刍议地铁通风空调节能设计

何垒

摘 要：地铁由多个车站通过隧道连接成的相对封闭空间，与外界的空气交换只能通过车站出人口和有限的隧道风井来进行，因此必须合理设计地铁通风空调系统，通过人工方法对地铁内的温度、湿度、有害物浓度和空气流速等进行控制，为乘客提供适宜的环境；并在紧急情况下保证乘客的安全。

4、 前言

随着城市的快速发展，交通已经成为制约城市建设的一个重要因素。因此，地铁作为一种方便快捷的城市公共交通工具，在国内也已受到关注，越来越多的城市开始发展地铁交通系统。地铁尤其是地下线，处在相对封闭的地下空间里，必须通过通风空调系统创造人工环境，以满足列车、设备、人员和防灾的需要，可以说通风空调系统在地铁中处于一个相对较重要的地位。笔者结合地铁车站通风空调系统设计的一些经验和体会，对地铁车站通风空调系统设计的几个方面提出自己的看法，供大家参考。

2、地铁隧道通风与空调系统运行模式

1）目前国内地铁隧道通风与空调系统运行模式通常有以下几种：开式系统、闭式系统、屏蔽门式系统。下面将三种系统模式作一个简单的描述（见表1）。

综合下来，屏蔽门式系统较普通闭式系统增加投资在200万元～300万元左右；同时屏蔽门式系统带来的好处是：

a.通风空调系统节能；

b.车站内环境品质稳定（无明显温度波动，无吹感，噪声降低8 dB～10 dB）；

c.站台乘客安全度大大提高；

d.车站档次标准提高。

2）目前在我国长江流域及其以南地区，地铁车站的制冷需求时间较长，屏蔽门式系统较为常见。随着人们生活水平的提高，对车站空气品质、噪声及温湿度要求也越来越高，北方的很多城市像西安、郑州等正在建设的地铁车站也都采用了屏蔽门式系统。

3、加强地铁空调通风节能的必要性

地铁由于运输量大，单向每小时可以运送 4 万至 6 万人次，而蓬勃发展。我国第一条地铁始建于 1965 年的北京，之后我国的地铁如雨后春笋，目前国内已经有 16 个城市的地铁已经开通，还有十余个城市的地铁在规划中。我国地铁的通车里程已居世界之最。

地铁的车站一般都是狭长的地下隧道，除了各地铁车站的出口和入口以及排风口之外，基本上与外界是相互隔绝的。而地铁上运送着大量的旅客，会产生大量的热量。另外，由于地铁运行过程中，产生的活塞效应，如果不进行合理的疏导，会严重干扰地铁内的负荷。同时随着运营时间的增加，地层的蓄热作用会使得地铁内部的温度聚集而不断的升高。一旦地铁上发生火灾，不仅会造成火势的迅速蔓延，而且在火灾中积累的高温浓烟也会迅速的聚集，并迅速地在地铁车站内蔓延。

4、地铁通风空调系统的节能控制措施

地铁通风空调系统可以分为冬春季、夜间、突发情况等运行方式。按照不同的工况对地铁空调通风进行调节，不仅可以为旅客提供良好的候车和乘车环境，还可以提高能源的利用效率，大大节约运营成本。

4.1 通风空调系统

由于城市轨道交通的特性，客流的变化很大、行车对数在不同的时刻也不尽相同，造成车站内逐时冷负荷的变化很大，其差异也相当的大，如下图可看出，在初、近、远期全天逐时的冷负荷变化都较大。因此、空调系统若采用定频系统，将会造成很大的能源的浪费，因此，在空调系统采用变频控制，根据公共区冷负荷的变化进行调节，可以达到很好的节能效果。

图4.1-1 某地铁车站初期逐时冷负荷

图4.1-2 某地铁车站近期逐时冷负荷

图4.1-3 某地铁车站远期逐时冷负荷

大量的实践证明，通过站台的隧道排热通风系统中风机在正常情况下每天从地铁开始运营到运营结束期间一直运作，是长期运作风机。由于初、近、远期行车对数的变化并且每天不同时刻行车对数也不尽相同，因此，排热风机采用变频控制，可根据行车对数的变化提供不同的风量，且均能满足排热要求。排热风机通过采用变频控制与定频运行相比，每座车站的排热系统每年可节约20万左右的运营费用，其节能效果相当可观。

4.2 空调制冷系统

针对轨道交通车站空调水系统的运行特点，根据目前节能技术发展水平，在满足服务质量的要求下，采用安全、成熟、可靠、有效的节能技术和产品，实现车站空调水系统适应变负荷工况下整个系统综合性能优化控制，在原车站空调水系统中增设变流量智能控制系统，可实现较好的节能效果。

4.2.1变流量智能控制系统概述

车站空调水系统变流量智能控制系统构成图如图4.2-1所示。

图4.2-1 空调水系统变流量智能控制系统构成图

根据车站空调水系统（冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等）设备情况，车站空调水系统变流量智能控制系统主要由以下子系统组成：

1）现场数据采集系统（各类传感器）；

2）变流量智能控制系统（现场智能控制箱、智能控制柜）；

3）现场设备执行系统（冷冻水泵智能控制柜、冷却水泵智能控制柜、冷却塔风机智能控制柜）。

4.2.2变流量智能控制系统控制方式

车站空调水系统变流量智能控制节能技术集合了计算机技术、智能模糊控制技术、系统集成技术、变频调速技术等。

根据冷冻水系统特征及循环周期，通过预测的方法推理预测出未来时刻空调系统的负荷，并据此获得未来时刻系统的运行参数，在保证服务质量的前提下，使供给的冷量与需求冷量匹配，最大限度减少能量浪费并降低输送能耗。

利用模糊控制技术建立自适应模糊优化控制算法模型，如图4.2-2。实现空调冷却水温度的自动寻优，并据此调节冷却水流量和冷却塔风量，使空调系统在任何负荷条件下都高效运行，实现系统效率最佳。

图4.2-2 自适应模糊优化控制算法模型

根据当前负荷状况和历史记录的空调主机效率负荷特性，选择一种使空调主机负荷率最接近其高效率点的运行台数组合，实现主机效率与负荷的大致匹配，保证主机尽可能在高效率状态运行。

4.2.3 技术经济分析

变流量智能控制系统经济性综合比较，按所设置典型参数计算，采用变流量智能控制系统，每年可节约运行费用27.69万元，考虑初投资增加60万元，2年多即可收回初投资。其节能效果相当显著。

5、结语

随着科技的发展和人民生活水平的提高，人们对地铁乘车环境的舒适和安全可靠性要求越来越高，致使地铁通风空调系统日益复杂，并导致地铁的土建规模、投资以及运行能耗日益增加。因此在满足使用功能的前提下，设计人员通过优化地铁通风空调设计，可以有效降低造价，减少能耗。

参考文献：

[1]《通风工程学》机械工业出版社

[2]《工业通风》 中国建筑工业出版社