地铁通风空调系统设计及节能研究

程远维

（中铁十一局集团电务工程有限公司 湖北武汉 430074）

前言

地铁是现代社会城市化高速发展的产物，其目的在于缓解城市交通压力，提高城市交通运输速度与效率，进一步提高城市空间利用效率。而地铁通风空调系统的设计与应用旨在满足地下轨道在空气更新与温度调节方面的需求，为地铁乘客与工作人员提供良好的环境。随着时代的发展，节能环保已经成为技术发展的大方向，这种情况下探讨地铁通风空调系统的节能设计就显得极为必要了。

1 地铁通风空调系统

地铁作为城市轨道交通中极为重要的一环，与单轨、轻轨、电车等城市轨道交通方式相比尤其特殊性，主要是由于一般意义上的地铁大多数情况下都处于地下，因此其空调系统包括车站通风空调系统与隧道通风空调系统。其中，车站通风空调系统中包含车站公共区域的通风空调系统、设备管理用房通风空调系统与制冷空调循环水系统三大部分，并分别以大系统、小系统与水系统作为代称。而隧道通风空调系统包括隧道风机、大小系统空调机组、排风机、冷水机组、冷却塔等设备与装置。地铁通风空调系统的设计与构建，借由站台与站厅的排风系统，通过静压箱进行处理，进而在空调机组与回排风机进行输送，分别经过混风静压机、空调新风机与新风井进行处理。

图1 通风空调的基本构成

2 地铁通风空调大系统节能优化

地铁通风空调大系统的节能设计，需要通过行之有效的节能优化来减少系统建设与运行过程中的能源投入与消耗，可以引进行之有效的预测与控制措施来实现对于通风空调系统水量与风量的有效预测。在这个过程中，可以通过直接控制的方式调整空调风量，通过反馈调节的方式控制空调水量。实际上，反馈控制与反馈调节，需要首先检测与记录地铁通风空调系统公共区域的实际温度，进而以之为基础来开展实际温度的系统反馈，整合系统反馈量的情况下减少误差的存在，保障公共区域的温度稳定性，通过对于人员流动符合与空气流通变化来加以调整，向冷水控制量施加影响。就目前来看，地铁运行过程中，地铁通风空调系统所采用的空调冷凝器所产生的热量与地铁运行过程中所产生的热量相比具有较大的比例，并且与地铁运行频率直接相关，越高的地铁运行频率会产生越高的发热量，这种情况被称作地下活塞风，基于这种情况需要对排风系统的工作量进行动态化的调整[1]。

3 地铁通风空调系统设计节能优化措施

3.1 隧道排风机

隧道排风机的节能设计，需要按照建设工程项目的最不利原则进行，考虑最不利情况下的系统整体情况与优化需求。如果还没有达到最不利情况，则可以对隧道排风机进行节能与优化设计，通过调整地铁运行时间与运行频率来减少对于能源的损耗，需要基于地铁的不同工作状态进行类型划分，选择不同的地铁工作状态进行有效的隧道排风机节能处理。进而基于列车与车站之间的不同距离，对风机的转速加以调整，列车与车站之间的距离越近，则风机的运转设备就越大，当列车离开车站时，可以采用低速来运转该机械设备。而要想实现对于隧道排风机运转速度的有效控制，就需要具备列车运行位置与运行情况的及时反馈，以此及时保证地铁与排风机相对位置的有效性。另外，还需要在保障系统整体运行的前提下，充分考量其温度条件，对排风机的日运转时间加以有效控制与限制，以此进一步减少排风机的设备负担，还可以保障系统运行的效率与运行质量。

3.2 集中供冷

考虑到空调系统冷源集中程度的不同，地铁通风空调系统中的水循环系统可以采用分散供冷与集中供冷两种途径进行温度调节，前者的使用较为广泛，但随着时代的不断发展以及节能技术的不断创新，集中供冷技术正在逐渐取代分散供冷而成为地铁通风空调系统中更加有效的供冷方式，并且日益受到广泛的重视与认同。所谓集中供冷方式，就是基于地铁车站所划分好的不同区域，在这些区域中分别设置相应的集中制冷系统，向该区域的通风空调系统提供冷水。采用集中供冷技术可以进一步减少空间的不必要占用，减少设备与技术的管理难度，提高集中供冷技术的应用难度。在这个过程中，集中供冷技术的应用需要更高性能的保温材料与供冷管材，因此需要更高的成本投入。同时，在采用集中供冷系统的过程中还需要采用自动化的控制装置[2]。

