[摘 要] 本文就地铁的通风模式做简单介绍,着重探讨一下空调通风节能和降低运行成本的方式。
[关键词] 地铁 环控系统 节能 空调
地铁运营过程中环境控制系统(简称环控系统)的用电量占了相当大的比重,特别是带有空调的环控系统尽管其投资仅占车站总投资的8%~10%,但其用电量却占到整个地铁耗电量的40%~50%,因此如何在环控系统的设计设备选型运行等许多环节上进行进一步优化找到一些可行的节能措施和途径将对地铁的经济运行具有十分重要的意义。
1、环控系统简介
地铁环控系统主要由车站空调通风系统和隧道通风系统两部分组成:
1.1 车站空调通风系统
车站空调通风系统由以下三个系统组成:车站站厅和站台公共区的空调通风系统兼排烟系统(简称大系统),车站设备管理用房的空调通风系统兼排烟系统(简称小系统),制冷空调循环水系统(简称水系统)。
1.2 隧道通风系统
隧道通风系统包括车站屏蔽门外排热系统兼排烟系统(又称UPE OTE 系统)和区间隧道活塞通风机械通风系统兼排烟系统(简称TVF系统)。
1.3 环控系统的功能
环控系统的主要功能:环控系统在正常运行时应能为乘客在地铁车站内创造一个往返于地面至地铁列车内的过渡性舒适环境,为设备管理用房提供符合工艺要求的环境条件。列车阻塞在区间隧道内时环控系统向阻塞区间提供一定的新风。地铁车站或区间隧道内发生火灾事故时能迅速地排烟为乘客安全撤离事故现场和提供灭火环境创造条件。
2、节能措施
2.1 风阀控制新风量节能
根据地铁的有关数据客流量一般在一天的早上6:30~8:30和下午5:00~7:00期间,即上下班高峰期最大均超过全天平均流量的50%,尤其是在早上7:30时达到最大值所以控制环控系统夏季的新风量使其适应客流量的变化可以达到节能的目的。就目前的运行模式看新风量由新风风机提供是固定的,而空调设备的装机容量是按远期最大小时客流量配备的由于每天每个小时的客流量都在变化若按装机容量运行势必造成能源的浪费。因此在新风的控制方面就需要通过风阀的开启程度来控制。
地铁新风用量标准为:空调新风量:12.6m3/h
非空调新风量:30m3/h
地铁内co2浓度控制不超过1%
而阀门的开启控制亦有几种方式:固定阀门式、手动半开式、自动控制式(co2浓度控制)。下表是日本某百货大楼(建筑面积F=3000m2)在三种方式实验的耗能情况:
控制新风量耗能
从上表比较可见,自动控制新风阀门比固定新风阀门,在相同的月份系统的冷负荷减少近25%。
2.2 变频调速控制节能
变频调速技术在国内工业与民用自动控制系统中已推广应用了十多年,特别是在负荷变化和电机频繁启动的情况下采用变频调速不仅能大量节省能源而且对设备的运行工况也有极大的改善,变频调速在其他领域的环控系统中早已有成功的经验。
在地铁环控系统中由于车站设备管理用房空调通风系统(小系统)的容量较小采用变频调速的意义不大,而制冷空调循环水系统(水系统)中冷冻机已具有负荷自动调节功能所以可不对水系统进行调节,另外隧道通风系统(TVF系统)平时不运行火灾排烟时全速运转节能潜力较小,也可以不作变频考虑;而大系统一般采用定风量一次回风全空气系统在车站两端的环控机房及风道中分别布置2台组合式空调箱,2台回/排风机和1台空调新风机,其中空调新风机的功率较小一般为4kW,可以不考虑变频,因此主要考虑组合式空调箱和回/排风机的变频调速即可。
对组合式空调箱可采用一台变频器控制一台电机(电机功率一般为30kW),自动控制仪器将回风点的温湿度转换为焓值并与设定的焓值相比较通过焓差控制变频器来调整空调箱风机的转速,不但可以使车站公共区保持一个比较适当的温度而且可以避免空调箱全速运行从而达到了节能的目的。同样对回/排风机也可以采用一台变频器控制一台电机(电机功率一般为15kW)的方案,自动控制仪器将风机出口的温湿度转换为焓值并与设定的焓值相比较通过焓差控制变频器来调整风机的转速达到节能目的。
2.3 空调水系统的节能
车站空调水系统一般采用定水量系统,即冷水机组和水泵的水量不变在末端设备(组合式空调箱等)设置电动二通阀,在供回水干管或集水器和分水器之间设置压差调节阀,通过改变水流量来适应空调区域负荷的要求可以达到节能的目的。为了节省地下空间和适应负荷的变化,通常采用2台冷水机组车站的冷负荷一般为1000kW,冷量不大,单台机组的冷量为500kW。通过对离心式螺杆式和活塞式冷水机组在部分负荷运行是否稳定,是否节能等的比较认为:低负荷时不会发生喘振COP值居中且负荷调节范围大(20%~100%)的螺杆式机组适合于地铁。
2.4 冰蓄冷集中供冷站
在国内地铁设计中一般是每个车站单独设置制冷站,并采用螺杆式制冷机组。而集中制冷站是利用大型冷水机组生产冷水通过输水管路输送到各个分散用户,这样可以节约每个用冷单位的制冷设备和机房面积,合理调配各单位的用冷负荷。集中制冷站目前已在广州地铁中,应用在集中制冷站内设置大功率离心式冷水机组,与螺杆式相比可以将COP值从4.5 提高到5.1,可减少约13.3%的冷冻机功率,但是由于供回水管线长需要增加水泵功率经分析估算水泵增加的功率和冷冻机减少的功率相比相差不大。以一模拟集中制冷站为例,假设该制冷站为4个车站服务,并且布置在4个车站的中间地带总冷负荷为3900kW,选用1300kW的离心式冷水机组3台,冷冻机功率减少102kW。站间距为1000m,到最远的车站供回水管来回要3000m,冷水采用二次水泵系统每个车站冷水泵扬程平均增加30m,功率增加25kW则制冷站冷水泵总功率增加100kW,可见制冷站消耗的总功率没有增加在不增加消耗电能的情况下建造集中制冷站可以为每个车站节省地下面积60m2,缩短车站长度5m,减少土建造价约200万元。
2.5 自动化运行管理
运行管理的自动化不仅可以保证空调房间温湿度的要求,节约人力物力,还是节约空调系统的能耗的重要环节。目前在上海广州等地铁中均采用了环控照明给排水电梯等设备的监控系统(BAS系统)、火灾监控系统(FAS系统)、据介绍广州采用该系统可节能30%~40%,然而就系统本身而言尚存在参数设置是否合理易受环境影响导致可靠稳定性降低有时需要人工干预等问题有待于解决从而达到真正实现自动化节能的目的。
3、结论
随着地铁发展,地铁的运营里程的不断增加,地铁环控通风的方式和节能的方法也会不断的增加,以上是我在参加运营的过程中总结的环控节能的方式和方法,希望能够对后面的开通地铁提供自己的微薄贡献。
参 考 文 献
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