基于氣候條件的地鐵站通風空調系統節能運行研究

摘 "要：節能降耗、綠色發展是當前地鐵運營單位積極探索的發展之路，該文基于貴陽市良好的氣候條件，結合貴陽地鐵1、2號線客流特征，對車站公共區通風空調系統開展節能運行研究，選取25座車站作為試點開展實踐論證。數據表明，車站公共區通風空調系統節能運行方案可行，在保證候車環境質量前提下，還能實現企業節能減排和降本增效的目的。

關鍵詞：地鐵；通風空調；節能降耗；減排；降本增效

中圖分類號：U231+.4 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2024）20-0046-04

Abstract： At present， energy saving， consumption reduction and green development are the development road actively explored by subway operation units. Based on the good climatic conditions of Guiyang City， as well as the passenger flow characteristics of Guiyang Metro Line 1 and 2， this paper carries out the research on the energy-saving operation of the ventilation and air-conditioning system in the public area of the station， and selects 25 stations as pilot projects to carry out practical demonstration. The data show that the energy-saving operation scheme of ventilation and air-conditioning system in the public area of the station is feasible， and the purpose of energy saving， emission reduction， cost reduction and efficiency can be achieved under the premise of ensuring the quality of waiting environment.

Keywords： subway; ventilation and air conditioning; energy saving and consumption reduction; emission reduction; cost reduction and efficiency improvement

地鐵作為一種大運量公共交通系統，其運營能耗給運營企業帶來了巨大的運營成本和經濟壓力。由于地鐵的公益屬性，決定其自身運營收支難以相抵，節能降耗、綠色發展成為了所有運營企業的共識，各運營企業十分重視節能降耗技術的探索及應用，以期減少用電成本。在貴陽地鐵能耗體系中，列車牽引、車站動力照明是最主要的能耗部分，地鐵1、2號線車站動力照明能耗占運營總能耗的50%～60%，車站公共區通風空調系統作為車站動力照明能耗占比較大的設備，基于貴陽市優勢氣候條件及客流特點，開展地下車站公共區通風空調系統節能運行研究具有重大現實意義[1]。

1 "現狀

1.1 "貴陽市氣候條件

貴陽市屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候，兼有高原性和季風性氣候特點，統計2018—2022年1—12月平均氣溫（圖1）如下：1—4月及10—12月，月平均氣溫小于等于17 ℃；5、6、9月，月平均氣溫大于17 ℃且小于23 ℃；7、8月，月平均氣溫為23.7 ℃；根據貴陽市2018—2022年氣溫情況，可將全年劃分為：第一階段為1—4月及10—12月；第二階段為7、8月；第三階段為5、6、9月。

1.2 "地鐵客流情況

1、2號線運營里程共計74.37 km，共55座車站（其中50座為地下站），2023年雙線日均客運量36萬人次左右。工作日與非工作日的全日分時客流分布能夠準確反映出市民乘客的出行習慣和出行時間規律，對8月某工作日、非工作日開展全日分時進出站客流特征分析，由圖2可知，工作日客流隨時間變化呈現雙駝峰分布，早高峰07：00—09：00時段進出站客流為11.54萬人次/h，晚高峰17：00—19：00時段為13.36萬人次/h，早晚高峰時段進出站客流占比全日40.73%；非工作日08：00—20：00時段客流分布較均衡，整體起伏不大，每小時進出站客流均未超過2.2萬人次/h。

1.3 "設備運行情況

車站公共區通風空調系統（簡稱大系統），運行工況詳見表1。小新風模式一般在暑期結合冷源系統使用，站內空氣與少量新風進行循環；全新風模式是由外界供應新風，站內舊風排出；自然通風模式是利用列車運行帶入活塞風（隧道通過風道、風亭與外界連通）通過站臺門上方電動風閥組進入車站；大系統停機工況一般在運營結束后執行[2-4]。

根據貴陽地鐵1、2號線《通風空調設計文件》相關參數，1號線20座地下車站大系統組合式空調柜總額定功率約為1 245 kW，大系統執行全新風模式的實際運行功率合計845.40 kW；2號線30座地下車站大系統組合式空調柜總額定功率約為1 890 kW，大系統執行全新風模式的實際運行功率合計813.60 kW。為了在初期運營期間吸引、培育客流，當前運營期間1、2號線50座地下車站大系統執行全新風模式，全力營造舒適、安全的候車環境。

全年365 d運營時段（每日運營服務時間約17.7 h），開啟1、2號線地下車站大系統所需能耗為

（845.40+813.60） kW×17.7 "h×365 d≈1 071.8萬kW·h。

2 "通風空調系統節能運行研究

2.1 "可行性研究

貴陽地鐵1、2號線《通風空調設計文件》明確：大系統執行全新風模式時，1號線理論輸送風量為50 200 m3/h，2號線理論輸送風量為48 000 m3/h。1、2號線日均客運量合計約36萬人次，每位乘客在車站滯留1 h，1、2號線50座地下站在早晚高峰（5.67 h）開啟全新風模式時，每位乘客每小時供應的新鮮空氣量理論值為

