地鐵車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)能耗影響因素研究

許哲浩

摘? 要：隨著人們生活水平越來(lái)越好，使人們對(duì)地鐵車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)能耗也越來(lái)越關(guān)注。因此，能耗降耗是為現(xiàn)代社會(huì)的主旋律以及重點(diǎn)工作，地鐵空調(diào)的能耗經(jīng)常達(dá)到建筑能耗的一半，所以地鐵空調(diào)系統(tǒng)能耗的潛力是非常大的，對(duì)地鐵空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行能耗改造是建筑技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向，盡管我國(guó)電力系統(tǒng)供應(yīng)能力充足，能耗問(wèn)題絕不能忽視，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)電力資源消耗優(yōu)化，促進(jìn)能源高效轉(zhuǎn)型，促進(jìn)全社會(huì)低碳發(fā)展有積極作用。

關(guān)鍵詞：地鐵;車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng);能耗;影響因素

引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市內(nèi)的交通問(wèn)題日趨嚴(yán)重，越來(lái)越多的城市開(kāi)始考慮將發(fā)展地鐵、輕軌或有軌電車(chē)等不同軌道交通方式作為解決城市交通問(wèn)題的策略和措施.但是在城市軌道交通中，無(wú)論是在市內(nèi)和市郊地鐵、輕軌等軌道車(chē)輛上，還是有軌電車(chē)上，空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗問(wèn)題都日漸突出。

1地鐵空調(diào)系統(tǒng)的組成分析

（1）隧道通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。隧道通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要包括車(chē)輛隧道通風(fēng)系統(tǒng)和區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)。在列車(chē)正常運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)利用列車(chē)的活塞風(fēng)以及車(chē)輛之間的排熱系統(tǒng)進(jìn)行列車(chē)的散熱，以及地下區(qū)間的通風(fēng)換氣工作，從而保證區(qū)間內(nèi)的溫度，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，為地鐵乘客提供一個(gè)舒適的室外環(huán)境。在每日晨間地鐵運(yùn)營(yíng)前以及夜間地鐵停止運(yùn)行后，要將隧道內(nèi)的通風(fēng)機(jī)開(kāi)起，并采用隔站排風(fēng)的方式，對(duì)區(qū)間的隧道進(jìn)行通風(fēng)，從而保證該區(qū)域內(nèi)能夠完成通風(fēng)換氣以及降溫。當(dāng)列車(chē)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)了火災(zāi)時(shí)，隧道通風(fēng)系統(tǒng)可以同時(shí)作為排煙，系統(tǒng)進(jìn)行工作，從而助力人員疏散等工作的開(kāi)展。當(dāng)車(chē)輛以及車(chē)軌區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)，要及時(shí)關(guān)閉下排的熱風(fēng)并開(kāi)啟熱風(fēng)機(jī)，將煙霧從上排熱風(fēng)道排出。（2）地鐵站公共區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)。地鐵站公共區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)主要由回排風(fēng)機(jī)，排煙風(fēng)機(jī)以及組合式空調(diào)機(jī)組構(gòu)成。公共區(qū)域內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)能夠保證地鐵在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，為地鐵乘客提供一個(gè)良好舒適的乘車(chē)環(huán)境。當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)情況時(shí)，可以通過(guò)大系統(tǒng)來(lái)啟動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙，從而為乘客提供流通的空氣，保證人員疏散工作的有效開(kāi)展。（3）地鐵設(shè)備管理用房的空調(diào)系統(tǒng)。地鐵設(shè)備管理用房的系統(tǒng)當(dāng)中，主要是根據(jù)房間類(lèi)型進(jìn)行劃分，主要包括弱電設(shè)備房間空調(diào)系統(tǒng)、管理用房空調(diào)系統(tǒng)以及變電所房間冷風(fēng)降溫系統(tǒng)等小系統(tǒng)。系統(tǒng)當(dāng)中主要包括新風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)，柜式空調(diào)回排風(fēng)機(jī)，排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備，小系統(tǒng)的主要工作內(nèi)容是，為地鐵運(yùn)營(yíng)人員提供良好的工作環(huán)境以及良好的設(shè)備運(yùn)營(yíng)環(huán)境。

