苏州市某地铁车站高效空调系统节能改造实践

郑进龙

摘要：地铁车站空调系统普遍存在设计、施工、运维等各环节相互割裂的现象，最终造成系统运行能耗高的弊病。本文基于苏州市某既有地铁车站进行智能高效空调系统节能改造实践，完成了控制系统升级改造、规范化督导施工、精细化调试等工作，一个空调季后风水系统节能率达40%以上，冷站COP达到了4.9以上。本项目为今后地铁车站空调系统节能改造及新建车站智能高效空调系统建设提供了借鉴实例，具有巨大的现实意义。

关键词：地铁车站，高效空调系统，节能改造，节能率

0 引言

据统计，地铁车站通风空调系统占总能耗比约为20%～40%。在地下车站的通风空调系统能耗中，空调水系统在空调季的占比一般在70%左右。

面对如此高能耗，轨道交通工程的空调系统却一直存在着系统运行与理论计算偏离、缺乏实际运行数据等问题。通过实际测试，部分车站的电冷源综合制冷性能系数达不到《公共区建筑节能设计标准》（GB 50189-2015）中要求的水平。

2017年由广州地铁设计院罗燕萍，罗辉，韩瑶、余珏等人[1～4]对广州地铁车陂南站进行了高效空调系统全面节能升级改造，成功将系统全年综合COP提升到5.0以上，成为我国轨道交通行业中第一座以接近设计负荷工况在线运行的高效空调制冷机房，提出了地铁车站空调系节能统控制方法。在此基础上，2020年深圳地铁南山书城站高效空调系统应用获得了巨大成功。

由此，智能高效空调系统在轨道交通车站开始了推广应用。苏州市轨道交通抓住契机，在既有车站进行了高效空调系统节能改造，示范先行，并为新建线路提供实例参考。

1 车站空调系统概况

本站为地下二层岛式站台车站，于2017年建成通车，总建筑面积11507m2，总冷负荷为1159kW。冷水机房内设置2台制冷量均为579.6kW的螺杆式冷水机组。冷冻水泵、冷却水泵、大系统空调设备均变频运行，水系统设置有节能控制系统。

2018年7月，本站实测冷水机房综合能效COP仅为3.7，主机实测COP≈5.47，能效偏低，。水系统节能控制系统如同虚设，各设备基本为定频运行。

针对以上情况，2021年进行了高效空调系统节能升级改造，目标为在标准设计工况下制冷机房的综合COP值达到4.56及以上，节能率在23%左右。

2 节能改造方案

通过空调系统能耗及能效评估、优化空调系统及控制系统设计、优化管路设计及设备选型、全过程的施工督导及系统调试、智能运维等实现空调系统制冷机房全年平均综合制冷能效系数（COP机房）≥4.9的目标[5]。

2.1 改造内容

本站高效空调系统改造主要内容为：

（1）车站集中节能控制柜采用全新的软硬件，提升优化控制策略;大系统增设集中控制柜，提升水系统控制柜PLC控制能力，实现风水联动，高效节能。

（2）建设数据中心云平台，实时监视各设备运行状态;

（3）云平台设置故障报警及预警功能，能耗分析功能，自动生成报表功能，实现智能运维。

（4）冷却塔改变频控制和增加能耗计量设备，提高冷却塔换热性能。

（5）提升既有变频器功能，变频运行要求。

（6）新增部分风水系统和公共区温湿度传感器、流量傳感器，提高环境监测数据准确性和系统控制精度。

（7）把既有全程式水处理器改造为旁通式设备，保证主机小温差年增加量小于0.3℃，提升冷水机组性能。

2.2 节能控制系统改造

新的高效空调控制系统负责对改造后的大系统和水系统设备及传感器进行采集并根据节能控制策略对环控设备进行调节，同时将采集的数据及设备状态上传给环境与设备监控系统（下文简称“EMCS系统”），通过EMCS系统与主控系统的接口将智能高效空调控制系统采集的数据上传控制中心。

