基于气候条件的地铁站通风空调系统节能运行研究

摘 "要：节能降耗、绿色发展是当前地铁运营单位积极探索的发展之路，该文基于贵阳市良好的气候条件，结合贵阳地铁1、2号线客流特征，对车站公共区通风空调系统开展节能运行研究，选取25座车站作为试点开展实践论证。数据表明，车站公共区通风空调系统节能运行方案可行，在保证候车环境质量前提下，还能实现企业节能减排和降本增效的目的。

关键词：地铁；通风空调；节能降耗；减排；降本增效

中图分类号：U231+.4 " " "文献标志码：A " " " " "文章编号：2095-2945（2024）20-0046-04

Abstract： At present， energy saving， consumption reduction and green development are the development road actively explored by subway operation units. Based on the good climatic conditions of Guiyang City， as well as the passenger flow characteristics of Guiyang Metro Line 1 and 2， this paper carries out the research on the energy-saving operation of the ventilation and air-conditioning system in the public area of the station， and selects 25 stations as pilot projects to carry out practical demonstration. The data show that the energy-saving operation scheme of ventilation and air-conditioning system in the public area of the station is feasible， and the purpose of energy saving， emission reduction， cost reduction and efficiency can be achieved under the premise of ensuring the quality of waiting environment.

Keywords： subway; ventilation and air conditioning; energy saving and consumption reduction; emission reduction; cost reduction and efficiency improvement

地铁作为一种大运量公共交通系统，其运营能耗给运营企业带来了巨大的运营成本和经济压力。由于地铁的公益属性，决定其自身运营收支难以相抵，节能降耗、绿色发展成为了所有运营企业的共识，各运营企业十分重视节能降耗技术的探索及应用，以期减少用电成本。在贵阳地铁能耗体系中，列车牵引、车站动力照明是最主要的能耗部分，地铁1、2号线车站动力照明能耗占运营总能耗的50%～60%，车站公共区通风空调系统作为车站动力照明能耗占比较大的设备，基于贵阳市优势气候条件及客流特点，开展地下车站公共区通风空调系统节能运行研究具有重大现实意义[1]。

1 "现状

1.1 "贵阳市气候条件

贵阳市属于亚热带湿润温和型气候，兼有高原性和季风性气候特点，统计2018—2022年1—12月平均气温（图1）如下：1—4月及10—12月，月平均气温小于等于17 ℃；5、6、9月，月平均气温大于17 ℃且小于23 ℃；7、8月，月平均气温为23.7 ℃；根据贵阳市2018—2022年气温情况，可将全年划分为：第一阶段为1—4月及10—12月；第二阶段为7、8月；第三阶段为5、6、9月。

1.2 "地铁客流情况

1、2号线运营里程共计74.37 km，共55座车站（其中50座为地下站），2023年双线日均客运量36万人次左右。工作日与非工作日的全日分时客流分布能够准确反映出市民乘客的出行习惯和出行时间规律，对8月某工作日、非工作日开展全日分时进出站客流特征分析，由图2可知，工作日客流随时间变化呈现双驼峰分布，早高峰07：00—09：00时段进出站客流为11.54万人次/h，晚高峰17：00—19：00时段为13.36万人次/h，早晚高峰时段进出站客流占比全日40.73%；非工作日08：00—20：00时段客流分布较均衡，整体起伏不大，每小时进出站客流均未超过2.2万人次/h。

1.3 "设备运行情况

车站公共区通风空调系统（简称大系统），运行工况详见表1。小新风模式一般在暑期结合冷源系统使用，站内空气与少量新风进行循环；全新风模式是由外界供应新风，站内旧风排出；自然通风模式是利用列车运行带入活塞风（隧道通过风道、风亭与外界连通）通过站台门上方电动风阀组进入车站；大系统停机工况一般在运营结束后执行[2-4]。

根据贵阳地铁1、2号线《通风空调设计文件》相关参数，1号线20座地下车站大系统组合式空调柜总额定功率约为1 245 kW，大系统执行全新风模式的实际运行功率合计845.40 kW；2号线30座地下车站大系统组合式空调柜总额定功率约为1 890 kW，大系统执行全新风模式的实际运行功率合计813.60 kW。为了在初期运营期间吸引、培育客流，当前运营期间1、2号线50座地下车站大系统执行全新风模式，全力营造舒适、安全的候车环境。

全年365 d运营时段（每日运营服务时间约17.7 h），开启1、2号线地下车站大系统所需能耗为

（845.40+813.60） kW×17.7 "h×365 d≈1 071.8万kW·h。

2 "通风空调系统节能运行研究

2.1 "可行性研究

贵阳地铁1、2号线《通风空调设计文件》明确：大系统执行全新风模式时，1号线理论输送风量为50 200 m3/h，2号线理论输送风量为48 000 m3/h。1、2号线日均客运量合计约36万人次，每位乘客在车站滞留1 h，1、2号线50座地下站在早晚高峰（5.67 h）开启全新风模式时，每位乘客每小时供应的新鲜空气量理论值为

