地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的實現(xiàn)研究與思考

陸健東

摘 要：隨著我國交通技術(shù)的不斷發(fā)展，對于地鐵這一公共交通工具的設(shè)計已經(jīng)日趨完善，在能源需求比較緊張的階段，對于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能是需要更加認真思考和設(shè)計規(guī)劃的。在地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計中，節(jié)能是重要的設(shè)計內(nèi)容之一，節(jié)能首先要從地鐵本身的實際出發(fā)，在詳細的了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和整體情況之后，對所存在和出現(xiàn)的問題都進行相對應(yīng)的分析，采取相對應(yīng)的措施。為地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的實現(xiàn)做出進一步的推動和完善。

關(guān)鍵詞：地鐵；通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能研究；可行性建議

地鐵作為一種新型的交通工具有其獨有的特性，因此地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵系統(tǒng)的重要組成部分，并且在地鐵系統(tǒng)中占據(jù)地鐵系統(tǒng)總耗能的近一半，其實對于地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能控制是非常有必要的，不僅可以大大節(jié)省地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的耗能，也為優(yōu)化地鐵系統(tǒng)打下了堅實的基礎(chǔ)，在日常工作和維護保養(yǎng)中，希望地鐵有關(guān)工作人員能夠從實際情況出發(fā)，對所出現(xiàn)的問題采取相應(yīng)的解決措施，真正實現(xiàn)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，提高地鐵的運行效率。

1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要是由車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和隧道通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成。其中車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要是由車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，和制冷空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)，構(gòu)成，這三部分分別稱為大系統(tǒng)，小系統(tǒng)和水系統(tǒng)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)則是由區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)和車站區(qū)間通風(fēng)系統(tǒng)組成，通風(fēng)空調(diào)的主要設(shè)備包括隧道風(fēng)機，大系統(tǒng)空調(diào)機組，小系統(tǒng)空調(diào)機組，回排風(fēng)機，排風(fēng)機，冷水機組，水泵，冷卻塔等。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)通過站臺和站廳的送風(fēng)和回排風(fēng)，在送風(fēng)靜壓箱進行處理，通過組合式空調(diào)機組和回排風(fēng)機進入到混風(fēng)靜壓箱處理，最后通過空調(diào)新風(fēng)機到新風(fēng)井進行處理。

2 空調(diào)大系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化控制

對空調(diào)大系統(tǒng)進行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計，主要是對空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能優(yōu)化控制，為了實現(xiàn)，對空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的有效控制，首先要引入可以進行預(yù)測的控制環(huán)節(jié)，對水量風(fēng)量進行提前預(yù)測。

在預(yù)測模式中，空調(diào)的時候風(fēng)量主要采用直接控制，冷水控制量則采用調(diào)節(jié)反饋控制。在實際過程中，對于這種反饋控制量上進行一定程度上的預(yù)測和反饋的，在實際過程中，采用對公共區(qū)域的溫度進行實際測量，然后對實際測量的溫度進行系統(tǒng)反饋，通過系統(tǒng)反饋控制量的有效整合幫助糾正誤差，將公共區(qū)域的溫度能夠穩(wěn)定在系統(tǒng)所設(shè)置的范圍之內(nèi)，前饋控制量主要是對人員流動造成的負荷，以及其他空氣流動改變的負荷，這兩種負荷的變化同時對冷水控質(zhì)量造成影響。通過這兩種負荷，我們對冷水的控制量有一個具體范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。在這里使用的閥門是一個二通閥門，二通閥門的兩個進出口有兩種負荷量決定和調(diào)節(jié)。

