冰蓄冷隧道降温空调系统在地铁某区间的应用

于永波 李朋 赵明珠 瞿杨盛 赵鹏

作者简介：于永波（1978—），男，本科，高级工程师，研究方向为暖通空调。

摘要：为了能够改善地铁隧道区间温度偏高的问题，为提高列车制冷效果打下良好基础。该文提出了一种冰蓄冷隧道降温空调系统，利用夜间地铁非运营时段的电力容量进行蓄冷，在不增加地铁站用电容量的同时，通过在隧道区间设置制冷末端对隧道进行降温。结果表明，降温效果良好，运行一个月可以将隧道日平均温度降低5.78 ℃，降温效果良好。

关键词：地铁隧道温度 隧道降温空调系统 冰蓄冷 活塞风

中图分类号：U459.1  文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2021）12（b）-0000-00

Abstract： In order to improve the problem of high temperature in subway tunnel and lay a good foundation for improving the cooling effect of train.This paper designs an innovative ice-storage air conditioning system in subway tunnel. Which makes use of the power capacity of subway station during non-operation period at night to store cold water.At the same time， the cooling terminal is set in the tunnel section to cool down the tunnel without increasing the power capacity of subway station. The results show that the cooling effect is good，the daily average temperature of the tunnel can be reduced by 5.78℃ after one month operation.

Key Words： Subway tunnel temperature; Air conditioning system in metro tunnel; Ice-storage air conditioning system; Piston wind

我国地铁站最早从1971年1月开始试运行，至今已有50余年的时间。据统计，该地铁线路在2019年的单日平均客运量超过130万人次。由于列车长期运行发热且地铁隧道区间热量不易排出，近年来隧道区间温度偏高，造成隧道区间温度偏高，列车空调制冷效果较差，严重时会导致列车空调停机，影响乘客舒适度。

在综合考虑制冷容量、设备布置方式及现场实际情况后，该文提出了一种冰蓄冷隧道降温空调系统，利用夜间地铁不运营时的电力容量进行蓄冰，并在日间地铁车辆运行时通过安装在隧道区间内的制冷末端进行释冷，从而在有限电力用量的条件下，对隧道区间进行降温[1-2]。

该文所提出的冰蓄冷隧道降温空调系统较传统的通过通风系统进行隧道降温的方案具有单位能耗下降温效率高、降温效果显著且充分利用夜间冗余电量的特点。

1项目背景及区间隧道热环境现状

为研究地铁区间实际温度情况，该文采用德国TESTO-480多功能测试仪對某站台端部温度进行了测量，温度测试结果如下。

根据图1测试结果可以看出，空调季隧道内温度大部分时间高于35 ℃，部分时段温度高于40 ℃。测试数据真实地反映了夏季各车站及隧道温度受列车运行影响且整体温度水平偏高的情况[3]。

2 降温方案的确定

2.1 车站原制冷系统

该文所研究地铁站的通风空调系统采用的是站台设置半高式站台门的制式。在车站新风道设置新风机和小新风机，在排风道设置排风机和排烟风机承担通风功能。经过2003年通风空调改造，车站设置了风冷机组为车站公共区和设备区供冷，空调末端采用风机盘管[4]。

经过现场踏勘，车站原设有2台制冷量为320kW的风冷冷水机组（Q=320 kW，N=100.55 kW），末端采用风机盘管为公共区和设备区制冷。

2.2 方案简介

根据设计原则及目标，提高原空调系统供冷量的主要手段为。

2.2.1 设置高效的制冷设备

2.2.2 加大换热温差，提高末端换热效率

2.2.3 利用非运行时段的冗余电力条件进行蓄冷

该文所研究地铁站的运营时间较长，运行时间用电基本饱和，需利用非运营时段的电力进行蓄冷。较为常见的蓄冷方式为冰蓄冷，针对此项目适用[5]。我国现行国家标准、设备能力在运行冰蓄冷工况时一般为正常工况能力的65%。

该工程设置2台蒸发冷凝型双工况主机，其中一台车站主机LJ/1，在线路停运后替代原系统主机继续制冷，另一台区间主机LJ/2为区间降温提供冷源。

两台主机共用一个蓄冰罐XB/1，蓄冰罐融冰制冷也为区间降温提供冷源。融冰供冷系统设置冷水增压泵;LJ/1利用原系统的冷冻水循环泵（经校核满足系统使用要求）;LJ/2主机配套设置一台循环水泵LD/2;针对区间供冷的水系统独立设置一套软化水装置、一台旁流过滤设备、一套水系统定压补水设备。

