地鐵通風空調焓值模式與普通空調通風系統的節能對比

李顯林

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

節約資源和保護環境是我國的基本國策，推進節能減排工作，加快建設資源節約型、環境友好型社會是我國經濟社會發展的重大戰略任務。在我國經濟不斷增長的環境下，城市交通出行需求激增，軌道交通的作用越來越明顯，這對于交通系統的空調通風系統有著極高的要求。地鐵作為城市現代化中的重要工程，同時也是惠民工程，地鐵運行對于成本的把控尤為重要。隨著客運量的不斷攀升，城市軌道交通能源消耗快速增長，能耗支出占運營成本的比重不斷增加。通風空調系統是城市軌道交通系統中的能耗大項，約占軌道交通總電耗的30%~40%，甚至超過了列車的牽引能耗。因此，如何在保證地鐵通風空調工作效率效果的基礎上，大幅度減少由通風空調導致的列車能耗，是地鐵通風空調焓值模式需要解決的問題。

1 普通空調通風系統節能模式

1.1 普通空調的通風系統

對于沒有裝配新風系統的普通空調，其通風系統的制冷原理即吸收室內的熱空氣，吸收室內熱空氣中的熱量并將其通過冷凝風機排入室外，同時將被吸收過熱量的冷空氣排入室內，從而達到降低室內溫度的效果。

普通空調的通風系統可以分為由四個部分、四個步驟形成的閉環。該閉環由空調通風系統中的四個主要部分構成，即在閉環中充當動力源的壓縮機、負責進行熱量交換的冷凝器和蒸發器以及膨脹閥。普通空調通風系統節的四個步驟為：①由空調內部的壓縮機通過高溫高壓將氣體送入冷凝器，由冷凝器干燥過濾器與視液鏡，并將從壓縮機送來的氣體冷凝成為液體；②經過冷凝器冷凝后的液體在中溫高壓的作用下被送入膨脹閥，由膨脹閥通過調節氟利昂的濃度將來自冷凝器的液體在膨脹閥中轉化為氣液混合狀態；③由蒸發器吸收氣液混合體，并由霧化作用將液體轉化為氣體；④蒸發器中低溫低壓的氣液混合體被壓縮機吸入，并將其壓縮為氣體，重復以上步驟。以上四個步驟形成普通空調通風系統的閉環。

1.2 普通空調通風系統中的細節

1.2.1 冷凝器冷凝

在高壓作用下，高溫氣體從壓縮機被壓入冷凝器。由于冷凝器中從室內吸入的冷凝風溫度低于高溫氣體，冷凝風與高溫氣體發生熱量交換，冷凝風吸收熱量變成高溫氣體，由冷凝風機排入室外；而冷凝機中的高溫氣體失去熱量變為中熱的液體，在高壓作用下被壓入膨脹閥，在膨脹閥的節流作用之后，液體被轉化為氣液混合狀態，然后被蒸發器吸收。

1.2.2 蒸發器的霧化作用

氟利昂是蒸發器霧化過程中的關鍵冷媒，氟利昂在由液體霧化、再經低壓汽化的過程中會吸收大量熱量，從而將熱空氣變為冷空氣，達到制冷效果。

1.2.3 膨脹閥的節流作用

膨脹閥是確保空調通風系統保持平衡狀態的重要裝置，其感知系統是否平衡的方法為溫度監測，即實時監測出口溫度相較于空調遙控設定溫度的高低；其平衡系統的方式為調節膨脹閥上部與下部的壓力差，從而通過壓力差實現膨脹閥壓力板的上下移動。

當膨脹閥溫度監測到出口溫度高于設定溫度時，首先，膨脹閥上部的壓力值增大，上部壓力值高于下部壓力值，推動膨脹閥壓力板下移，膨脹閥開啟度增大；其次，由于膨脹閥開啟度增大，更多的氟利昂進入蒸發器中，更多的氟利昂汽化將會吸收更多的熱量，導致空調吹出的風溫度更低，對室內的降溫效果更好，直至膨脹閥出口監測溫度與設定溫度相同，空調通風系統達到穩態。反之，若膨脹閥溫度監測到出口溫度低于設定溫度，膨脹閥下部壓力值增大，下部壓力值高于上部壓力值，瑞東膨脹閥壓力板上移，膨脹閥開啟度減小，導致進入蒸發器的氟利昂量減少，降溫效果下降，室內溫度升高，直至與設定溫度相同，通風系統保持平衡。