之所以采用這樣的控制模式，二通閥門并有兩種負荷量進行調(diào)節(jié)的主要原因就是，等控制模式對空調(diào)的變頻，從而調(diào)節(jié)空調(diào)風(fēng)量能方便具體操作，首先在前端對溫度和其它環(huán)境自行測試，通過前端反饋將風(fēng)量進行有效調(diào)節(jié)，由于人員流動的空氣流動造成的負荷量變化，能夠進行及時有效的系統(tǒng)處理，從而適應(yīng)一定程度上的負荷波動。對冷水量的控制也可以通過前端反饋加冷水量進行有效調(diào)節(jié)，最終能縮短冷水量調(diào)節(jié)反應(yīng)過程和時間，提高系統(tǒng)工作效率，對系統(tǒng)節(jié)能的進一步優(yōu)化起到非常重要的作用。

從整個地鐵的運行狀況來看，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)冷凝器的發(fā)熱量，在地鐵運行過程中占總體發(fā)熱量的比例很高，且和地鐵的運行頻率有關(guān)，頻率越高，發(fā)熱量越高，頻率越低含量越低，這是由于在地鐵的運行過程中產(chǎn)生的空氣流動，由于空氣流動所造成的氣壓變化，從而造成地下活塞風(fēng)。當(dāng)?shù)罔F出現(xiàn)高峰時段時，由于客流量的突然增大，地鐵發(fā)車頻率和人員負荷都和普通時段差異非常大，因此系統(tǒng)接受及時有效的反饋后，要及時處理，及時調(diào)整排風(fēng)機的運行工作量。從這一點這些情況可以看出，特點是在不同時段的人流量和發(fā)車頻率是不同的，這些差異很大，需要排風(fēng)機及時進行工作量的調(diào)整，從而對整個地鐵系統(tǒng)進行有力支持。

對于地鐵出入口和外界造成的熱量差異造成的熱負荷，和人流量的變化基本是有一定聯(lián)系的。這種熱負荷也是一個變量，主要受人員流動和室內(nèi)外溫度濕度的差異與影響。在不同時期，不同時段，人員流動和室內(nèi)外溫度濕度的變化使得地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的負荷變化增大，需要地鐵空調(diào)冷凝器及時地鐵內(nèi)溫度進行調(diào)整，從而和地鐵風(fēng)機有一定的聯(lián)系。功率提高，那必然需要地鐵風(fēng)機的轉(zhuǎn)速提升，也就提升了整體地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗，但考慮到不同時期差異較大，可以考慮基礎(chǔ)上使用變頻器系統(tǒng)，變頻系統(tǒng)可以有效提升風(fēng)機工作效率，避免風(fēng)機長時間高速運轉(zhuǎn)的負荷，也避免電機的突然啟動或暫停對電網(wǎng)功率的影響。

此外包括對系統(tǒng)照明設(shè)備，車站照明設(shè)備，地鐵內(nèi)部照明設(shè)備等照明設(shè)備，這些數(shù)量是不變的。至于地鐵大廳的廣告牌和售票機，以及電梯，自動扶梯等設(shè)備，數(shù)量也是不變的。這些總體運行功率是穩(wěn)定的數(shù)值，所以這方面的負荷可以當(dāng)作在設(shè)計中當(dāng)作定值去考慮。注意這些是和人流量，新風(fēng)負荷這些變量不同的地方。

綜上所述，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)需要的排風(fēng)量和冷水量的變化在不同時期，不同時段差異是非常大的，需要采用變頻運行模式，及時對系統(tǒng)前端收集到的數(shù)據(jù)進行反饋，從而對整體運行系統(tǒng)進行調(diào)整并達到相應(yīng)目的。因此在采用變頻運行的模式下，是可以對地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進行節(jié)能優(yōu)化和有效控制的，考慮到地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的高度不確定性和反應(yīng)滯后性，因此加入前端數(shù)據(jù)導(dǎo)入和及時反饋是可以進一步優(yōu)化地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的，從而真正實現(xiàn)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的整體運行節(jié)能優(yōu)化。

