基于氣候條件的地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行研究

摘 "要：節(jié)能降耗、綠色發(fā)展是當(dāng)前地鐵運(yùn)營單位積極探索的發(fā)展之路，該文基于貴陽市良好的氣候條件，結(jié)合貴陽地鐵1、2號線客流特征，對車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)開展節(jié)能運(yùn)行研究，選取25座車站作為試點(diǎn)開展實(shí)踐論證。數(shù)據(jù)表明，車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行方案可行，在保證候車環(huán)境質(zhì)量前提下，還能實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排和降本增效的目的。

關(guān)鍵詞：地鐵；通風(fēng)空調(diào)；節(jié)能降耗；減排；降本增效

中圖分類號：U231+.4 " " "文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)量公共交通系統(tǒng)，其運(yùn)營能耗給運(yùn)營企業(yè)帶來了巨大的運(yùn)營成本和經(jīng)濟(jì)壓力。由于地鐵的公益屬性，決定其自身運(yùn)營收支難以相抵，節(jié)能降耗、綠色發(fā)展成為了所有運(yùn)營企業(yè)的共識，各運(yùn)營企業(yè)十分重視節(jié)能降耗技術(shù)的探索及應(yīng)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(yùn)營總能耗的50%～60%，車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為車站動力照明能耗占比較大的設(shè)備，基于貴陽市優(yōu)勢氣候條件及客流特點(diǎn)，開展地下車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行研究具有重大現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1 "現(xiàn)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(fēng)性氣候特點(diǎn)，統(tǒng)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(jù)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(yùn)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(yùn)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(zhǔn)確反映出市民乘客的出行習(xí)慣和出行時間規(guī)律，對8月某工作日、非工作日開展全日分時進(jìn)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(xiàn)雙駝峰分布，早高峰07：00—09：00時段進(jìn)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(jìn)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(jìn)出站客流均未超過2.2萬人次/h。

1.3 "設(shè)備運(yùn)行情況

車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（簡稱大系統(tǒng)），運(yùn)行工況詳見表1。小新風(fēng)模式一般在暑期結(jié)合冷源系統(tǒng)使用，站內(nèi)空氣與少量新風(fēng)進(jìn)行循環(huán)；全新風(fēng)模式是由外界供應(yīng)新風(fēng)，站內(nèi)舊風(fēng)排出；自然通風(fēng)模式是利用列車運(yùn)行帶入活塞風(fēng)（隧道通過風(fēng)道、風(fēng)亭與外界連通）通過站臺門上方電動風(fēng)閥組進(jìn)入車站；大系統(tǒng)停機(jī)工況一般在運(yùn)營結(jié)束后執(zhí)行[2-4]。

根據(jù)貴陽地鐵1、2號線《通風(fēng)空調(diào)設(shè)計文件》相關(guān)參數(shù)，1號線20座地下車站大系統(tǒng)組合式空調(diào)柜總額定功率約為1 245 kW，大系統(tǒng)執(zhí)行全新風(fēng)模式的實(shí)際運(yùn)行功率合計845.40 kW；2號線30座地下車站大系統(tǒng)組合式空調(diào)柜總額定功率約為1 890 kW，大系統(tǒng)執(zhí)行全新風(fēng)模式的實(shí)際運(yùn)行功率合計813.60 kW。為了在初期運(yùn)營期間吸引、培育客流，當(dāng)前運(yùn)營期間1、2號線50座地下車站大系統(tǒng)執(zhí)行全新風(fēng)模式，全力營造舒適、安全的候車環(huán)境。

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

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

2 "通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行研究

2.1 "可行性研究

貴陽地鐵1、2號線《通風(fēng)空調(diào)設(shè)計文件》明確：大系統(tǒng)執(zhí)行全新風(fēng)模式時，1號線理論輸送風(fēng)量為50 200 m3/h，2號線理論輸送風(fēng)量為48 000 m3/h。1、2號線日均客運(yùn)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(fēng)模式時，每位乘客每小時供應(yīng)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(shè)計規(guī)范》規(guī)定：地鐵列車在隧道內(nèi)高速運(yùn)行時會產(chǎn)生活塞效應(yīng)，活塞風(fēng)可有效排除地鐵內(nèi)部產(chǎn)生的大量熱量，這些系統(tǒng)方式的實(shí)施可以節(jié)省大量的電力消耗，應(yīng)優(yōu)先加以應(yīng)用，當(dāng)系統(tǒng)布置合理時，每列車產(chǎn)生的活塞風(fēng)風(fēng)量約為1 500～1 700 m3。貴陽地鐵1、2號線《地下車站通風(fēng)空調(diào)工藝圖設(shè)計說明》規(guī)定：當(dāng)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(fēng)模式，即開啟站臺門頂梁上方電動風(fēng)閥組，使隧道、站臺公共區(qū)臨時形成一個開放式系統(tǒng)，利用隧道列車運(yùn)行帶入的活塞風(fēng)對車站公共區(qū)進(jìn)行供風(fēng)。每列車產(chǎn)生的活塞風(fēng)風(fēng)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(shù)分別為302、299列次，日均客運(yùn)量合計約36萬人次，假設(shè)每位乘客在車站滯留1 h，大系統(tǒng)開啟自然通風(fēng)模式時，每位乘客每小時供應(yīng)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(shù)據(jù)可知，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行全新風(fēng)或自然通風(fēng)模式時，每小時向每位乘客供應(yīng)的新鮮空氣量均能符合GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》中“當(dāng)采用通風(fēng)系統(tǒng)開式運(yùn)行時，每位乘客每小時需供應(yīng)的新鮮空氣量不應(yīng)少于30 m3”的要求[5-8]。