1.3 普通空調通風系統中的節能模式

在空調的通風系統中，每當空調膨脹閥出口監測溫度與設定溫度相同時，空調都應停止運轉。而普通空調通風系統中的節能模式，僅僅由減少空調達到穩態的次數，降低空調的開機、停機頻率實現。通過這種方式，雖然能達到一定的節能效果，但對于需要低耗能的地鐵來說，卻是遠遠不夠的。

2 地鐵通風空調的焓值模式

焓值是指空氣中所含有的所有熱量，是以干空氣單元質量為基準進行計算的，也被稱為比焓。焓值是溫度和濕度的綜合，是一個能量單位，表示在單位空氣中溫度和濕度綜合后的能力刻度?？諝獾撵手凳侵缚諝馑械臎Q熱量，通常以干空氣的單位質量為基準。簡單將熱量交換應用于空調通風系統中是片面的，不準確的。簡單來說，在空調新風系統中，進行降溫需要空調產生冷量，對空氣除濕同樣也需要冷量，所以新風系統要通過精密綜合的計算、判斷，才能用最小的能耗產生有效的溫度調控。

2.1 地鐵通風空調的焓值模式

地鐵的通風空調系統中，主系統通過所有室內外的溫度、濕度傳感器的數值監控，做出對應的調整。同時主系統通過檢測室內乘客數，進一步優化溫度調控策略，降低溫度濕度的能耗。

2.2 地鐵空調系統焓值模式進行溫度調節的步驟

第一步，由室內、室外配置的溫度傳感器對室內外的溫度及濕度進行實時監測，并根據監測所得數據計算出焓值，同時監測新風系統的溫度。中央控制系統通過獲取這些實時數據，將所監測到的數據代入相應的空氣焓值計算公式，從而獲得對應焓值。此時中央控制系統通過內置的季節模式進行綜合研判，計算出預計送入室內的空氣焓值，并合理調整對應的焓值控制的控制策略。第二步，中央控制系統通過利用室內外的溫度濕度傳感器所采集到的室內外空氣焓值和所計算得到的預計送入室內的空氣焓值，以能量守恒定律為基礎，建立熱平衡等式。第三步，中央控制系統根據第二步中所列出來的熱平衡等式以及對應的季節特性和實時車站內部人流量，計算新風系統機組所需要的冷凍水具體的數量，同時通過計算得出了新風系統需求的冷凍水輸送速度，控制新風系統冷凍水水管的開啟比例，以調節水流量，對流速進行有效控制，達到對應的溫度控制。第四步，在室內外溫度濕度產生較大差別，或室內溫度過高過低，則啟動中央系統，對室內外溫度濕度進行檢測，計算焓值，然后依次重復第一、第二、第三步，進行溫度濕度調控。

2.3 地鐵空調系統焓值模式調節的細節

2.3.1 不同地域環境因素對地鐵空調系統焓值模式的要求

我國地域遼闊，不同的地區有不同的氣候。因海拔、氣候等自然環境因素，各局部地區的基礎溫度、濕度、空氣焓值都有很大差異。這就導致一套統一的地鐵空調系統焓值模式中央控制程序不能使用于所有地區。如果不考慮各地區的基礎環境差異，并不會對室內環境產生正向影響，甚至還會增加不必要的空調主機功耗和地鐵運營成本。在這種情況下，地鐵空調就要求各地方設計新風系統的設計者全面考慮到地域環境差異。通過對中央控制系統進行全面優化，設置全面細致的適用于地方的控制操作系統。地鐵空調系統焓值模式的設計者通過調研計算不同季節、不同天氣、不同時間段下的環境參數，對地鐵空調系統焓值模式中央系統進行相關設置，達到有效的節能減排、降低功耗的效果。

2.3.2 不同時段人流量對于地鐵空調系統焓值模式的要求

不僅僅要考慮局部地區溫度濕度問題，同時設計者還要考慮在不同的人流量下，新風系統對于冷凍水的需求和流量都有所不同。在人流量大的情況下，地鐵室內的自有溫度較高，此時對于降溫的需求較小，對除濕要求較高，這種情況就和人流量較少的情況有所不同。地鐵空調系統焓值模式的設計者需要對人流量進行相關分析流調，得到相關參數，設置中央控制系統。