空调送风量采用前馈控制：利用新风机转速及新风温度计算新风负荷作为空调送风量的前馈控制量，通过变频器改变空调送风量，实现冷量及空调除湿量随负荷变化自动调整。

冷水量由二通阀调节采用前馈加反馈的控制模式：一方面，采用公共区实测温度作为反馈控制量，纠正控制误差，使得公共区温度稳定在设定范围内。另一方面新风负荷作为前馈控制量，参与末端冷水量的调节，使负荷的变化也同时反映到冷水量的调节上来。二通阀的控制引入不灵敏环节避免二通阀频繁动作。

3 改造成果

本站空调系统改造前无存储运行数据的功能，只有2018年为期一周实测的历史数据，因此，选取空调系统改造后气候条件与之相仿的连续节能运行的数据进行对比分析，来说明节能改造的实际效果。

1）气象数据对比

选取2018年7月26～28日3天，室外干球温度27.6～36℃，室外湿球温度26.3～27.4℃。

2021年8月8日～10日，室外干球温度27.2～35.6℃，室外湿球温度23.7～27.6℃。两次的室外气象条件基本相当。

2）COP值明显提高

选取空调系统节能改造前后连续3天的主机日平均值对比如下表。

结果表明：大系统开启后，改造前主机日平均COP≈5.47。改造后主机日平均COP≈6.06。主机COP值提高了10.8%，基本发挥了主机出厂性能。

选取空调系统节能改造前后连续3天的冷站日平均值对比如下表。

结果表明：大系统开启后，改造前冷站日平均COP≈3.7。改造后冷站日平均COP≈4.92，高于《轨道交通车站高效空调系统》夏热冬冷地区2级能效指标4.9。冷站日平均COP值提高了1.22，约33%。

2）用电量明显降低

选取空调系统节能改造前后连续3天的冷站用电量日平均值对比如下表。

选取空调系统节能改造前后连续3天的公共区空调系统用电量日平均值对比如下表。

对比结果表明：

（1）在制冷量相同的情况下，改造前冷站三天日均用电量约3005kWh，改造后冷站三天日均用电量约2306kWh 。改造后冷站3天日均节电量为699kWh，节能率23.26%。

（2）改造前大系统组空AHU、回排风机RAF运行频率均为40Hz，小新风机工频运行，设备总功率为78.32kW，3天耗电量为4230kWh。。

（3）改造后大系统组空AHU运行频率为25Hz（最低频率），回排风机RAF运行频率为26Hz ，小新风机由CO2浓度控制启停，基本为关闭状态，设备总功率为12.8kW ，3天耗电量为679kWh，节能率为83.95%。

综上所述，改造后高效空调系统风水系统3天节电量为57680kWh，节能率为43.16%，冷站COP为4.92，圆满完成了设定的节能改造目标。

4 结论及建议

本项目对苏州市既有运营地铁车站高效空调系统的节能改造实践，风水系统节能率达43.16%，冷站COP为4.92达到了夏热冬冷地区高效空调系统2级能效指标，也实现了既定的目标，为今后地铁车站空调系统节能改造及新建车站智能高效空调系统建设提供了借鉴实例。但是，3天的改造前后数据对比具有较大局限性，节能率不能说明整个空调季的实际节能情況，因此，建议后续既有车站在改造前应实测存储整个空调季的能耗数据，改造后的高效空调系统也应采用调试完成正式运行一个完整空调季能耗数据，这样才能真实反映高效空调性的节能效果，才具备实际意义。

5 参考文献

[1]罗燕萍，等著.地铁车站高效空调系统设计方法与能效评价[M].中国建筑工业出版社，2019.

[2] 罗燕萍，韩瑶，王静伟，等.地铁车站水冷制冷系统综合节能改造方案研究[J].暖通空调，2019，49（5）1-3.

[3]罗辉，王静伟. 一次泵变流量系统在地铁车站中的应用分析[J].建筑热能通风空调，2016，（5）57-60.

[4]罗燕萍，余珏，韩瑶，等. 地铁通风空调节能系统： 中国，CN201310680717.0， 2015.06.17.

[5] 轨道交通车站高效空调系统技术标准： 中国建筑节能协会，中国城市轨道交通协会. T/CABEE 008-2020，T/CAMMET02003-2020[S].