轨道交通工程环控通风节能设计相关措施

赵月

（沈阳地铁集团有限公司，辽宁 沈阳 110000）

1 轨道交通工程节能的意义及必要性

1.1 节能的意义

城市轨道建设正在向2、3线城市蔓延，从城市政府对轨道建设的需求和国家发改委重视程度可以从某种角度折射出轨道建设极大的促进城市发展，带动轨道沿线用地的开发，轨道交通建设得到快速发展[1]。

沈阳是东北区域中心城市，随着经济水平和城市建设的飞速发展，城市的能源消耗量逐年递增，能源的供需逐渐开始不平衡，为了能使得城市得以可持续发展，在使用有限的能源同时，又能保证城市建设，对城市经济及社会的稳定发展均能达到一个相对平衡的状态下，如何提高能源的利用效率、如何保护环境，就成了满足人民生活需要的一个重要的课题。本项目的修建，一方面将完善沈阳市区轨道交通路网结构，满足市民出行需求，另一方面能够改善用能结构并节约能源。

1.2 节能的必要性

国家法律对节约能源有相关规定的。1988年1月1日发布的《中华人民共和国节约能源法》中对节约能源一事有明确规定，它表明节约能源、合理运用能源，发展节约能源技术是全社会一大重要的任务。

轨道交通工程的建设和运营坚持遵循以人为本、方便快捷的建设理念，在做到舒适、准时的同时，从节约能源角度上，轨道交通工程是用电大户，必须要遵守国家法律、法规及规范的要求，要坚持合理用能，提高能源的利用效率，推进节能技术的进步，减少工程对环境的污染。节约能源不单单是土建施工或者机电施工某一项专业工程的事，轨道交通工程各个专业均涉及节能，在设计环节，节能就应该考虑进去，应当将能源低消耗经济利益最大化作为我们的目标，充分调动各专业、各参建企业、各厂家的积极性，把节能设计和节能分析做好，以达到轨道交通工程整体综合节能的目的。本文对环控通风节能的措施进行分析研判。

2 轨道交通工程能耗状况分析

2.1 负荷的分类

城市轨道交通工程的能耗主要是电能的消耗，我们都能分析得出，车辆专业的能源消耗量是占比比较大的一个专业，其次环控通风耗电量也很大，在其他专业上，比如运营的环节、设备的管理及设备的维护上使用的电量相对较小一些。

城市轨道交通工程用电负荷一种牵引用电负荷，另一种是动力及照明用电负荷。前者用电负荷主要应用在车辆及其他设备的牵引上，而后者主要是轨道交通工程车站、车辆段、控制中心、区间等。本文对环控通风进行重点阐述，严寒地区轨道交通项目年综合能源消耗量如表1所示。

表1 严寒地区轨道交通项目年综合能源消耗量

2.2 节能的原则

在使用能源的过程中，我们要按照所提供的能源质量合理的安排它的用途，保证能源得到最有效的利用，同时要考虑系统对所提供能源的要求，选择适当的输入能源，让能源尽其用，防止高能低用，避免能源的不必要贬值，实现供需平衡。在定量的角度来讲，则需要对有效能进行测算，根据测算结果，采取有针对性的措施，充分地利用有效能，来提高有效能源的利用率。因此，从有效能的观点来看，一切用能过程都要做到节约能源、合理的使用能源。

3 节能措施

环控通风的节能应贯穿整个工程工期，在工程可行性研究环节、初步设计阶段、系统深化设计阶段、设备设施的选型阶段、施工阶段以及后期运营等各个阶段，均应有全面、有效、有针对性的考量与评判。

（1）轨道交通工程在设计初期，选用何种空调制式、车站采用何种建筑方案等都对车站节能方面有着重要的作用。所以我们在设计方案的时候，要尽可能的充分利用自然冷、热源。近年来国内各轨道交通建设单位及设计院的环控通风专业都在围绕着节能减排降耗，在冷源热源等方面作出很多的新技术应用与改进工作，同时，在与自动化专业的厂家合作中，优化了通风系统的节能调节与控制策略。

（2）优化环控通风系统设计方案，优化设备的配置，实现可控制和可调节，依据环境参数优化设备的运行，减少时间表的控制，降低设备自身的损耗量，减少设备的维修两，进一步的提高设备的安全运行和健康状态，延长设备的使用寿命，提高运营的效率和运营的安全水平[2]。

（3）充分利用严寒地区的自然冷源、热源。地下低温地气（冬暖夏凉）作为车站夏季冷源。欧美相当于中国长江已被的城市轨道交通中普遍没有使用通风空调，因为这些城市年平均温度都普遍低于环控送风温度16℃，地下的土层温度也接近于这个温度，地铁隧道内自然温度也很接近于这个温度，因此，只要隧道温度控制的好，列车空调是可以少量开或者不开的。轨道交通工程相较于其他工程内部的发热量是相对较大的，全年热负荷性，所以应该采用节能的运行模式。严寒地区的气候特点是冬天冷夏天热，所以严寒地区轨道交通工程的通风设计应该要充分地考虑列车活塞风对车站的影响，充分利用其冷却，这样机械通风的运行时间就少了，能源就节约下来了。