2.3 设计计算

根据该文所研究地铁站的现有的用地、用电、管线空间等进行反算特别是车站外电源受限的前提条件，结合室内外设计参数，计算可提供的最大冷量。

2.3.1 室外计算参数

区间隧道降温的室外环境为隧道内环境参数，经过现场测试及对测试结果的分析，室外环境温度取测试期间早晚高峰之间时间段（07：00～19：00）的平均温度，湿度取平均湿度。室外干球温度41.5 ℃，相对湿度22%。

2.3.2 室内设计参数

根据该示范工程目标，取降温目标取2 ℃。室内设计参数为：室内干球温度39.5 ℃，相对湿度40%。

2.3.3 主机选型

计算公式：L正常（kW）=N（kW）×COP

其中：L正常—主机制冷能力（kW）;

N—可用电力负荷（kW）;

COP—制冷系统COP;

经过调研：其中N≈120，COP≈3.5;得出L≈420kW。

通过现场踏勘，区间末端设置位置、通风空调系统形式等;通过软件按测试风速进行模拟，区间制冷量有一部分会通过列车带至车站，带入车站的部分与滞留在区间的部分比例约为3：5，故现阶段建议将冷量分配原则定为3：5，即车站主机157kW，区间主机253kW，经过选型定为：车站主机LJ/1：155kW，区间主机LJ/2：255kW[6]。

2.3.4 蓄冷计算

蓄冷能力计算公式：L蓄冰（kW）= L正常（kW）×I

其中：L正常—主机正常制冷能力（kW）;

L蓄冰—主机蓄冰制冷能力（kW）;

I—蓄冰工况系数，一般取0.65;

可以得出L蓄冰≈255×0.65=165kW;

必要时，车站的主机也可以执行蓄冰工况，此时L蓄冰≈410×0.65=266kW。

经过与地铁机电运营公司交流，每天可蓄冰的时间约为6.5h。

日蓄冷量计算：Q蓄冷=T×L蓄冰

（1）仅区间主机蓄冷：Q蓄冷≈1072kW·h;（最不利蓄冷量）

（2）两台主机均蓄冷：Q蓄冷≈1729kW·h;（最大蓄冷量）

蓄冰罐的选择：据上，选择满足最大能力的蓄冰罐经过选型选择600RT·H的蓄冰罐。

采用方案后最大制冷能力：原有一台风冷主机320kW、新增车站制冷主机155kW、新增区间制冷主机255kW，两台新增主机均蓄冷分配到小时能力（按日间制冷运营16h）108kW，总和为 320+155+255+108=838kW[7]（如见表1）。

3 运行结果分析

该隧道降温空调系统对地铁某区间隧道进行了一个月的降温。未运行时隧道温度变化，在一天的时间内，隧道温度存在波动，但是没有显著的温度下降趋势。在隧道降温空调系统运行的一个月的时间内，隧道温度存在明显的下降趨势，日平均温度从9月28日的30.06 ℃下降到24.28 ℃，降低5.78 ℃降温效果良好[8]。

4 结论

（1）该文提出的冰蓄冷隧道降温空调系统可以较好地对隧道温度就行降低，可以较好地解决区间隧道温度偏高的问题。

（2）对于线路建设年代较久，建设时预留的电源容量有限的地铁车站，可以利用夜间电力容量进行蓄冰，并在日间进行释冷，在保证隧道降温冷量的同时，还可以利用夜间城市电网“谷电”电价，降低使用成本的同时，对平抑城市用电曲线也有一定帮助。

参考文献

[1]杭天齐，沈锋，陈君君.探讨地铁通风空调系统的优化措施[J].建筑工程技术与设计，2017（19）：1606.

[2]张俊.地铁通风空调节能控制策略探讨[J].智能建筑与智慧城市，2018（3）：75-76.

[3]帅品格.地铁车站通风空调系统节能模式探讨[J].建筑热能通风空调，2020，39（5）：66-68.

[4]周俊涛.地铁通风与空调系统设计简析[J].技术与市场，2020，27（2）：134，136.

[5]程先松.地铁车站通风空调系统优化分析[J].装备维修技术，2020（1）：18.

[6]胡松涛，徐伟平，佟振，等.应用于地铁隧道的毛细管换热器降温效果模拟研究[J].青岛理工大学学报，2019，40（5）：78-84.

[7]罗鹏.类矩形地铁隧道联络通道水幕隔热研究[D].天津：天津商业大学，2019.

[8]范晓文.冷冻法在广州地铁隧道中的应用[J].江西建材，2019（2）：34-35.

3781500338276