地铁通风空调系统节能途径综述.doc

地铁通风空调系统节能途径综述摘 要：本文重点论述能够实现地铁通风空调系统节能目标，具有实用价值的途径。供地铁业主，通风空调专业工程师参考。关键字：地铁；通风空调系统；节能；引言： 我国正处于大规模城市化的时期，全国各大城市的交通状况一直非常紧张，交通不畅严重影响着人们的生活。制约着经济的发展。改善城市公共交通状况已经成为各大中城市政府相当急迫的要求和共识。随着近年来轨道交通的高速发展，北京、上海、广州、深圳、天津、南京等各大城市都建成或正在实施各自的快速轨道交通路网的骨干线路。地铁具有高效、快捷、安全和污染小的特点，避开了地面道路扩容困难的矛盾，有效地缓解了交通难的问题。因此地铁建设在世界各大城市得到了广泛应用，已经成为城市大运量公共交通系统的首选。 城市轨道交通工程是现代土建、设备一体化的复杂系统工程，以提供大运量、快捷、安全、舒适的城市公共交通服务为目的，设备是主体。城市轨道交通工程设备由车辆、通风空调等十多个子系统组成，投资大、技术难、要求高、系统复杂、准备周期长、与运营关系密切。从轨道交通工程建设投资内容划分，设备投资约占总投资的35%左右，是项目一次性投资的最大组成部分；通风空调系统为城市轨道交通提供满足运营和乘客需求的人工气候环境，在地下空间一般分为开式系统、闭式系统和屏蔽门系统，根据使用场所又分为车站、区间隧道和设备管理用房空调系统，一般由冷水机组、通风机组、空调机组、冷却塔、水泵、风阀、消声器及屏蔽门等组成，投资约占设备系统总投资的2%左右，使用费用中的电耗比例较高。 作为地铁运营系统的一个重要子系统，在保证地铁环境的同时，地铁环控系统的代价也是高昂的。由于地铁内部的巨大空间和负荷，环控系统的风机、制冷机、空调机的装机容量都相当大，由此引起大量设备投资和运行能耗费用。尤其是运行能耗，而其中环控系统能耗在总能耗中占相当大的比例，已经严重影响到地铁运营的经济性。 从国内已投入运营的线路来看，其能耗的4060%来自于通风空调系统，据统计，地铁能耗84%集中在车量系统和通风空调系统。分别占地铁能耗的53%和31%。据广州地铁公司统计数具显示，地铁通风空调能耗已占地铁总能耗的50%以上。目前我国已经有25座城市在规划建设地铁。地铁的大规模建设将进一步推进城市地下空间资源更大规模地开发利用。因此，地下空间设施的节能降耗，也是我国建设资源节约型、环境友好型城市的重要环节之一。因此，如何很好地吸收国内外地铁综合节能设计与改造的成功经验，以及新技术、新设备的集成应用成果，这对我国城市地下空间设施进行节能降耗的研究与实践意义重大。我国的节约能源法中指出：节能是指加强用能的管理，采用技术可行，经济合理以及环境和社会可以承担的措施，减少从能源生产到消费各个环环节中的损失和浪费，更加有效合理的利用能源。节能还包括再生能源和新能源的开发利用。节能的基本途径：调节节能 管理节能 技术节能 回收节能。本文谨就能够实现地铁通风空调系统节能目标，具有实用价值的主要途径作综合论述。一、通风系统变风量调控目前地铁环境系统基本采用全空气系统，由于地铁的负荷特点，风机的运行时间要长于制冷机，而且风机的功率远大于一般建筑的空调系统的风机，因此风机能耗比例通常大于一般建筑的空调系统的风机能耗比例。地铁环控系统运行能耗中，风机能耗所占比例最大。冷水机组能耗虽然也不小，但由于地铁负荷的特点，发热量不可能有大的减少，根据现有技术水平，螺杆式冷水机组已具有良好的部分负荷特性，冷量调节范围为20100%，所以冷机节能的余地不大，因此，车站节能的重点应放在风系统的节能优化上。 