2通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗影響因素

（1）室外及隧道空氣參數(shù)室外空氣參數(shù)影響車(chē)輛通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)供冷負(fù)荷中的機(jī)械新風(fēng)負(fù)荷和出入口滲風(fēng)負(fù)荷，隧道空氣參數(shù)主要影響車(chē)輛的屏蔽門(mén)滲風(fēng)負(fù)荷。隨著室外和隧道空氣參數(shù)（相對(duì)濕度和溫度）的提高，地鐵車(chē)輛通風(fēng)空調(diào)能耗相應(yīng)增加。探究供冷期間上述參數(shù)在其可能的變化范圍內(nèi)波動(dòng)對(duì)通風(fēng)空調(diào)能耗的影響。可以看出，室外空氣相對(duì)濕度和溫度的變化對(duì)能耗影響顯著。室外空氣相對(duì)濕度在20%到100%之間變化時(shí)，通風(fēng)空調(diào)能耗從90kW·h變成570kW·h，能耗變化百分比高達(dá)84%。室外空氣溫度在24℃到40℃之間變化時(shí)，能耗變化百分比為78%。隧道空氣參數(shù)對(duì)能耗的影響程度低于室外空氣參數(shù)，隧道相對(duì)濕度對(duì)能耗的影響為33%，溫度對(duì)能耗的影響為28%。（2）機(jī)械新風(fēng)量。機(jī)械新風(fēng)量影響車(chē)輛通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的供冷負(fù)荷，機(jī)械新風(fēng)過(guò)量供應(yīng)導(dǎo)致供冷負(fù)荷大幅增加，造成能源浪費(fèi)。根據(jù)對(duì)地鐵車(chē)輛的大規(guī)模調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前多數(shù)車(chē)輛供冷期間機(jī)械新風(fēng)量在1.0萬(wàn)～5.5萬(wàn)m3/h之間。可以看出，機(jī)械新風(fēng)量在其常見(jiàn)的取值范圍內(nèi)變化，對(duì)空調(diào)季通風(fēng)空調(diào)能耗的影響程度為43%。（3）無(wú)組織滲風(fēng)量。地鐵車(chē)輛的無(wú)組織滲風(fēng)量影響車(chē)輛的無(wú)組織滲風(fēng)冷負(fù)荷從而影響能耗。無(wú)組織滲風(fēng)由兩部分組成，一部分是從隧道經(jīng)屏蔽門(mén)進(jìn)入站臺(tái)的屏蔽門(mén)滲風(fēng)量，另一部分是從室外經(jīng)出入口通道進(jìn)入站廳的出入口滲風(fēng)量。根據(jù)調(diào)研，當(dāng)前多數(shù)地鐵車(chē)輛的屏蔽門(mén)和出入口無(wú)組織滲風(fēng)量在0.4萬(wàn)～3.2萬(wàn)m3/h之間。可以看出，出入口滲風(fēng)量對(duì)能耗的影響程度為29%，屏蔽門(mén)滲風(fēng)量對(duì)能耗的影響程度為12%，前者比后者對(duì)能耗的影響程度更大，主要原因是供冷時(shí)段室外空氣參數(shù)比隧道空氣參數(shù)更為不利。

3地鐵空調(diào)系統(tǒng)的能耗方向以及相應(yīng)措施

3.1地鐵站設(shè)備管理用房空調(diào)系統(tǒng)

