地铁通风与空调节能控制设计

地铁通风与空调节能控制设计

郝文斌

天津晟源工程勘察设计有限公司天津市河北区300143

摘要：在各大城市中，地铁建设数量越来越多，大大便利了人们的出行。加强地铁通风与空调的节能控制设计，可提升地铁与空调系统的潜在应用价值，增强其在实践中的应用效果，实现对相关能耗问题的科学处理。因此，需要根据与时俱进的发展要求，给予地铁通风与空调节能控制设计更多的关注，将有效的设计理念、设计方法等融入这方面设计方案形成过程中，确保地铁应用过程中的通风状况良好，实现对空调能耗问题的科学应对。

关键词：地铁通风；空调节能控制；设计

引言

地铁现今已经成为了城市主要的公共交通工具，相较于公交车，人们更加喜欢选择地铁，避免了堵车，可以节约大量的时间，同时还有较高的舒适度。随着地铁行业的不断发展进步，地铁建设也在不断完善，满足人们的需求。

1地铁通风与空调节能必要性

由于地铁的主要运营场所是在地下，包括车站也是设立在地下隧道中，与外界的隔绝程度较高，地铁载客量庞大，产生的热量和消耗的能量也大。地铁运营时间增加的同时，地层地表会有蓄热作用产生进而导致地铁内部温度聚积，不利于内部运行安全。因此，地铁内部的通风设计、施工要合理，以免在造成地铁火灾的时候，不能及时有效的疏散人员，完成救灾、抢灾工作。地铁内部空调设计施工也要根据地铁内部实际构造和乘客运送量来科学的计划和安排，避免造成资源不必要的浪费。地铁通风与空调设置工作是地铁内部合理、安全运行的基本保障。同时，地铁通风与空调设备在设计、安装过程中合理规划、科学施工，增强其节能减排效用，是现代科学发展观和可持续发展观念的有力体现，也是经济社会发展的基本要求，更是人类生态文明和环境保护的重要体现。

2设计原则

（1）地铁通风空调系统设计中需要采用运行安全、技术先进、可靠性高、节省空间、便于安装与维护、高效节能且自动控制性能可靠的设备，促使地铁通风与空调节能控制方面的科学设计水平得以提升。（2）在地铁通风空调系统设计过程中，需要充分地考虑行业技术规范要求，且相应的设计工作开展及设备配置中应重视节能调节，确保通风空间系统在地铁车站应用中的节能状况良好性。同时，地铁通风与空调节能控制设计中设计人员应考虑实际情况，并强化通风空调系统形成中的节能意识，促使相应的设计工作的开展能够达到预期效果。

3地铁通风与空调节能控制设计

3.1风系统

普通地铁站地下站车站受空间因素影响，室内空气流通只能通过风机设备进行换气操作，由于常年运行，风机设备运行能耗占据整个通风空调系统总能耗的85%以上。根据作用范围，风系统分为大系统和小系统。通风空调大系统泛指站厅、站台共超过2000㎡的公共范围，是所有乘客直接感受站内环境舒适度的第一场所，也是空调系统末端冷负荷最大的地方。其主要组成如图1所示。

图1地铁通风空调大系统

（1）新风量计算及新风机控制

（2）换气次数控制

对于不同的使用场所和室外环境，计算得出的换气次数差别很大，硬性规定换气次数的下限值，会间接限制空调送风温差，增加空调能耗。对于采用一次回风全空气系统的地铁车站，最小换气次数N0应确保在采用高效空气过滤器的情况下，室内有害物浓度达标。所有空调机组、排热风机的调控基础为保证在最小换气次数之上运行，即风机的送排风量需要满足最小换气次数要求，风机频率不得低于最小某一定值。

最小换气次数计算公式如下：

式中，GV为室内单位体积有害物产生量，单位为mg/（m3·h）；C为室内允许含尘质量浓度，0.25mg/m3；Pd为人员密度根据客流变化调整，单位为人/立方米；DL为人均产尘量，取10毫克/（人·小时）；H为建筑层高，一般取3m；实际换气次数为空调机组送风量（回排风机排风量）/（站厅+站台面积×3m），实际换气次数不低于最小换气次数。在满足最小换气次数及环境温湿度要求的情况下，风机尽量以低的频率运行，例如正常情况下风机以40Hz运行，按满足最小换气次数要求以25Hz运行，其降低的能耗可达到70%以上。