1.隧道通风系统。站台下/轨道顶排热通风系统中UPE/OTE风机正常情况每日从地铁运营开始至运营结束期间一直运作，是长期运作风机。其作用是排除列车进站、停战、出站时的产热量，以减少列车发热量对车站及区间的影响，同时还兼容排烟功能。考虑到近远期列车对数不同、列车发热量不同、风机的排风量不同，UPE/OTE风机宜采用变频风机来调节风量，既能满足功能要求又可以打得到良好的效果，同时对风机的控制简单可靠容易实现。 2.车站通风系统。车站公共区空调通风系统由组合式空调箱、回/排风机、空调新风机组成，以往一般都是采用定风量运行，靠节能设备的运行台数来适应车站负荷的变化。由于早晚两个客流负荷高峰的存在，使送风量出现两个峰值而其他的时候风量较小。采用定风量系统时，必须满足两个峰值风景，这样在非峰值负荷时，其风量显然浪费了。如果按照平时风量计算风机能耗，则风机能耗仅为按峰值风量计算时的70%左右。可见采用定风量运行的能耗是相当严重的，采用变风量系统是必要的。实现风机变风量最有效最节能的方法是对风机变频调速。变频调节具有无极调节、调节范围大、调节灵活等优点，可以实现对风量的准确控制，并保持风机的效率不因风量的减小而减小，从而达到明显的节能效果。根据相关资料记载，采用变风量方式，当风量是设计风量的50%时，运行电流减少26.5%，因而减少送风动力，节能效果明显。某风机风冷设备公司成功研发地铁隧道节能通风系统直接节能20%。二、屏蔽门模式环控系统的运行模式分为开式运行模式、闭式运行模式、屏蔽门模式3种形式。设置站台屏蔽门，就是通过在地铁车站的站台候车区与行车轨道之间设置屏蔽门装置，将地铁车站与区间隧道从空间上分隔开来，将车站和区间分隔成两个不同的空气环境区域。站台屏蔽门可以减少列车活塞风对车站站台环境的影响，列车运行产生的热量大部分通过设置在车站端部的活塞风道及车道顶部和站台下排热风道直接排放到地面，因而可以阻止大部分的列车散热量进入车站。据以往的工程经验比较，屏蔽门模式车站空调系统的冷负荷仅为闭式运行系统的22-28%，从而减少车站通风与空调系统的冷负荷及用电负荷，节省通风空调系统的运行费用。地铁屏蔽门系统是现代地铁工程的必备设备。地铁安装屏蔽门系统，不仅可以防止乘客跌落或跳下轨道而发生危险，让乘客安全、舒适地乘坐地铁，而且屏蔽门系统为一种高科技产品具有所有的节能、环保和安全功能，减少了站台区与轨行区之间冷热气流的交换，降低了环控系统的运营能耗，从而节约了运营成本，因此在夏季空调季较长的地区普遍被采用。成都地铁4号线优化屏蔽门系统设计方案，在屏蔽门上方设置500mm高度的屏蔽阀，在夏季关闭，减少空调冷负荷，冬季打开利用活塞风将列车运行产热带入车站。从而实现节能降耗，节约运行费用。三、设计采用技术先进的节能控制系统地铁环境与设备监控系统（BAS）的设计应针对地铁的特点和各城市的气候环境，经济情况，设置不同水平的BAS，以达到营造良好的舒适环境、降低能源消耗、节省人力、提高管理水平的目的。地铁的通风与空调系统应保证内部空气环境的空气质量，湿度、温度、气流组织、气流速度和噪声等均能满足人员的心理及生理条件要求和设备正常运转需要。据有关资料记载：贵州汇通华城楼宇科技有限公司将现代计算机技术、模糊控制技术、系统集成技术与变频调速技术相结合，成功研制出了具有变流量模糊控制功能的BKS系统中央空调节能控制系统，可依环境与负荷的变化，实现空调系统运行参数的优化和冷媒流量根据负荷需要动态调节，保障空调系统冷源设备在任何条件下，都能保持高效率运行，从而最大限度减低空调系统能耗。