2.2 "節(jié)能運(yùn)行方案

貴陽地鐵1、2號線《通風(fēng)空調(diào)設(shè)計文件》明確車站大系統(tǒng)自然通風(fēng)模式的設(shè)計溫度臨界值為17 ℃，當(dāng)車站外部氣溫大于17 ℃時，僅執(zhí)行自然通風(fēng)模式（不供冷），車站公共區(qū)溫度較高，候車環(huán)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(fēng)+自然通風(fēng)”模式節(jié)能運(yùn)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(xiàn)雙駝峰分布，早晚高峰進(jìn)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?；诘谝浑A段的優(yōu)勢氣候條件及客流特點(diǎn)，制定1、2號線地下車站大系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)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(fēng)量，大系統(tǒng)宜采用全新風(fēng)模式，其余時段（約12 h）采用自然通風(fēng)模式，充分利用隧道列車運(yùn)行帶入的活塞風(fēng)對車站進(jìn)行通風(fēng)換氣。

2.3 "實(shí)踐論證

大系統(tǒng)是否可以開展節(jié)能運(yùn)行，首先要判斷節(jié)能運(yùn)行期間車站溫度、二氧化碳濃度等參數(shù)是否符合規(guī)范要求。選取1、2號線共計25座試點(diǎn)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(shù)據(jù)分別于4、11月測量完畢，如圖3所示。由圖3可知，全新風(fēng)模式下，4、11月站內(nèi)平均溫度分別為21.84、19.99 ℃；自然通風(fēng)模式下，4、11月站內(nèi)平均溫度分別為21.65、20.36 ℃；全新風(fēng)或自然通風(fēng)模式轉(zhuǎn)換期間未出現(xiàn)溫度大幅波動現(xiàn)象；執(zhí)行全新風(fēng)或自然通風(fēng)模式時，車站溫度均能滿足“當(dāng)車站采用通風(fēng)系統(tǒng)時，公共區(qū)夏季室內(nèi)空氣計算溫度不宜高于室外空氣計算溫度5 ℃，且不應(yīng)超過30 ℃”的國標(biāo)要求，優(yōu)勢氣候條件可以充當(dāng)天然冷源，保證站內(nèi)適宜溫度。全新風(fēng)、自然通風(fēng)模式下，車站內(nèi)二氧化碳濃度均在300～500 ppm范圍內(nèi)波動，符合國標(biāo)（低于1 500 ppm）要求。此外，4、11月試點(diǎn)車站平均濕度分別為78.51%、62.04%，與室外濕度基本一致。實(shí)踐證明，采用節(jié)能運(yùn)行方案，車站相關(guān)參數(shù)指標(biāo)能夠充分滿足規(guī)范要求[8-10]。

按照節(jié)能運(yùn)行方案，在保證空氣質(zhì)量及站內(nèi)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(jī)約12 h，非工作日（69 d）全天停機(jī)（17.7 h），可計算出1、2號線第一階段節(jié)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(shè)電價為0.57元/kW·h，可節(jié)約277.76萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

3 "結(jié)論

本文對貴陽市2018—2022年氣溫、雙線客流特征及設(shè)備運(yùn)行情況開展統(tǒng)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(qū)大系統(tǒng)開展“全新風(fēng)+自然通風(fēng)”模式節(jié)能運(yùn)行研究條件。結(jié)合車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計文件及相關(guān)規(guī)范要求開展可行性研究，并通過50座試點(diǎn)車站開展實(shí)踐論證，車站溫度及二氧化碳濃度等相關(guān)測定參數(shù)證明，基于貴陽市優(yōu)勢氣候條件及客流特點(diǎn)的節(jié)能運(yùn)行方案可行且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和企業(yè)降本增效的目標(biāo)。

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