地铁车辆空调系统能耗影响因素研究

许哲浩

摘  要：随着人们生活水平越来越好，使人们对地铁车辆空调系统能耗也越来越关注。因此，能耗降耗是为现代社会的主旋律以及重点工作，地铁空调的能耗经常达到建筑能耗的一半，所以地铁空调系统能耗的潜力是非常大的，对地铁空调系统进行能耗改造是建筑技术的一个发展方向，尽管我国电力系统供应能力充足，能耗问题绝不能忽视，为经济社会可持续发展，促进电力资源消耗优化，促进能源高效转型，促进全社会低碳发展有积极作用。

关键词：地铁;车辆空调系统;能耗;影响因素

引言

随着城市经济的不断发展，城市内的交通问题日趋严重，越来越多的城市开始考虑将发展地铁、轻轨或有轨电车等不同轨道交通方式作为解决城市交通问题的策略和措施.但是在城市轨道交通中，无论是在市内和市郊地铁、轻轨等轨道车辆上，还是有轨电车上，空调系统的能源消耗问题都日渐突出。

1地铁空调系统的组成分析

（1）隧道通风空调系统。隧道通风空调系统主要包括车辆隧道通风系统和区间隧道通风系统。在列车正常运行的过程当中，通过利用列车的活塞风以及车辆之间的排热系统进行列车的散热，以及地下区间的通风换气工作，从而保证区间内的温度，在设计标准范围之内，为地铁乘客提供一个舒适的室外环境。在每日晨间地铁运营前以及夜间地铁停止运行后，要将隧道内的通风机开起，并采用隔站排风的方式，对区间的隧道进行通风，从而保证该区域内能够完成通风换气以及降温。当列车区间内出现了火灾时，隧道通风系统可以同时作为排烟，系统进行工作，从而助力人员疏散等工作的开展。当车辆以及车轨区域内出现火灾，要及时关闭下排的热风并开启热风机，将烟雾从上排热风道排出。（2）地铁站公共区域的空调系统。地铁站公共区域的空调系统主要由回排风机，排烟风机以及组合式空调机组构成。公共区域内的空调系统能够保证地铁在运行的过程当中，为地铁乘客提供一个良好舒适的乘车环境。当出现火灾情况时，可以通过大系统来启动排烟风机进行排烟，从而为乘客提供流通的空气，保证人员疏散工作的有效开展。（3）地铁设备管理用房的空调系统。地铁设备管理用房的系统当中，主要是根据房间类型进行划分，主要包括弱电设备房间空调系统、管理用房空调系统以及变电所房间冷风降温系统等小系统。系统当中主要包括新风机，排风机，柜式空调回排风机，排烟风机等设备，小系统的主要工作内容是，为地铁运营人员提供良好的工作环境以及良好的设备运营环境。

2通风空调系统能耗影响因素

（1）室外及隧道空气参数室外空气参数影响车辆通风空调系统供冷负荷中的机械新风负荷和出入口渗风负荷，隧道空气参数主要影响车辆的屏蔽门渗风负荷。随着室外和隧道空气参数（相对湿度和温度）的提高，地铁车辆通风空调能耗相应增加。探究供冷期间上述参数在其可能的变化范围内波动对通风空调能耗的影响。可以看出，室外空气相对湿度和温度的变化对能耗影响显著。室外空气相对湿度在20%到100%之间变化时，通风空调能耗从90kW·h变成570kW·h，能耗变化百分比高达84%。室外空气温度在24℃到40℃之间变化时，能耗变化百分比为78%。隧道空气参数对能耗的影响程度低于室外空气参数，隧道相对湿度对能耗的影响为33%，温度对能耗的影响为28%。（2）机械新风量。机械新风量影响车辆通风空调系统的供冷负荷，机械新风过量供应导致供冷负荷大幅增加，造成能源浪费。根据对地铁车辆的大规模调研，发现当前多数车辆供冷期间机械新风量在1.0万～5.5万m3/h之间。可以看出，机械新风量在其常见的取值范围内变化，对空调季通风空调能耗的影响程度为43%。（3）无组织渗风量。地铁车辆的无组织渗风量影响车辆的无组织渗风冷负荷从而影响能耗。无组织渗风由两部分组成，一部分是从隧道经屏蔽门进入站台的屏蔽门渗风量，另一部分是从室外经出入口通道进入站厅的出入口渗风量。根据调研，当前多数地铁车辆的屏蔽门和出入口无组织渗风量在0.4万～3.2万m3/h之间。可以看出，出入口渗风量对能耗的影响程度为29%，屏蔽门渗风量对能耗的影响程度为12%，前者比后者对能耗的影响程度更大，主要原因是供冷时段室外空气参数比隧道空气参数更为不利。