据悉，BKS系统空调水系统变流量模糊控制节能技术已在全国20多个省市800多个大型建筑物和工厂中成功实施，包括全国政协办公大楼、广州中信广场、上海新锦江大酒店等，项目实现冷水机组综合节能10%至30%，水泵、风机节能60%至80%，空调水泵系统总体节能20%至40%。四、设备系统节能优化集成1.通风空调设备。地下线通风空调系统形式一般常用闭式系统或屏蔽门系统，根据各地空调时间的长短，其设备的一次投资、土建面积大小、使用费用各不相同，应作全面的全寿命周期费用比较，慎重选择不同系统。空调系统设备运营能耗占城市轨道交通总能耗的30%-40%左右，设备本身的节能特性意义重大。根据有关地铁热环境研究报告，运营初期、中期的发热量约是50%-70%，如设备按远期发热量一次配置到位，应通过运行台数控制、选择变频调速控制设备与优化运行模式，尽管一次投资略有增大，但初、中期能耗费用可节约30%-40%，远期能耗用可节约15%-20%。2.分析各系统设备的功能定位与匹配关系。尤其是功能定位要全面反映设备满足城市轨道交通规定和潜在需求，这种需求应该包括特性、实用性、可信性、安全性、环境要求、经济性、美观性等诸多方面，需要应是合理的，这种满足应贯穿设备的整个寿命周期，满足应是适度的，要注意功能的匹配功能结构的合理。要着重对设备基本功能、辅助功能、外观功能等进行分类、整理、评价、定位，保证设备选择的功能前提是正确的。3地铁空调全年负荷大多集中于最大负荷的50%-70%之间，当大于50%时需开制冷机，其余时间可用新风抵消冷负荷。冷水机组选型应大小搭配，尽量避免冷机及其配套设备在低负荷情况下运行。否则，就会形成大流量小温差，大马拉小车低效运行。4水泵设计变频调控，水系统选择一次泵变流量系统。5.由北京城建院，北京地铁运营公司研发的地铁通风空调多功能设备集成系统它包括送风道和排风道，在送风道和排风道内安装有送风机、回风机和送风阀、排风阀，其所述的送风道内设置有自动清洗过滤段和门式可开启表冷器段，所述的送风机和回风机内安装有变频电机。该“地铁通风、空调多功能集成设备系统”具有新颖、设备集成、简化了设备和控制系统，缩短了车站建筑长度，降低了造价，提供了节能运行的措施，其创新设备具有模块化、节能自控程度较高的特点。该集成系统能完成地铁空调通风所设定的各项任务。北京地铁五号线首次尝试该系统。由于将过去的几套大型设备集成为一套设备，因此，这套设备首先在体量上减少了占地面积，使站台面积缩短了20米，仅此一项，就为五号线地下一个车站节省投资500万元，全线建设节省了数千万元。其次，该系统采用风机变频技术，它可根据一年四季的气候情况进行通风量的自动调节，使地下车站拥有四季都备感舒适的气候环境。第三，由于它采用了开启式空气表冷器，因此，通风季节降低能耗28%。通风空调系统的各项节能措施可使一个车站每年的运营费用节省30万元。五、推广应用使用可再生能源或低品位能源的空调系统随着空调系统的广泛应用，空调对不可再生能源的消耗大幅度上升，同时对生态环境的破坏也在日趋加剧。如何利用可再生能源及低品位能源已经成了该领域重要的研究课题。地源热泵空调系统就是在这种形势下发展起来的，它利用地下恒温层土壤热显著提高空调系统的cop值，使得同等制热（或制冷）量下的系统能耗大幅度下降。地源热泵空调系统的主要优点1. 节能 通俗地讲，地源热泵空调系统消耗的能量，小部分是由电能转换来的，大部分是来自地下水源（或土壤源）。假定热泵机组的能效比COP=4，需要为某建筑物提供10000大卡的热量，其中2500大卡来自电力，而7500大卡来自地下水（土壤）。