研究

程遠維

（中鐵十一局集團電務工程有限公司 湖北武漢 430074）

前言

地鐵是現代社會城市化高速發展的產物，其目的在于緩解城市交通壓力，提高城市交通運輸速度與效率，進一步提高城市空間利用效率。而地鐵通風空調系統的設計與應用旨在滿足地下軌道在空氣更新與溫度調節方面的需求，為地鐵乘客與工作人員提供良好的環境。隨著時代的發展，節能環保已經成為技術發展的大方向，這種情況下探討地鐵通風空調系統的節能設計就顯得極為必要了。

1 地鐵通風空調系統

地鐵作為城市軌道交通中極為重要的一環，與單軌、輕軌、電車等城市軌道交通方式相比尤其特殊性，主要是由于一般意義上的地鐵大多數情況下都處于地下，因此其空調系統包括車站通風空調系統與隧道通風空調系統。其中，車站通風空調系統中包含車站公共區域的通風空調系統、設備管理用房通風空調系統與制冷空調循環水系統三大部分，并分別以大系統、小系統與水系統作為代稱。而隧道通風空調系統包括隧道風機、大小系統空調機組、排風機、冷水機組、冷卻塔等設備與裝置。地鐵通風空調系統的設計與構建，借由站臺與站廳的排風系統，通過靜壓箱進行處理，進而在空調機組與回排風機進行輸送，分別經過混風靜壓機、空調新風機與新風井進行處理。

圖1 通風空調的基本構成

2 地鐵通風空調大系統節能優化

地鐵通風空調大系統的節能設計，需要通過行之有效的節能優化來減少系統建設與運行過程中的能源投入與消耗，可以引進行之有效的預測與控制措施來實現對于通風空調系統水量與風量的有效預測。在這個過程中，可以通過直接控制的方式調整空調風量，通過反饋調節的方式控制空調水量。實際上，反饋控制與反饋調節，需要首先檢測與記錄地鐵通風空調系統公共區域的實際溫度，進而以之為基礎來開展實際溫度的系統反饋，整合系統反饋量的情況下減少誤差的存在，保障公共區域的溫度穩定性，通過對于人員流動符合與空氣流通變化來加以調整，向冷水控制量施加影響。就目前來看，地鐵運行過程中，地鐵通風空調系統所采用的空調冷凝器所產生的熱量與地鐵運行過程中所產生的熱量相比具有較大的比例，并且與地鐵運行頻率直接相關，越高的地鐵運行頻率會產生越高的發熱量，這種情況被稱作地下活塞風，基于這種情況需要對排風系統的工作量進行動態化的調整[1]。

3 地鐵通風空調系統設計節能優化措施

3.1 隧道排風機

隧道排風機的節能設計，需要按照建設工程項目的最不利原則進行，考慮最不利情況下的系統整體情況與優化需求。如果還沒有達到最不利情況，則可以對隧道排風機進行節能與優化設計，通過調整地鐵運行時間與運行頻率來減少對于能源的損耗，需要基于地鐵的不同工作狀態進行類型劃分，選擇不同的地鐵工作狀態進行有效的隧道排風機節能處理。進而基于列車與車站之間的不同距離，對風機的轉速加以調整，列車與車站之間的距離越近，則風機的運轉設備就越大，當列車離開車站時，可以采用低速來運轉該機械設備。而要想實現對于隧道排風機運轉速度的有效控制，就需要具備列車運行位置與運行情況的及時反饋，以此及時保證地鐵與排風機相對位置的有效性。另外，還需要在保障系統整體運行的前提下，充分考量其溫度條件，對排風機的日運轉時間加以有效控制與限制，以此進一步減少排風機的設備負擔，還可以保障系統運行的效率與運行質量。

3.2 集中供冷

考慮到空調系統冷源集中程度的不同，地鐵通風空調系統中的水循環系統可以采用分散供冷與集中供冷兩種途徑進行溫度調節，前者的使用較為廣泛，但隨著時代的不斷發展以及節能技術的不斷創新，集中供冷技術正在逐漸取代分散供冷而成為地鐵通風空調系統中更加有效的供冷方式，并且日益受到廣泛的重視與認同。所謂集中供冷方式，就是基于地鐵車站所劃分好的不同區域，在這些區域中分別設置相應的集中制冷系統，向該區域的通風空調系統提供冷水。采用集中供冷技術可以進一步減少空間的不必要占用，減少設備與技術的管理難度，提高集中供冷技術的應用難度。在這個過程中，集中供冷技術的應用需要更高性能的保溫材料與供冷管材，因此需要更高的成本投入。同時，在采用集中供冷系統的過程中還需要采用自動化的控制裝置[2]。