3地铁空调系统的能耗方向以及相应措施

3.1地铁站设备管理用房空调系统

（1）送风温差。在进行车辆的设备管理用房设备空调系统的过程当中，可以通过提高管理用房的送风温差来降低送风量，使得空调系统的投资成本以及运行费用能够得到降低。但是在车辆以及变电所当中，还存在一部分弱电设备，这部分弱电设备的发热体量较大。所以要在电气设备空载时保证不会出现结露现象的前提之下将送风温差提高，从而实现能耗降耗的目的。（2）变电所的空调系统的优化。当前的地铁站的地下变电所主要采用的是一次回风定风量系统。主要工作原理是运用冷风来对于房间温度进行降温，保持温度在36℃以内。然而，在实际运营的过程当中，其发热量会由于列车停运等因素而降低。在列车运行的过程当中整流变压器，发热量达到了36kW，但列车停运之后，其发热量在6kW以内，列车运行的过程当中，配电变压器的发热量约为18kW，而停止运行时，其发热量在6kW以内，除此之外，其他的供电设备在车辆运营停止之后，发热量也会急剧降低，但此时空调系统仍然处于负荷运行的状态，从而导致了能源的大量消耗。

3.2优化地铁空调水系统技术

水系统占据了地铁空调系统的很大一部分能源消耗，对以地铁空调系统能耗改造可以从水系统进行技术优化，减少系统中的过剩流量，提高水泵的实际运转效，在地铁空调系统中，冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机的容量的设计是按照建筑物最大热负荷选取的，会有10%～15%的余量，水系统实际并没有在稳定的大水流量下运行，由于季节、昼夜采用负荷的不断变化，空调实际的热负荷要比原有设计负荷低，而我国地铁空调系统普遍采用定流量系统，水系统不能根据末端变化而变化，优化地铁空调水系统技术，减少循环水泵电机的能耗，能够减少空调系统耗电量的15%～30%，水系统控制来达到主机能耗的作用，而且能耗潜力非常大，减少了能量消耗。

3.3蒸发冷凝式制冷机组

蒸发冷凝式制冷机组当中主要采用的是蒸发式冷凝器，该设备主要是利用冷却水，在蒸发过程当中的吸收热，将制冷剂进行蒸汽式的凝结，通过制冷剂在管道内凝结释放出的热，通过油膜管壁传递到水膜当中，最后由水的蒸发将热量传递到空气当中，而蒸发时的水蒸气则会随着空气离开。蒸发式冷凝器与冷却塔的风机的功率相同，但功率仅仅为风冷式冷凝器的1/3。其中，蒸发冷凝式制冷机组中的水泵的循环水量较小，因此，该机组所需要的水泵的功率仅仅占冷凝器与冷却塔系统的水泵功率的1/4，能够减少七成的功率消耗。

结语

总而言之，对于地铁的空调系统进行优化设计，并通过运用多种能耗措施来实现高效能耗。在进行地铁能耗的过程当中，降低地铁系统的耗能是一项工程量较大的任务，需要各个部门紧密合作，将能耗理念贯穿到地铁空调系统的设计全过程中。隨着能耗通风设备的发展以及系统的优化升级，地铁空调系统的能耗能力也会逐渐提高，并实现可持续发展。

参考文献

[1]杨亮，高洁，张春路.某地铁列车空调制冷系统的仿真与优化[J].制冷学报，2021，35（6）：53-57.

[2]梁兆惠.空调制冷系统性能模拟与能效标准的研究[D].天津：天津大学，2021.