3 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施

對地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施有以下幾個方面：

3.1 軌道排風(fēng)機節(jié)能

首先在工程項目上的最不利原則來計算設(shè)計，考慮在最不利原則的場景下，系統(tǒng)的整體情況和優(yōu)化情況。在還未到達最不利工作狀況前，軌道的排風(fēng)機是在很大程度上可以進行節(jié)能優(yōu)化的，主要是通過對地鐵運行時間運行頻率的不同的調(diào)節(jié)做到節(jié)能方面的措施，首先對地鐵的不同工況進行分類，根據(jù)具不同工況來進行調(diào)節(jié)。然后根據(jù)地鐵離車站的具體位置的不同，來改變臺風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，地鐵即將靠近車站時需要高速運轉(zhuǎn)，地鐵離開車站時或不在車站時需要低速運轉(zhuǎn)，要么就需要系統(tǒng)及時對地鐵的所在情況進行反饋，從而對地鐵和排風(fēng)機的相關(guān)要求作出響應(yīng)，第三是在保證整體運行系統(tǒng)的溫度條件下，盡可能減少排風(fēng)機每天所運轉(zhuǎn)時間，這樣不僅可以減少排風(fēng)機每天的運行負擔(dān)，也大大提高了系統(tǒng)運行效率。

3.2 空調(diào)大系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化

在系統(tǒng)前端收集新風(fēng)量數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)通過溫度濕度可以測算出新風(fēng)負荷大小，經(jīng)過數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)處理，例如在某一時段持票進站人數(shù)，站臺等待人數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)前端作出人員負荷的估算，新風(fēng)負荷和人員負荷兩個較大變化量在系統(tǒng)前端就有了相應(yīng)的反饋，系統(tǒng)可以直接對這兩種復(fù)合干擾進行測算，直接參與前端控制的冷水量和空氣量調(diào)節(jié)。這種前端反饋比系統(tǒng)整體反饋更有效，更及時，可能在數(shù)據(jù)測算上存在一定誤差，但提高了整體地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，在一定程度上減少了系統(tǒng)負荷的波動，提升了系統(tǒng)整體運行效率和響應(yīng)速度。

3.3 變頻調(diào)速控制節(jié)能

由于經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，技術(shù)的不斷完善，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中引入變頻空調(diào)技術(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)在目前工程領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。由于地鐵的特殊性需要對負荷變化進行調(diào)節(jié)，但由于電機頻繁啟動在過去的一般系統(tǒng)中對電機造成損害非常大，且頻繁啟動耗能較高。因此在引入變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，這種問題將得到大大的改善，對于地鐵負荷的不確定性以及設(shè)備運行工況對不確定性的及時反饋的工作效率將有效提升。主要實現(xiàn)對組合式空調(diào)機組，和回風(fēng)機排風(fēng)機的變頻調(diào)速，根據(jù)新風(fēng)負荷和人員負荷對空調(diào)運作進行調(diào)整。

3.4 風(fēng)閥控制新風(fēng)量節(jié)能

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，地鐵在早高峰晚高峰的上下班時間，客流量可超過地鐵全天的數(shù)據(jù)的一半以上，因此在早晚高峰時段，地鐵的負荷量還是很大的。其他時段的人流客流量也在不斷進行調(diào)整，因此很多數(shù)據(jù)都是不確定的。那么如果根據(jù)地鐵客流量的最大量和最小量來設(shè)計空調(diào)機組，這是非常不科學(xué)且浪費資源的做法。因此對于全天的平均數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，引入前端反饋系統(tǒng)和變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過前段對數(shù)據(jù)的收集及時調(diào)整風(fēng)閥的開啟程度大小，從而控制整個地鐵系統(tǒng)的新風(fēng)量，也可以及時引入新風(fēng)負荷的數(shù)據(jù)，從而為后續(xù)工作的展開進行了有效和扎實的鋪墊。因此通過前端的風(fēng)閥開啟程度，從而調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的新風(fēng)負荷，進一步提升地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化。