3.3 變頻調速控制

社會經濟的高速發展推動了科學技術研發水平的進一步提高，科學技術的發展又為社會經濟的發展起到了良好的推動作用，而地鐵通風空調系統在逐漸完善過程中，變頻調速技術的研發水平也在不斷提高，并且愈發廣泛地得以應用。考慮到地鐵交通的特殊性，在實際的通風空調系統運行過程中，還需要根據實際需求調節其負荷變化，而如果對電機加以頻繁啟停，則會對電機造成較為嚴重的損害，且產生較大的能量損耗，因此在將變頻調速控制系統引進地鐵通風空調系統中，以改善這種電機損耗與能量損耗的情況，可以進一步提高對于地鐵負荷與設備運行不確定性因素的有效反饋。變頻調速控制節能技術的有效應用，實現對于組合式空調機組與回風機的變頻調速，可以根據地鐵通風空調系統運行的實際需要來實現對于該系統的動態化調整。

3.4 風閥控制新風量

基于相關數據與有效統計，早晚高峰期情況下的地鐵交通所承擔的客流量，超過了地鐵全天客流數據的一半，因此在早晚高峰期，地鐵交通需要承擔較大的負荷壓力。而在地鐵交通運行過程中，全天中每一時段的客流情況并不相同，是動態變化的，因此常規的數據并不具備較高的精準性，這種情況下，采用地鐵最大客流量與最小客流量來對通風空調系統進行設計是極為不必要的，會導致資源的嚴重浪費。因此在進行地鐵客流量的計算時，可以對全天地鐵客流的平均數量加以收集與統計，引進實時反饋系統與變頻調速系統，及時有效地收集相應的數據信息，以便于以這些數據信息為基礎，對風閥的開啟程度加以調整，以實現對于地鐵通風空調系統新風量的有效控制，同時也可以實現對于新風負荷數據的及時引入，以保障后續節能管理工作的有效開展。在這個過程中，需要以前端風閥開啟的程度為基礎，來實現對于新風負荷的有效調整。

3.5 空氣-水系統調節

謹就當前的地鐵通風空調系統的設計而言，一般情況下所采用的系統都是全空氣空調系統，無論是系統結構、資源占用、技術難度還是建設成本都不具備優勢，并且該系統需要進行空氣的長距離輸送，在管道搭建方面會導致空氣氣壓損失情況，影響輸送效率。同時，由于冷空氣在管道輸送的過程中會吸收熱量，因此當冷空氣到達地鐵車站與隧道當中的時候，冷空氣的冷卻效果會大打折扣，基于這種情況，空氣-水空調系統就可以起到良好的制冷效果。該系統的設計利用了地鐵底部通道的特殊結構，向盤管中輸送冷水，通過通風管道來進行冷氣的內部輸送。這種情況下，當車站內部開始進行通風時，則冷空氣會被輸送到車站部的公共區域；當車站內部處于空調工況的情況下，需要首先對新風與回風進行冷卻處理，進而將其排放到公共區域，而盤管中的冷凝水在管道的輸送下會進入到排水溝當中，而水的冷卻過程可以通過水分蒸發的方式來加以實現。

3.6 地鐵空調系統的風壓控制

在對地鐵通風空調系統設計的過程中，除了保證該通風空調系統有效性，減少不必要的能源損耗之外，還需要從費用控制與成本節約的層面上加以考量，做好地鐵隧道通風空調系統的風險控制。實際上，地鐵隧道系統的空調風險控制主要應當基于空調大系統，首先減少對于能源的使用，在節能效果提升的前提下，就地鐵隧道內部采取針對性的空調系統風壓控制措施，實時監測地鐵隧道溫度并加以收集與記錄，及時處理這些數據信息，并且對于隧道風機加以有效調整，以減少能源的不必要使用，減少設備損耗與成本投入，實現地鐵通風空調系統節能效果的優化[3]。

4 結語

整合以上論述，本文所提出的地鐵通風空調系統設計與節能優化都可以進一步提高通風空調系統的應用效果，減少能源損耗的同時還可以減少成本的投入，因此同時具備較好的社會效益與經濟效益，在我國大力推進可持續發展的今天，這一節能系統的設計與應用可以為我國能源資源的節約起到更好地效果。