（50 200 m3/h+48 000 m3/h）×5.67 h×50÷360 000人次÷1 h=77.33 m3/h·人次。

GB 50157—2013《地鐵設計規范》規定：地鐵列車在隧道內高速運行時會產生活塞效應，活塞風可有效排除地鐵內部產生的大量熱量，這些系統方式的實施可以節省大量的電力消耗，應優先加以應用，當系統布置合理時，每列車產生的活塞風風量約為1 500～1 700 m3。貴陽地鐵1、2號線《地下車站通風空調工藝圖設計說明》規定：當室外焓值小于等于61.5 kJ/kg且室外溫度小于等于17 ℃時，可采用自然通風模式，即開啟站臺門頂梁上方電動風閥組，使隧道、站臺公共區臨時形成一個開放式系統，利用隧道列車運行帶入的活塞風對車站公共區進行供風。每列車產生的活塞風風量按1 500 m3計算，1、2號線地下站分別為20、30座，載客列車數分別為302、299列次，日均客運量合計約36萬人次，假設每位乘客在車站滯留1 h，大系統開啟自然通風模式時，每位乘客每小時供應的新鮮空氣量為

[（1 500 m3×302×20）+（1500 m3×299×30）]÷360 "000人次÷1h=62.54 m3/h·人次。

由以上數據可知，當系統執行全新風或自然通風模式時，每小時向每位乘客供應的新鮮空氣量均能符合GB 50157—2013《地鐵設計規范》中“當采用通風系統開式運行時，每位乘客每小時需供應的新鮮空氣量不應少于30 m3”的要求[5-8]。

2.2 "節能運行方案

貴陽地鐵1、2號線《通風空調設計文件》明確車站大系統自然通風模式的設計溫度臨界值為17 ℃，當車站外部氣溫大于17 ℃時，僅執行自然通風模式（不供冷），車站公共區溫度較高，候車環境舒適度明顯降低。因第二、三階段平均氣溫值高于17 ℃，所以只能在第一階段開展“全新風+自然通風”模式節能運行研究[5-7]。

第一階段（1—4月及10—12月）共計7個月，月平均氣溫小于等于17 ℃，工作日客流隨時間呈現雙駝峰分布，早晚高峰進出站客流占比全日40.73%，非工作日客流分布較均衡，整體起伏不大。基于第一階段的優勢氣候條件及客流特點，制定1、2號線地下車站大系統節能運行方案：1—4月及10—12月里，工作日早晚高峰時段（合計5.67 h）為獲得較大新風量，大系統宜采用全新風模式，其余時段（約12 h）采用自然通風模式，充分利用隧道列車運行帶入的活塞風對車站進行通風換氣。

2.3 "實踐論證

大系統是否可以開展節能運行，首先要判斷節能運行期間車站溫度、二氧化碳濃度等參數是否符合規范要求。選取1、2號線共計25座試點車站開展為期60 d（2023年4、11月）的車站溫度、二氧化碳濃度測定工作，前后各30組數據分別于4、11月測量完畢，如圖3所示。由圖3可知，全新風模式下，4、11月站內平均溫度分別為21.84、19.99 ℃；自然通風模式下，4、11月站內平均溫度分別為21.65、20.36 ℃；全新風或自然通風模式轉換期間未出現溫度大幅波動現象；執行全新風或自然通風模式時，車站溫度均能滿足“當車站采用通風系統時，公共區夏季室內空氣計算溫度不宜高于室外空氣計算溫度5 ℃，且不應超過30 ℃”的國標要求，優勢氣候條件可以充當天然冷源，保證站內適宜溫度。全新風、自然通風模式下，車站內二氧化碳濃度均在300～500 ppm范圍內波動，符合國標（低于1 500 ppm）要求。此外，4、11月試點車站平均濕度分別為78.51%、62.04%，與室外濕度基本一致。實踐證明，采用節能運行方案，車站相關參數指標能夠充分滿足規范要求[8-10]。

按照節能運行方案，在保證空氣質量及站內溫度適宜的前提下，以2023年為例，第一階段中，工作日（143 d）每天停機約12 h，非工作日（69 d）全天停機（17.7 h），可計算出1、2號線第一階段節省電能約為

[（845.4+813.6） kW×12 h×143 d]+[（845.4+813.6） kW×17.7 h×69 d]≈487.3萬kW·h，假設電價為0.57元/kW·h，可節約277.76萬元，經濟效益可觀。

3 "結論

本文對貴陽市2018—2022年氣溫、雙線客流特征及設備運行情況開展統計分析，探索出全年中1—4月及10—12月平均氣溫小于等于17 ℃，可以滿足車站公共區大系統開展“全新風+自然通風”模式節能運行研究條件。結合車站通風空調系統設計文件及相關規范要求開展可行性研究，并通過50座試點車站開展實踐論證，車站溫度及二氧化碳濃度等相關測定參數證明，基于貴陽市優勢氣候條件及客流特點的節能運行方案可行且具有良好的經濟效益，在保證服務質量的前提下，又能實現節能減排和企業降本增效的目標。

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