淺析地鐵通風空調系統節能問題

陳成

摘要：概括了我國地鐵通風空調系統的主要方式,闡述了目前系統面臨的問題和現在實施的節能策略,探究了以后的地鐵通風空調系統節能措施的發展方向。

關鍵詞：地鐵；通風空調系統；節能；分析

中圖分類號：U231文獻標識碼： A

引言

這些年來,由于城市化的迅速開展,身為我國城市公共交通形式主要構成部分的城市地鐵交通迅速發展起來。按照北京市城市軌道交通線網初階計劃,2011年至2020年,北京市地鐵道路整體長度會上升到1050km,預計超出紐約變成世界上擁有最長地鐵路線的城市。另外,我國大概有27個城市的軌道交通在同步規劃。到2015年左右,北京、天津、深圳等22個城市將會建79條軌道交通線路,整體長度為2259.84km,所有投資為8820.03億元。因此可以說,城市軌道交通在我國將迎接新的建筑熱潮。

一、地鐵通風空調系統概述

地鐵車站通風空調系統一般有三個組成部分，分別是大系統、小系統以及水系統，這三個部分有機組成一個整體，在地鐵車站中共同操作。大、小系統這兩個部分的作用是保持車站公共區具有良好的通風環境，保障設備管理用房的排風，控制地鐵車站的溫度和濕度等。水系統的主要功能則是為車站空調系統提供充足的熱源，幫助組合空調機進行正常的熱交換工作?？傊?，通過這三大組成部分的功能，調節地鐵車站環境參數，為乘客提供愜意的乘車環境。地鐵車站通風空調系統的運行原理：地鐵處于運行階段時，空調新風機要向地鐵車站內輸送新風，排風的工作則由回排風機來負責；組合空調機則兼具兩個方面的功能，一個是送風，另一個是制冷。此外，當地鐵列車處于進、出站或是停站階段時，列車會消耗大量的能源，隨之產生大量的熱量，進而危害隧道設備的安全，損害列車車體等。因此，這部分的熱量必須要排出，這方面的工作可以借助列車運行時產生的活塞風，也可以通過軌道頂的排熱風機來進行排熱。

二、地鐵通風空調系統節能的重要意義

首先，地鐵作為近幾年在我國各大發達城市中國家大力支持建設和發展的一個交通運輸行業，是一個城市發展的重要基礎。對經濟和社會的發展更是有著舉足輕重的影響。

由于地鐵的快速發展，車次的增加和車速的提高，快速高效載客量大的特點，造成了地鐵中熱量的大幅增加。地鐵通風空調系統的主要作用是控制地下空間內空氣的溫濕度、流速和空氣品質。在列車正常運行時，為乘客和工作人員提供適宜的人工環境，滿足其生理和心理要求。

其次，當列車阻塞在區間隧道時，向阻塞區間提供一定的通風量，保證列車空調等設備正常運行，在短時間內為車廂內乘客提供能接受的環境條件；在發生火災事故時，提供迅速有效的排煙手段，為乘客和消防人員提供足夠的新鮮空氣，并形成一定的迎面風速，引導乘客安全迅速撤離火災現場。

此外，它還為地鐵各種設備提供必要的空氣溫度、濕度以及潔凈度等條件，保證其正常運轉所需的環境條件。作為軌道交通的重要組成部分，地鐵是相對特殊的一類建筑。地鐵主體建筑一般位于地下數m至數十m深處，其上覆蓋土層，處于一個相對封閉的場所。雖然由于土層的蓄熱作用，地下建筑一般受外界氣象條件影響較小，具有冬暖夏涼的特點，但是地下線路內部有顯著的內熱源，包括列車牽引、剎車系統，列車空調及人員的散熱等。除此之外，地鐵站存在嚴重的污染源，如列車剎車閘瓦產生大量的粉塵、乘客和工作人員新陳代謝產生大量的CO2等。

在地下線路相對封閉的條件下，僅靠空氣的自然流動和擴散，難以有效排除各種污染物，也無法保持地鐵站空氣環境的舒適性。

雖然地鐵通風空調系統在地鐵運營過程中對人文環境、設備環境以及列車非正常運行情況下均起著舉足輕重的作用，但在保證地鐵環境的同時，地鐵通風空調系統付出的代價也是高昂的。