2.3.3 各種外界變量對于地鐵空調系統中央控制系統的要求

地鐵空調系統焓值模式對于變量控制較多這需要更強算力的中央控制系統進行控制、分析、研判，同時也要求在建造之初就要對地區環境進行調研分析并對系統進行調試。

3 地鐵通風空調焓值模式與普通空調通風系統的節能對比

3.1 地鐵空調系統焓值模式的簡述

目前地鐵通風空調焓值模式的節能效果主要是由冷水供回水溫度差計算主機負荷達成的，即冷水流量、供回水溫差和供回水的比定壓熱容三者的乘積作為主機負荷，這種控制方式能夠即時反應空調主機的實時功耗、負荷。但這種傳統的地鐵空調系統并不具有各方面傳感器和相關環境參數，不能實時掌握對應的環境需求量，會造成很多不必要的能源浪費，提高當地地鐵運營成本。因為空調的供給水溫是由空調主機內部溫度決定，而流量則為上一環境情況下所確定。而同時冷凝水回流至主機則為時間段的環境所決定，并不能得到實時的環境數據。這就使得空調整體調節反應時間較大，對變化較快的環境情況無法做出及時、有效、對應的控制策略，造成極大的能源浪費。同時地鐵通風空調系統所占空間比例較大，管道眾多，冷凝水輸送系統復雜，建造困難，后期改建、擴建、翻新工程較難。在冷凝水輸送環節，會產生大量能源損耗，這導致空調會消耗更多的能源去對冷凝水進行二次控制消耗過多的能源。

3.2 地鐵空調系統焓值模式的優缺點

相比傳統的地鐵通風空調系統，地鐵空調系統焓值模式的設計者會通過調研、計算不同季節、不同天氣、不同時間段下的環境參數，對地鐵空調系統焓值模式中央控制系統進行適宜當地環境的相關設置。由于地鐵的空調系統焓值模式根據具體的相關環境情況進行了基礎環境設置，因此，它可以有效進行基礎的環境調節，有效利用環境。不僅地鐵空調系統焓值模式需要實時監測不同季節、不同天氣、不同時間段的地域環境的情況，即時的對于溫度與濕度的實時監控也極其重要。地鐵空調系統的焓值模式在室內外設置有多個環境監控器，它可以通過數目龐大的環境監控系統，實時監控地鐵內外的環境溫度、空氣濕度，并將相關數據傳輸至中央控制系統，計算出實時的焓值，并根據測量、計算后得出的不同焓值來進行即時的空調通風系統調節、反應。這種實時監控的方式可以得出最佳的溫度、濕度、通風方式的調節方式，這種反應方式較傳統的地鐵通風空調的控制方式更為精準、即時，同時控制的慣性較小，轉換時間短，可以進行有效溫控。

地鐵空調系統焓值模式最佳的控制調節方式可以有效利用環境情況，極大降低空調設備對于能源的消耗。除此之外，地鐵空調系統焓值模式相比于傳統的空調系統，會考慮到更多的人為因素。不同人流量下對于溫度濕度的要求也不一樣，對溫度濕度的影響也不一樣。有效地、全面地對人流量的監測有助于地鐵空調系統焓值模式利用實時環境情況，進一步降低整體系統的能源消耗。

3.3 未來地鐵空調系統

除了地鐵空調的焓值模式，還有許多新型地鐵空調系統，如供冷模式自動切換控制等。新型地鐵空調供冷模式自動切換控制有三種供冷模式：完全新風模式、新風與冷機組合供冷模式以及完全供冷模式。其中不同供冷模式的切換靠溫度感應器觸發，即在溫度感應器測量到外界新風溫度后，由系統處理比較外界新風溫度與設定溫度的大小，從而觸發供冷模式的切換。這種新型地鐵空調系統更加節能環保，自動切換控制的特性也使其更加智能。

盡管新型地鐵空調通風系統有多重好處，但創新帶來風險也是不容忽視的。以新材料、新技術、新設備代替舊材料、舊技術、舊設備需要較大的經濟投入，這對地鐵企業的相關成本投入提出了極大的考驗。此外，相比于舊材料、舊技術、舊設備，新材料、新技術、新材料市場應用時間較短，相關技術不成熟，企業應用的風險較大。當前低對相關地鐵企業的挑戰不僅僅在于是否勇于創新，更在于其對于創新方向的精準選擇，對于風險的衡量與選擇，對于政策、市場風向的敏銳覺察。

4 結束語

綜上所述，地鐵通風空調焓值模式已經形成了一個較為完善的、多元聯動的控制系統。地鐵作為普惠公共設施，對于成本的控制極為重要，地鐵通風空調焓值相比于普通空調通風系統的節能模式，焓值模式更加靈活、智能，更能適用于處于地下且氣溫多變的地鐵環境，減少地鐵運行的耗能。先進的地鐵通風空調焓值可以打造出更為安全、舒適的地鐵環境，也可以緩解老舊地鐵的通風困難問題，進一步優化我國各地區建設?；诟鞯貐^的環境氣候打造的地鐵通風空調系統，為未來的地鐵建設提供更為先進的理念，同時也為老舊地鐵站改造建設提供新思路。