（1）送風(fēng)溫差。在進(jìn)行車(chē)輛的設(shè)備管理用房設(shè)備空調(diào)系統(tǒng)的過(guò)程當(dāng)中，可以通過(guò)提高管理用房的送風(fēng)溫差來(lái)降低送風(fēng)量，使得空調(diào)系統(tǒng)的投資成本以及運(yùn)行費(fèi)用能夠得到降低。但是在車(chē)輛以及變電所當(dāng)中，還存在一部分弱電設(shè)備，這部分弱電設(shè)備的發(fā)熱體量較大。所以要在電氣設(shè)備空載時(shí)保證不會(huì)出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象的前提之下將送風(fēng)溫差提高，從而實(shí)現(xiàn)能耗降耗的目的。（2）變電所的空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化。當(dāng)前的地鐵站的地下變電所主要采用的是一次回風(fēng)定風(fēng)量系統(tǒng)。主要工作原理是運(yùn)用冷風(fēng)來(lái)對(duì)于房間溫度進(jìn)行降溫，保持溫度在36℃以?xún)?nèi)。然而，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)的過(guò)程當(dāng)中，其發(fā)熱量會(huì)由于列車(chē)停運(yùn)等因素而降低。在列車(chē)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中整流變壓器，發(fā)熱量達(dá)到了36kW，但列車(chē)停運(yùn)之后，其發(fā)熱量在6kW以?xún)?nèi)，列車(chē)運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，配電變壓器的發(fā)熱量約為18kW，而停止運(yùn)行時(shí)，其發(fā)熱量在6kW以?xún)?nèi)，除此之外，其他的供電設(shè)備在車(chē)輛運(yùn)營(yíng)停止之后，發(fā)熱量也會(huì)急劇降低，但此時(shí)空調(diào)系統(tǒng)仍然處于負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，從而導(dǎo)致了能源的大量消耗。

3.2優(yōu)化地鐵空調(diào)水系統(tǒng)技術(shù)

水系統(tǒng)占據(jù)了地鐵空調(diào)系統(tǒng)的很大一部分能源消耗，對(duì)以地鐵空調(diào)系統(tǒng)能耗改造可以從水系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，減少系統(tǒng)中的過(guò)剩流量，提高水泵的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)效，在地鐵空調(diào)系統(tǒng)中，冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)的容量的設(shè)計(jì)是按照建筑物最大熱負(fù)荷選取的，會(huì)有10%～15%的余量，水系統(tǒng)實(shí)際并沒(méi)有在穩(wěn)定的大水流量下運(yùn)行，由于季節(jié)、晝夜采用負(fù)荷的不斷變化，空調(diào)實(shí)際的熱負(fù)荷要比原有設(shè)計(jì)負(fù)荷低，而我國(guó)地鐵空調(diào)系統(tǒng)普遍采用定流量系統(tǒng)，水系統(tǒng)不能根據(jù)末端變化而變化，優(yōu)化地鐵空調(diào)水系統(tǒng)技術(shù)，減少循環(huán)水泵電機(jī)的能耗，能夠減少空調(diào)系統(tǒng)耗電量的15%～30%，水系統(tǒng)控制來(lái)達(dá)到主機(jī)能耗的作用，而且能耗潛力非常大，減少了能量消耗。

3.3蒸發(fā)冷凝式制冷機(jī)組

蒸發(fā)冷凝式制冷機(jī)組當(dāng)中主要采用的是蒸發(fā)式冷凝器，該設(shè)備主要是利用冷卻水，在蒸發(fā)過(guò)程當(dāng)中的吸收熱，將制冷劑進(jìn)行蒸汽式的凝結(jié)，通過(guò)制冷劑在管道內(nèi)凝結(jié)釋放出的熱，通過(guò)油膜管壁傳遞到水膜當(dāng)中，最后由水的蒸發(fā)將熱量傳遞到空氣當(dāng)中，而蒸發(fā)時(shí)的水蒸氣則會(huì)隨著空氣離開(kāi)。蒸發(fā)式冷凝器與冷卻塔的風(fēng)機(jī)的功率相同，但功率僅僅為風(fēng)冷式冷凝器的1/3。其中，蒸發(fā)冷凝式制冷機(jī)組中的水泵的循環(huán)水量較小，因此，該機(jī)組所需要的水泵的功率僅僅占冷凝器與冷卻塔系統(tǒng)的水泵功率的1/4，能夠減少七成的功率消耗。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，對(duì)于地鐵的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)運(yùn)用多種能耗措施來(lái)實(shí)現(xiàn)高效能耗。在進(jìn)行地鐵能耗的過(guò)程當(dāng)中，降低地鐵系統(tǒng)的耗能是一項(xiàng)工程量較大的任務(wù)，需要各個(gè)部門(mén)緊密合作，將能耗理念貫穿到地鐵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)全過(guò)程中。隨著能耗通風(fēng)設(shè)備的發(fā)展以及系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，地鐵空調(diào)系統(tǒng)的能耗能力也會(huì)逐漸提高，并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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