（50 200 m3/h+48 000 m3/h）×5.67 h×50÷360 000人次÷1 h=77.33 m3/h·人次。

GB 50157—2013《地铁设计规范》规定：地铁列车在隧道内高速运行时会产生活塞效应，活塞风可有效排除地铁内部产生的大量热量，这些系统方式的实施可以节省大量的电力消耗，应优先加以应用，当系统布置合理时，每列车产生的活塞风风量约为1 500～1 700 m3。贵阳地铁1、2号线《地下车站通风空调工艺图设计说明》规定：当室外焓值小于等于61.5 kJ/kg且室外温度小于等于17 ℃时，可采用自然通风模式，即开启站台门顶梁上方电动风阀组，使隧道、站台公共区临时形成一个开放式系统，利用隧道列车运行带入的活塞风对车站公共区进行供风。每列车产生的活塞风风量按1 500 m3计算，1、2号线地下站分别为20、30座，载客列车数分别为302、299列次，日均客运量合计约36万人次，假设每位乘客在车站滞留1 h，大系统开启自然通风模式时，每位乘客每小时供应的新鲜空气量为

[（1 500 m3×302×20）+（1500 m3×299×30）]÷360 "000人次÷1h=62.54 m3/h·人次。

由以上数据可知，当系统执行全新风或自然通风模式时，每小时向每位乘客供应的新鲜空气量均能符合GB 50157—2013《地铁设计规范》中“当采用通风系统开式运行时，每位乘客每小时需供应的新鲜空气量不应少于30 m3”的要求[5-8]。

2.2 "节能运行方案

贵阳地铁1、2号线《通风空调设计文件》明确车站大系统自然通风模式的设计温度临界值为17 ℃，当车站外部气温大于17 ℃时，仅执行自然通风模式（不供冷），车站公共区温度较高，候车环境舒适度明显降低。因第二、三阶段平均气温值高于17 ℃，所以只能在第一阶段开展“全新风+自然通风”模式节能运行研究[5-7]。

第一阶段（1—4月及10—12月）共计7个月，月平均气温小于等于17 ℃，工作日客流随时间呈现双驼峰分布，早晚高峰进出站客流占比全日40.73%，非工作日客流分布较均衡，整体起伏不大。基于第一阶段的优势气候条件及客流特点，制定1、2号线地下车站大系统节能运行方案：1—4月及10—12月里，工作日早晚高峰时段（合计5.67 h）为获得较大新风量，大系统宜采用全新风模式，其余时段（约12 h）采用自然通风模式，充分利用隧道列车运行带入的活塞风对车站进行通风换气。

2.3 "实践论证

大系统是否可以开展节能运行，首先要判断节能运行期间车站温度、二氧化碳浓度等参数是否符合规范要求。选取1、2号线共计25座试点车站开展为期60 d（2023年4、11月）的车站温度、二氧化碳浓度测定工作，前后各30组数据分别于4、11月测量完毕，如图3所示。由图3可知，全新风模式下，4、11月站内平均温度分别为21.84、19.99 ℃；自然通风模式下，4、11月站内平均温度分别为21.65、20.36 ℃；全新风或自然通风模式转换期间未出现温度大幅波动现象；执行全新风或自然通风模式时，车站温度均能满足“当车站采用通风系统时，公共区夏季室内空气计算温度不宜高于室外空气计算温度5 ℃，且不应超过30 ℃”的国标要求，优势气候条件可以充当天然冷源，保证站内适宜温度。全新风、自然通风模式下，车站内二氧化碳浓度均在300～500 ppm范围内波动，符合国标（低于1 500 ppm）要求。此外，4、11月试点车站平均湿度分别为78.51%、62.04%，与室外湿度基本一致。实践证明，采用节能运行方案，车站相关参数指标能够充分满足规范要求[8-10]。

按照节能运行方案，在保证空气质量及站内温度适宜的前提下，以2023年为例，第一阶段中，工作日（143 d）每天停机约12 h，非工作日（69 d）全天停机（17.7 h），可计算出1、2号线第一阶段节省电能约为

[（845.4+813.6） kW×12 h×143 d]+[（845.4+813.6） kW×17.7 h×69 d]≈487.3万kW·h，假设电价为0.57元/kW·h，可节约277.76万元，经济效益可观。

3 "结论

本文对贵阳市2018—2022年气温、双线客流特征及设备运行情况开展统计分析，探索出全年中1—4月及10—12月平均气温小于等于17 ℃，可以满足车站公共区大系统开展“全新风+自然通风”模式节能运行研究条件。结合车站通风空调系统设计文件及相关规范要求开展可行性研究，并通过50座试点车站开展实践论证，车站温度及二氧化碳浓度等相关测定参数证明，基于贵阳市优势气候条件及客流特点的节能运行方案可行且具有良好的经济效益，在保证服务质量的前提下，又能实现节能减排和企业降本增效的目标。

参考文献：

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