（3）变露点温度调节

根据混风温度计算当前混风室内空气的露点温度，从而将计算所得露点温度作为空调箱两通阀设定值，通过改变两通阀开度动态调节空调箱露点，改变出风温度，实现变露点调节功能。此调节方式很大程度上可解决地铁车站内环境温度与湿度之间的平衡问题，避免湿度过大导致站内空气凝露现象的发生。

（4）空调、回排风机频率调节

在满足最小换气次数的前提下，根据出风温、湿度及风速、站内公共区负荷计算空调机组所需送风量及送风频率。组合式空调器初始运行频率为25Hz，回排风机频率与之匹配。空调输送冷量=（回风焓值-送风焓值）×G≥[（室内焓值-设定焓值）×公共区体积×1.2]+Q全热量。G为空调送风量=风速×送风管截面积（适用于有风速仪系统）或G=空调额定送风量×空调频率/50（无风速仪），风速可由风速仪测取相对较准确，空调额定送风量为已知常量。由G可得出空调风速或频率，作为空调频率PID调节模块设定值，完成空调频率调节。通风空调小系统主要作用于站内设备、管理用房，相对环境及冷负荷较稳定，一般采用普通回风温度PID调节即可满足调控需求。

3.2水系统

水系统为整个车站通风空调系统提供冷量来源，承担站内冷负荷与站外空气交换的作用。涉及冷水机组制冷量、冷冻泵输送冷量，空调表冷器消耗冷量、冷却塔散热量之间的平衡，其调控难点在水系统内部冷量平衡及与空调器末端消耗冷量之间的匹配。在地铁设计当中考虑到后期客流增加往往将空调系统负荷预留余量较大，因此在初期定流量运行过程当中容易供大于求，造成一定能量浪费。

在常规的水系统调控中将水系统分为3个控制部分，即冷冻水侧、冷水机组、冷却水侧。冷冻水侧采用供回水恒温差PID调节冷冻泵频率的方式，控制管道内冷冻水流量；冷机一般根据机组负荷进行加减载控制；冷却水侧通过控制冷却塔高低速或改变冷却泵频率的方式实现对供回水恒温差的控制。3个独立控制部分，无法保证水系统内冷量传输平衡，导致整个水系统对空调末端负荷变化反应慢、跟随性能差。例如降低了冷却泵的运行频率，减少了冷却泵耗能，却导致冷却水温较高，冷水机组压缩机高负荷低效运行。由于冷机功耗远远大于冷冻泵功耗，因此水系统整体能耗不降反升。在控制方案中需考虑水系统整体的能效比，以提高能源利用率为重点。

通常冷水机组冷凝侧（冷却水侧）负荷变化引起的能耗变化效应大于蒸发侧（冷冻水侧），因此在通常情况下尽可能优先调节冷却泵及冷却塔等设备，保证冷却水温满足冷水机组运行效率。以配备高低速冷却塔，一机一泵一塔的地铁线路为例，空调季正常情况下冷却塔风机初始启动处于低速运行状态；当冷却回水温度高于35℃或冷却供回水温差≥5℃时，持续时间超过5分钟时，冷却塔风机切换至高速运行；当冷却回水温度低于35℃且冷却供回水温差<5℃时，持续时间超过5分钟冷却塔风机切换至低速运行。

结语

综上所述，通过明确不同设计要点，可实现地铁通风与空调节能控制的科学设计，更好地适应低碳经济时代背景下的形势变化。因此，未来在促进地铁建设事业发展、优化空调使用功能的过程中，应对地铁通风及空调节能控制设计进行更多的考虑，控制好相关设计方案的形成过程，促使地铁及空调的应用效果更加显著，为它们的长远发展打下基础，并提高所需能源的利用效率。同时，应不断积累地铁通风及空调节能控制设计方面实践经验，促使日后相关设计工作的开展更具科学性。

参考文献：

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