地铁暖通空调系统的节能控制

赵 月

（北京市地铁运营有限公司机电分公司，北京 100043）

0 引言

地下车站结构一般分为站厅、站台两部分，其又分别设有公共区域和附属房间区域，整个地下区域形成相对密闭的空间。其中空调系统均按照最热天气、最大负荷进行设计，且有20%～30%的设计余量，实际情况一般不会在满负荷的情况下运行。此外，大部分地铁车站空调系统均采用定流量模式运转，且基本按照满负荷开机，因此造成能量的损耗，如若根据末端负荷变化来调整和控制系统整体运行，则空调系统会存在较大的节能潜力。这就需要对暖通空调系统如何节约能源进行分析，制定管理对策。

1 地铁暖通空调系统分析对象

1.1 系统构成

地铁车站通风、空调系统是地铁重要的防灾、救灾、服务设备设施。地铁通风空调系统由隧道通风系统、车站通风空调系统（简称大系统）、车站设备及管理房间通风空调系统（简称小系统）、及车站空调水系统（简称水系统）组成。

其主要承担地铁车站站厅、站台、重要的设备用房、管理用房的通风换气、火灾排烟、空气调节功能。系统设备的运行控制采用原地、车站集中、中心控制三级方式。

车站、区间通风由设在车站风道内的大型轴流风机、设在区间风道内的大型轴流风机以及附属的通风设备组成。实现车站空气调节及防灾功能。

地铁通风空调系统应具有正常通风、阻塞通风（地下区间隧道）及火灾排烟三种运行模式。①正常通风模式：通过ISCS（Integrated Supervisory Control System，综合监控系统）或BAS（Building Automatic System，环境与设备监控系统）实现对通风空调系统设备的监控，根据季节变化实现空调季、过渡季、冬季工况模式的转换和运行。其中空调季采用小新风运行，过渡季和冬季采用全新风运行；②阻塞通风模式：列车在地下区间隧道发生阻塞时，接收ISCS 或BAS 的指令，由正常通风模式转换为阻塞通风模式运行；③火灾排烟模式：当地下区间隧道内、车站及车站附属用房发生火灾时，接收FAS（Fire Alarm System，火灾自动报警系统）的指令，由正常通风模式转换为火灾排烟模式运行。

水冷式中央空调系统主要由设在车站冷冻站内的冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、控制设备；设在地面的冷却塔；设在风道内的表冷器；设在各个房间内的新风机组；连接各个设备的管路和电气线路组成。水冷式空调系统是靠水来把车站的热量输送到地面冷却塔并散发到空气中的，机组效率较高。

1.2 负荷构成

负荷主要包括站内人员散热、设备散热（照明、广告灯箱、自动售检票设备、扶梯、电梯等）、区间与站台公共区的散热（轨行区活塞风带动列车发热量）、出入口热渗透以及新风所形成的负荷。由于地铁站处于地面以下，周围的围护结构有利于降低空调负荷，太阳辐射热在空调负荷的占比很小。

（1）水系统节能环节。水系统是暖通空调的重要组成部分，其可以帮助地铁站工作人员来判断暖通空调的使用台数，即工作人员根据冷水机组供/回水温度来决定暖通空调的启用/暂停，这对于暖通空调的节能控制有着重要意义。而且工作人员在节能控制的过程中也可以根据冷水泵的供回水温度差异来进行调节暖通空调的工作频率，这既保证了暖通空调作用的发挥，而且也有效减少了资源的浪费。

（2）风系统节能环节。风系统节能控制对于地铁暖通空调节能也有着重要的意义，就当前地铁暖通空调风系统节能控制来看，大部分地铁风系统在早间启运和晚间停运时都可以根据隧道温度和二氧化碳来实现风系统的调节，这有效降低了资源的浪费。此外，地铁在正常运营期间，风系统也可以根据地铁内的温度来进行排风扇工作频率的调节，以便于保证排风扇工作频率能够与地铁运行状态的一致性，进而实现节能控制。

2 对地铁暖通空调系统节能问题的管理对策

2.1 合理规划施工，降低资源消耗

地铁施工人员应当根据自身实际情况，合理规划施工。

例如，设计施工部门在暖通空调前期施工过程中应当先对以往的地铁暖通空调运行问题进行分析总结，了解原有暖通空调系统设计的缺点以及施工环节的配置，为后期暖通空调节能的实现提供参考。其次，设计施工人员在设计规划完成后，应当及时对空调暖通系统的节能性能进行测试检验，即充分模拟列车运行时产生的周期性热环境的变化，将暖通设备置于该环境下进行运行测试，通过对于暖通空调设备各项数据指标的测量，如设备功率、暖通空调运行负荷系统等多种设备运行数据，如果测试结果符合要求，设计施工人员应当按照测试环节来进行施工过程的细化，以便于实现暖通空调的节能性。最后，相关部门还可以对暖通空调设备进行全面地改造升级，在升级过程中可以使用目前较为先进的技术，实现对暖通空调设备的数字化、功能化、智能化的管理，充分利用此类设备智能化和优速化的特点，降低能源的消耗，实现节能的目的。