地鐵通風空調系統不僅設備投資巨大，而且其運行能耗在總能耗中占相當大的比例，已經嚴重影響到地鐵運營的經濟性。

三、現有地鐵通風空調系統的形式

1.現有地鐵通風空調系統的主要形式及優缺點。

地鐵車站通風空調系統主要經歷了開式、閉式和屏蔽門系統三種形式的變遷。

屏蔽門系統因其具備較高的安全性能而在近幾年正在建設發展地鐵的各大城市普遍推廣。對于屏蔽門系統而言，在空調季較長的地區，可以減少區間活塞風對車站溫度場和速度場的干擾，降低車站空調冷負荷，因此對系統節能比較有利；但是對于空調季較短的地區，雖然系統在空調季運行時能使空調負荷減小，但由于車站站臺形成全封閉空間，機電設備、照明、乘客等的散熱會使空調期加長；在非空調季，由于不能利用車站出入口及列車的活塞效應進行自然通風，必須進行機械強制通風。為了保證區間的溫度滿足要求，還必須增加區間活塞通風系統。屏蔽門車站閉式系統比一般的閉式系統增加了活塞風道及軌行區排熱系統，這些均增加了系統在非空調季的運行能耗。

因此在空調季較短的地區采用屏蔽門系統的節能優勢并不突出，反而會因屏蔽門的高昂費用而增加初期投資，運營時要加大維修保養工作。在選擇系統形式時需綜合考慮各方面因素,以達到節能效果。

2.現有地鐵通風空調系統存在的主要問題。

一是投資巨大。地鐵通風空調系統投資巨大成為制約地鐵發展的因素之一。一方面是通風空調系統的設備投資大，另一方面是通風空調系統的占地面積和使用空間大。二是運行費用高。據統計地鐵通風空調系統的實際運行能耗占地鐵總能耗的50%左右。三是能源利用不合理。

其中有自然冷源利用不充分。冬季室外的天然冷源得不到利用；過渡季，地鐵站通常采用通風換氣的方式來消除站內空間的余熱余濕，然而在室內外存在小溫差的條件下，巨大的風機能耗與引入的有限冷量相比得不償失。另外，高品位熱能利用不合理。地鐵站內部具有顯著的內熱源，一方面存在來自列車牽引、剎車系統散熱和列車空調散熱等的穩定熱；另一方面還存在站內客流量變化引起的動態熱源。

四、影響通風空調能耗的主要因素

采用屏蔽門系統的地鐵車站空調負荷主要包括：人員負荷、照明負荷、設備負荷、屏蔽門傳熱滲透負荷、出入口滲透負荷、新風負荷、廣告牌產生的負荷等。

設備負荷是指自動扶梯電梯AFC系統產生的負荷，這部分負荷相對較為穩定；地鐵人員負荷存在很大的波動，另外隨季節而變化新風負荷也是波動的，若空調系統按照裝機容量運行，勢必造成能源的巨大浪費。

在客流量遠未達到設計額定值，空調系統在小負荷的狀況下，如何根據實際負荷需求對風量水量進行調節，是空調系統節能的關鍵。

五、通風空調系統節能策略

1.設計階段節能策略。

車站設計時，應積極配合建筑專業，優化風道房間的布置，盡可能使風井或機房位置管路通暢，減少土建直角彎，最大限度的減少不合理的結構。

2.運行階段節能策略。

一是由于地鐵通風空調系統的設計是根據預測的遠期高峰客流運營條件來計算的，在客流量遠未達到設計值時，最有效的節能措施就是采用變頻器來調節流量風量。二是夏季最大限度的減小新風負荷，合理利用過渡季節自然冷源是空調系統節能的有效措施。

六、結語

總而言之,地鐵站空調設備工作時可由水的多少來對其頻率的操控,而且在不一樣的季節下可采用不同的工作以及不同季節采用不同的運行形式,對節能都會起到很好的作用。當然,可以在設備初期設計時對其改進一樣可以達到節能的目的。但是,如何能夠最大限度的降低地鐵系統的能源消耗是一個巨大的難題,各個設計部門要緊密合作,而且每個人在設計中都需要具備高度的節能思想。伴隨著社會的發展,各種節能設備層層出新,并且不斷的升級優化,未來地鐵將更加節能。

參考文獻

[1]楊東旭.地鐵空調通風節能研究碩士學位論文[C].2004-01-01.

[2]余磊,何斌,王曉保.地鐵車站空調通風系統變頻節能控制的設計[J].風機技術,2009,01- 0053- 04.

[3]王暉,朱培根.南京站地鐵通風空調系統調節與評估[J].潔凈與空調技術,2008,4.