2. 节省投资地源热泵中央空调系统，同一套设备，冬季可以供暖，夏季可以制冷，还可以“免费”获得生活热水，因此，对于冬季需要采暖，夏季需要空调，又需要供应生活热水的场合，投资最省。3. 运行费用低 地源热泵空调系统运行时可以节能3050%，自然就节约了能源费。尤其是夏季里制冷期间，在供应冷气的同时，将免费获得生活热水。因此，用户可以节省大量的能源费用（电费或燃料费）。4. 利于环境保护 我国70%的电力来自燃煤发电厂，地源热泵空调系统节约了电力，就减少了煤炭的消耗，从而减少了因燃煤而带来的环境污染（如排放二氧化碳、二氧化硫、粉尘等）。5. 自动化程度高、设备运行可靠由于地下水源（土壤源）温度比较恒定，因此，空调系统可以设计得简单一些，机房易于实现自动化和无人职守，只需要派人定期巡检。又由于系统运行参数波动很小，故系统运行稳定、可靠，设备故障率低。水环热泵空调系统是一节能环保新型空调系统。它不需要机房：高能效比：与常规空调相比，年运行费用节约在14%以上；一次能耗节约18%以上。节省土建费用，工程总造价可减少10%-30%。用电负荷下降30%左右。节省配电工程及增容费用，不需要人值守，分散布置，便与检修。六、配套热回收装置天津地铁1号线，在国内首次在车站预留了再生能量回收装置，此装置远期安装后，可以使列车牵引能量的80%回收再利用，而一般的地铁线只是回收40%的列车牵引能量。采用再生能量回收装置可以使车站空调负荷减少30%，减少了空调设备的容量及尺寸，降低了设备投资和环控机房面积，节省了运行费用。采用余热回收技术-配套新风换气机。新风换气机可以实现新风与排风之间的热交换，减少能耗。列车空调新风能耗达30%以上，配套新风换气机可实现能量回收。据报导 京广线T15次列车配置新风换气机能效节约77%。瑞典依麦克国际有限公司采用热回收技术和先进的控制技术，设计新一代中央空调节能产品，经多个工程项目实际应用，具有高效节能显著效果。七、机房精密空调配置“智能通风节能系统” 深圳市橡树通讯技术有限公司全国首家全智能型机房基站智能通风节能汉化系统，目前国内最完善的模糊智能分析处理技术，与空调实现无缝对接控制。通过对空气过滤装置的改进，有效的解决了空气过滤与风阻之间的矛盾。大大延长了空气过滤装置使用寿命。 工作原理： 智能通风系统是由进风单元、出风单元、中央控制单元、空气防尘过滤装置、空调控制装置和其他安装附件组成，其工作逻辑为：当机房内温度高于设置的温度时，系统自动检测室外温湿度，（温湿度可以根据设备要求自由设定）A. 符合通风条件时：开启进出风单元排出机房内热空气，降温至设置的温度时关闭通风。B. 不符合通风条件时：开启空调，降温至设置的温度时关闭空调。当机房内温度低于设置的温度时，通风系统和空调全部关闭。当市电停电时，系统自动检测机房内温度，高于设置温度时通风系统开启通风散热当空调故障时，系统自动检测机房内温度，高于设置温度时通风系统开启通风散热。“GK金关精密空调节能控制系统”通过综合采集精密空调系统运行参数、精密空调系统服务通讯机房的各处温度、湿度、风压及环境条件等变量参数，利用内置的节电优化控制程序，建立一个能耗最佳的运行模式，调节精密空调系统和服务区域温度、湿度、压力等参数，在保证通讯机房各区域的温湿度符合通讯设备机房的要求前提下，实现对精密空调系统的节电，达到对精密空调系统的最优控制和能源管理。系统综合节电率全年平均到达2040%，室内温度控制在1827，相对湿度在4070%RH范围内。该节能控制系统具有运行自诊断功能，实现故障预警和自