3.5 空調(diào)水系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)

引入空調(diào)變頻系統(tǒng)可以有效調(diào)節(jié)空調(diào)水系統(tǒng)的冷水量，在一定程度上減少能耗損失。經(jīng)過變頻調(diào)節(jié)之后，可以幫助個空調(diào)系統(tǒng)組成的整個系統(tǒng)的運行進行調(diào)節(jié)，提升系統(tǒng)整體運行效率。空調(diào)水系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)主要利用恒壓差的數(shù)據(jù)進行及時反饋，首先在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置恒壓叉的相關(guān)參數(shù)，這個參數(shù)可以作為前端數(shù)據(jù)的參照比對，及時進行前端反饋和調(diào)節(jié)。

例如在壓差反饋數(shù)據(jù)大于恒壓差設(shè)定參數(shù)時，水流量大于最小允許水流量時，系統(tǒng)前端對數(shù)據(jù)可以進行及時反饋并做出及時調(diào)整，例如關(guān)閉壓差旁通閥等有效措施哪個系統(tǒng)頻率進行調(diào)節(jié)，降低空調(diào)送水量和排風(fēng)機的運作，保證壓差數(shù)據(jù)幾近接近設(shè)定參數(shù)。

3.6 對地鐵隧道空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)壓控制

根據(jù)地鐵相關(guān)數(shù)據(jù)，地鐵隧道空調(diào)的費用控制也是非常重要的，在很多時候，忽略了地鐵隧道空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)險控制，往往對地鐵運行造成極大的危害。對于地鐵隧道系統(tǒng)的空調(diào)的風(fēng)向控制主要是，根據(jù)空調(diào)大系統(tǒng)先進行節(jié)能優(yōu)化控制，然后采取針對性的地鐵隧道，空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)壓控制，在定時定期對于隧道溫度進行實際記錄，采用前端反饋系統(tǒng)及時對數(shù)據(jù)進行處理，對隧道風(fēng)機進行及時調(diào)整，這樣可以有效節(jié)約用電，還可減少風(fēng)機損耗，進一步優(yōu)化了地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能情況。

4 結(jié)束語

綜上所述，對于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，我希望對于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)目前所存在的問題，然后根據(jù)問題進行有效探討，并根據(jù)具體問題具體分析提出具體的調(diào)節(jié)措施，主要包含六個方面，首先是空調(diào)軌道排風(fēng)機的節(jié)能，接著是空調(diào)大系統(tǒng)的結(jié)論，然后是變頻調(diào)速控制節(jié)能以及風(fēng)閥控制新風(fēng)量節(jié)能，接著是空調(diào)水系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)和對地鐵隧道空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)壓控制。這六個方面的節(jié)能優(yōu)化措施可以有效提升地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效率，也在一定程度上提高了地鐵的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的工作效率。對于這些針對性的措施的真正落實還需要相關(guān)工作人員的認真負責(zé)的工作態(tài)度才可以有效實現(xiàn)。在當(dāng)前能源形勢日益緊張的情況下，對于節(jié)能措施，我們需要做的還有很多，本文由于技術(shù)的局限性，對于分析問題還不夠透徹，需要進一步的加強對地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能研究并和有關(guān)技術(shù)人員進行進一步探討和分析。希望本文能對地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化做技術(shù)上的參考，貢獻自己對地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的一份力量，為我國節(jié)約資源走可持續(xù)發(fā)展道路貢獻自己的綿薄之力。

參考文獻

[1]朱培根，田義龍，何志康，等.地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能分析[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（05）.

[2]劉長鳴.地鐵通風(fēng)的節(jié)能環(huán)保與空調(diào)系統(tǒng)控制研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（05）.

[3]孫鈞，彭世雄，李樹芳.地鐵通風(fēng)的節(jié)能環(huán)保與新技術(shù)實施[J].地下空間與工程學(xué)報，2012（S1）.