2.2 空调水系统节能控制

对于城市轨道交通地下车站来讲，水资源能耗是暖通空调能耗的重要组成部分，地铁设计人员在进行暖通空调设计时应当合理规划设计，降低水资源的消耗。

例如，在水系统设计方面，设计人员可以根据环境因素采用一次泵定流量系统，保证在暖通空调运行的不同时刻，地铁人员都能够根据需要进行水资源消耗量的调节，即当暖通空调负荷侧流量变化时，调节人员可以根据压差变化来调节压差阀开度，进而实现管道通水量的调节。通过上述各种策略的实施，可以有效提升地铁暖通空调的水资源消耗控制量，降低暖通空调运转过程中的水资源消耗，实现空调系统节能。当前暖通空调水资源系统结构如图1 所示。

2.3 空调通风系统节能控制

通风系统作为地铁暖通空调的末端，主要的节能对象就是组合式空调风机、调节风阀等设备，在绿色节能发展要求下，地铁设计人员应当加强对空调通风系统的节能控制。

例如，在通风系统节能控制中，设计人员可以采取BAS 集成控制系统、水系统与通风系统相结合等多种策略来降低资源浪费。首先就BAS 集成控制系统来讲，设计施工人员可以采取区域整合或者顺序关联的方式将通风系统与地铁暖通空调的整体运行系统进行连接，以便于保证通风系统能够根据暖通空调的运行情况来转变自身运行频率，按需求来完成新风的供应。其次，就水系统与通风系统的结合来讲，这一节能方式使得两个系统既具有一定的独立性，可以以自身设计的指标为导向进行工作，也可以为另一个系统的运行提供数据参考。但是设计人员在将水系统与通风系统进行关联时，也应当注意一旦通风系统长时间无法达到制定温度时，通风系统要主动向水系统请求增加调节阀整体开度。

2.4 对冷却塔及时清理来实现节能

冷却塔是地铁暖通空调系统的主要组成部位之一，由于其修建在地铁站外部，在经过多年的使用后就会布满灰尘，造成堵塞，从而导致通风能力减弱，严重影响冷却的效率，造成能源的损失。有关部门应该对于冷却塔及时进行清理，从而实现节能的目的，另一方面，对于冷却塔还应该进行日常的维护与保养，定时对冷却塔进行检查和维修，一旦发现存在安全隐患的问题，就需要及时的进行科学化的处理，从而保证冷却塔的正常工作，防止由于冷却塔因故障被迫暂停工作而导致的能源浪费现象。

图1 地铁通风空调水系统原理

例如北京地铁10 号线使用的方形横流风冷却塔，经过长时间的使用，填料层和布水盘被尘土覆盖产生了堵塞，使冷却塔内的冷却水流到外面，造成了能源的浪费，因此，在冷却塔的使用过程之中，要进行定时的检查和维护，在发现填料层和布水盘被尘土覆盖到一定程度时，应该及时派专人对于其进行尘土的清理，如可以采取使用鼓风机进行干吹的方式去除尘土，保证北京地铁10 号线冷却塔的正常使用，做到防患于未然。在冷却塔运行过程中出现问题要及时处理，这样地铁暖通空调系统能源的浪费现象就会减少，实现节能的目的。如对于冷却塔的电力系统发生停电现象时，首先应该将冷却塔的总电源进行切断处理，保证维修过程的安全性。其次应该进行总成电路短路问题的判断，防止由于短路而产生较多的热量从而引起火灾。之后再进行正常的维修检测处理即可，有助于对于地铁暖通系统冷却塔的节能降耗。

3 结束语

地铁出行在人们的出行方式中扮演着越来越重要的角色，暖通空调系统是地铁运行的重要组成部分，地铁暖通空调系统为人们创造舒适的环境，而且能够进行通风排烟，但暖通空调系统也是地铁众多系统中能源消耗最多的系统，为了以较高效率的使用暖通空调系统，降低能耗，这就需要不断地对暖通空调系统进行研究改进，以实现地铁暖通空调系统节能的目的。