3.3 变频调速控制

社会经济的高速发展推动了科学技术研发水平的进一步提高，科学技术的发展又为社会经济的发展起到了良好的推动作用，而地铁通风空调系统在逐渐完善过程中，变频调速技术的研发水平也在不断提高，并且愈发广泛地得以应用。考虑到地铁交通的特殊性，在实际的通风空调系统运行过程中，还需要根据实际需求调节其负荷变化，而如果对电机加以频繁启停，则会对电机造成较为严重的损害，且产生较大的能量损耗，因此在将变频调速控制系统引进地铁通风空调系统中，以改善这种电机损耗与能量损耗的情况，可以进一步提高对于地铁负荷与设备运行不确定性因素的有效反馈。变频调速控制节能技术的有效应用，实现对于组合式空调机组与回风机的变频调速，可以根据地铁通风空调系统运行的实际需要来实现对于该系统的动态化调整。

3.4 风阀控制新风量

基于相关数据与有效统计，早晚高峰期情况下的地铁交通所承担的客流量，超过了地铁全天客流数据的一半，因此在早晚高峰期，地铁交通需要承担较大的负荷压力。而在地铁交通运行过程中，全天中每一时段的客流情况并不相同，是动态变化的，因此常规的数据并不具备较高的精准性，这种情况下，采用地铁最大客流量与最小客流量来对通风空调系统进行设计是极为不必要的，会导致资源的严重浪费。因此在进行地铁客流量的计算时，可以对全天地铁客流的平均数量加以收集与统计，引进实时反馈系统与变频调速系统，及时有效地收集相应的数据信息，以便于以这些数据信息为基础，对风阀的开启程度加以调整，以实现对于地铁通风空调系统新风量的有效控制，同时也可以实现对于新风负荷数据的及时引入，以保障后续节能管理工作的有效开展。在这个过程中，需要以前端风阀开启的程度为基础，来实现对于新风负荷的有效调整。

3.5 空气-水系统调节

谨就当前的地铁通风空调系统的设计而言，一般情况下所采用的系统都是全空气空调系统，无论是系统结构、资源占用、技术难度还是建设成本都不具备优势，并且该系统需要进行空气的长距离输送，在管道搭建方面会导致空气气压损失情况，影响输送效率。同时，由于冷空气在管道输送的过程中会吸收热量，因此当冷空气到达地铁车站与隧道当中的时候，冷空气的冷却效果会大打折扣，基于这种情况，空气-水空调系统就可以起到良好的制冷效果。该系统的设计利用了地铁底部通道的特殊结构，向盘管中输送冷水，通过通风管道来进行冷气的内部输送。这种情况下，当车站内部开始进行通风时，则冷空气会被输送到车站部的公共区域；当车站内部处于空调工况的情况下，需要首先对新风与回风进行冷却处理，进而将其排放到公共区域，而盘管中的冷凝水在管道的输送下会进入到排水沟当中，而水的冷却过程可以通过水分蒸发的方式来加以实现。

3.6 地铁空调系统的风压控制

在对地铁通风空调系统设计的过程中，除了保证该通风空调系统有效性，减少不必要的能源损耗之外，还需要从费用控制与成本节约的层面上加以考量，做好地铁隧道通风空调系统的风险控制。实际上，地铁隧道系统的空调风险控制主要应当基于空调大系统，首先减少对于能源的使用，在节能效果提升的前提下，就地铁隧道内部采取针对性的空调系统风压控制措施，实时监测地铁隧道温度并加以收集与记录，及时处理这些数据信息，并且对于隧道风机加以有效调整，以减少能源的不必要使用，减少设备损耗与成本投入，实现地铁通风空调系统节能效果的优化[3]。

4 结语

整合以上论述，本文所提出的地铁通风空调系统设计与节能优化都可以进一步提高通风空调系统的应用效果，减少能源损耗的同时还可以减少成本的投入，因此同时具备较好的社会效益与经济效益，在我国大力推进可持续发展的今天，这一节能系统的设计与应用可以为我国能源资源的节约起到更好地效果。