地鐵空調通風系統能耗問題研究

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  軌道交通建設是城市交通網絡發展建設的組成部分，地鐵的快速發展是城市交通建設發展的必然趨勢。在地鐵快速發展的過程中產生的環境問題日益嚴重，尤其是能源消耗的問題，節能已經成為地鐵發展中的重要研究課題?？照{通風系統為整個地鐵的運營提供了良好的運行環境，其用電量也占了地鐵運行的極大比重，該系統采用相關的節能措施對地鐵經濟環保運營具有重要意義。本文對地鐵空調通風系統的耗能進行了分析，并重點介紹了節能技術在地鐵建設運營中的應用。 

2.地鐵空調通風系統及耗能介紹 

2.1地鐵空調通風系統 

　　地鐵空調通風系統主要由4個子系統構成，分別是大系統、小系統、水系統及區間隧道通風排煙系統。大系統指的是由站臺公共區和車站站廳的空調及通風排煙系統，小系統指車站設備管理用房的空調及通風排煙系統，水系統指制冷空調循環水系統。每個子系統在地鐵空調通風系統中擔任不同的職責，協作完成地鐵的空氣循環等工作，使乘客在地面與車廂往返中有一個相對舒適的環境，并能夠在發生火災事故等情況下迅速排煙，盡量保持地鐵空氣環境的優良狀態。 
　　地鐵空調通風系統在經歷了開式、閉式和屏蔽式的不同階段后已經可以滿足基本的運營空氣環境，而由系統改良升級造成的能源消耗也在顯著增加。屏蔽門式的空調通風系統適用于空調季較長的地區，屏蔽門車站閉式系統可降低區間活塞風對車站溫度的影響。而在非空調季，屏蔽門式的空調通風系統則需進行機械通風來保證溫度需求，軌行區排熱系統和活塞風道等均增加了能源的消耗。 

2.2空調通風系統的能耗分析 
　　目前我國地鐵運營空調通風系統基本采用封閉屏蔽門式系統，地鐵車站公共區一般采用回排風機、組合式空調箱、新風機等組成的低速全空氣系統來對空氣進行余熱等排除，維持區域環境的舒適性。投入到地鐵軌道正常運營的空氣處理機組、排煙機等裝機設備具有不同程度的裝機容量，車站空調通風系統的裝機容量占有較大的比重，是耗能較大的重要原因。車站公共區的耗電集中在空調季，一般在5月到10月車站的用電設備需全部投入使用，處于高負荷狀態。車站設備管理用房的通風系統全年基本處于工作狀態中，由于換氣條件較差，設備管理用房與外界的換氣量較大并基本要依靠通風空調系統，其相關的弱電機房同時也是用電的較大負荷。區間隧道空調通風系統的運行時間基本與車站系統的運行時間相同，基本保持全年排熱的工作狀態，也有較大的耗電量。 
　　

3.空調通風系統節能技術的應用 

針對目前地鐵空調通風系統耗能量大的現狀，地鐵的建設與改造中節能技術與措施也越來越廣泛的得到應用和實施。 

　?。?）空調集成系統的研究與實施。在地鐵的建設改造中，為降低設備投入及運行成本，通風空調集成系統得到了廣泛采用建設。該系統是將車站公共區空調通風系統與區間隧道空調通風系統進行合理的整合，達到部分設備共用等狀態，對不同的運營需求進行整合處理，使工作構造簡單化和整體化，同時節約了大量能源。新建地鐵北京地鐵4號線、10號線及5號線等均采用了此系統，集成系統首次采用了風機變頻技術及自動清洗式空氣過濾器等，使線路站點平均造價降低500萬以上以及降低了約年30萬以上的運營費用。 
　?。?）新風量及變頻調速控制。目前的運行模式新風量的提供基本是固定的，空調裝機容量處于客流量最大值狀態，在客流量較低的狀態，新風量的輸送則形成了較大的能源浪費。針對這一情況，對新風量進行有效合理控制則可極大的節約能源消耗。與手動控制新風閥相比，根據二氧化碳濃度來自動控制新風閥的開合度更能科學和有效的節約能源。變頻技術主要針對裝機容量較大的大系統，變頻技術使站內送風量及空調箱處理風量隨著站內負荷變化而變化，可使年度送風量降低30%以上，極大的節省了能源投資。 
　?。?）空氣-水空調系統的應用。隨著城市地鐵建設的發展，地下軌道建設工程項目不斷增多，而目前應用較為廣泛的全空氣地鐵通風空調系統則出現了設備機房占地大，土地資源浪費、冷量輸送效率低等弊端?？諝?水空調系統的開發與應用針對這一問題進行了有效地解決。該系統將空調冷水直接送入拱形結構上部的風機盤管，利用專用風管輸送新風，空調工作狀態中，通過風機盤管凝結水蒸發冷卻降低隧道溫度。目前廣州地鐵2號線的部分站點采用了此技術，極大減小了設備機房建設面積和成本投入。 
　?。?）水系統的能源節約。車站空調水系統的水泵與冷水機組的水量一般是定量的，在負荷較低的情況下，水系統同樣會形成能源空耗的情況。對壓差調節閥進行調節可以改變水流量，使水流量適合負荷需求，達到節能效果。目前設計開發的離心式、螺桿式冷水機組已經投入使用，能有效控制水系統循環水量，使地鐵空調水系統低能耗運行。上海地鐵1號線與2號線均應用了這類冷水機組，有效節約了運營能源。 
　　(5)集中供冷技術。目前地鐵大多應用的是分散供冷技術，集中供冷技術應用則較少，但集中供冷具有占地少、易于控制管理等明顯的優勢，隨著集中供冷技術不斷提高中，地鐵建設也在嘗試將此技術引用到項目中，廣州地鐵建設最先采用了此項技術。 
　?。?）蒸發式冷凝空調系統的應用。冷卻水降溫處理是當下地鐵運營中的一項難題，建設大型冷卻塔會帶來占地大及噪音污染等一系列問題，采用蒸發式冷凝空調系統則避免了這些問題。該系統避免了大功率冷卻水泵、電動機等耗能，利用水膜式布水方式使需冷卻水達到最大限度冷凝，并且以低溫室內排風方式冷凝的空氣效果較其他方式優異，并且相對的有一定的節水性能，深圳地鐵5號線的建設中擬投入該技術。 
　

4.總結 

  地鐵的擴大規模建設與能源節約的矛盾日益明顯，為維護地鐵建設可持續發展，地鐵節能減排措施的實施勢在必行。地鐵空調通風系統是地鐵運營中的主要耗能因素，分析該系統的耗能特點，并針對耗能特點實施相關的節能技術和措施是當下地鐵建設中應首要研究的問題。地鐵空調通風系統的節能是一項艱巨的任務，不斷開發新的節能技術，逐步的使地鐵運營更低耗、更節能是未來地鐵建設的重要目標。

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