（4）考虑到严寒地区冬季寒冷而漫长，室外温度极低，轨道交通工程冬季采取闭式运行，他能基本阻隔轨道交通工程内部与外界大气的通风方式。既关闭城市轨道交通车站内所有与室外联通的活塞风井及风阀，车站的内部设置空气调节系统，车站两端有风井和屏蔽门。正常运行的时候，车站内乘客的新鲜空气量主要是由空调系统来供应的，在这时风井处于一个关闭的状态，列车的活塞风会把车站内的空气带入到区间隧道中去，这样隧道内的空气温度就会在一个正常的状态下。闭式系统运行时，活塞风对于泄压是有一定要求的，所以我们为了解决这一需求，会在车站的两端增加迂回风道以解决这一问题，而车站的出入口以及区间隧道的洞口处，我们一般设置空气幕，这样就能将其隔离开来。在冬季，轨道交通车站采用闭式运行时，利用站内较高的温度与送入车站乘客所需的最小新风进行混合，在保证车站公共区温度的前提下，节能效果也非常明显。

（5）车站公共区通风机及隧道风机采用变频调速控制。隧道通风系统的组成有两部分，一是区间隧道机械通风（兼顾排烟，图1），二是车站隧道通风系统（图2）。

图1 区间隧道机械通风（兼排烟）

图2 车站隧道通风系统

因为轨道交通工程在地下建筑，所以太阳对其的辐射影响可以忽略不计，车站热状况主要受设备、照明、室内人员等影响，列车本身的发热量对车站本身的影响也可以忽略不急，因此，人员的流量带来的发热量变化是车站公共区冷热负荷的主要变化，我们主要对此考虑，在此基础上进行设计采用变频系统进行控制。在沈阳地铁6号线的设计中，了解到车站排风机和区间事故风机采用可逆转轴流风机，风机采用变频控制。风机耐高温280℃，高温条件下持续运转1.0h。正转风量、风压≈逆转风量、风压。噪声水平是可逆轴流风机的重要指标，要求自风亭传至站外的噪声满足环评报告的要求。风机变频控制：车站排风机设置变频器，一方面，满足不同通风工况的不同通风参数要求；另一方面，根据季节、时段进行对通风系统进行全过程、精细化、智能化控制。

（6）注重设备选型，提高设备效率，一方面在设计过程中优先选择高效、低耗的通风空调设备；另一方面采用合理的设备选型手段。例如，车站风机一台机器可以用作多个用途，既可以正转，又可以反转，同一台风机可以有多个不同的管路特性曲线。在选型时注意使其正常工况时的风机效率高于事故工况下的效率，这样就可以节省风机在正常通风工作的情况下，对于能源的消耗量。同时各个专业系统在设计之初和设备选型的时候要考虑后期运营阶段所涉及的节能问题，不同的运营时期，不同的时间段都是有不同的系统运行模式，我们应该根据实际情况划分系统的运行模式，并且依据这些数据合理的去选择设备的型号、数量以及容量，并同时加强控制管理，落实有效的控制方式和手段[3]。

再来对比下通风机的选型，老式通风机自身存在很多缺点，比如说浪费电、启动时的瞬时电流大、自动化程度实现不高，所以对风机实施变频改造应该建立在缺点上进行研究。它包括软启动和全停止，甚至可以列入无级变速的功能。变频器就是这样一种产品，它的有点在于在启动时瞬时电流较小，因为在启动的时候变频器对于电机的速度是有一个很准确的把控，所以它的激动力矩相对于老式机器要大，这样下来功率系数就高了很多，它既能满足施工时候我们对于现场施工情况的要求，又能很好地改善供电质量，节约大量的电能，达到节能的目的。

国内目前使用的通风机基本是变频风机，变频后节能是原配置功率110kW·2的0.85，而某国外进口生产的变频风机变频后节能达到原配置l10kW·2的0.53，同功率型号通风机每小时节约70kW·h。空压机选型比较，传统空压机站存在启动电流大、卸载浪费、启动数量浪费等问题，实现变频技术后多台空气压缩机都由变频器来启动实现带载软启动避免了启动冲击电流和启动给空气压缩机带来的机械冲击。系统循环带载软启动、循环停机的工作方式实现了供气量的连续调节保证了总管压力稳定[4]。

4 结语

国家节能减排目标到2025年，全国单位国内生产总值能源消耗比2020年下降13.5%，能源消费总量得到合理控制，化学需氧量、氨氮、氮氧化物、挥发性有机物排放总量比2020年分别下降8%、8%、10%以上、10%以上。节能减排政策机制更加健全，重点行业能源利用效率和主要污染物排放控制水平基本达到国际先进水平，经济社会发展绿色转型取得显著成效。在这一大背景下，对轨道交通工程环控通风系统采取有效地节能方式，最后使得环控通风在能耗上下降，达到了节能减排的目标，对改善自然环境起到了一个良好的作用，对建设绿色轨道交通工程有一个良好的推动，具有良好的经济及社会效益。