地铁车站环控系统节能控制策略解析

地铁车站环控系统节能控制策略解析

王圣健1赵孝强2

1浙江理工大学；2杭州杭港地铁有限公司

摘要：在城市发展过程中，地铁工程建设非常重要，为人们出行提供了很大便利。地铁属于高耗能交通设施，对其节能的研究也逐渐成为各城市运营方关注的焦点。通过分析，列车牵引用电和各种动力照明用电量占地铁总能耗的90%左右，其中环控系统（含大系统、小系统、隧道通风系统、水系统）的能耗又占动力照明系统总能耗的70%左右，因此地铁车站的环控系统设备属于节能工作的重点。

关键词：地铁车站；环控系统；节能控制策略

引言

随着我国各大城市的不断发展，各中心城市的人口密度逐年增加，交通压力日渐繁重，地铁作为一种快捷、高效、运输量大的公共交通工具，已逐渐成为解决城市交通问题的重要手段。目前，我国已有28个城市运营地铁，批准建设城市更是高达38个。然而，随着地铁的大规模兴建及运营，地铁运营的巨大能耗也逐渐引起了社会的广泛关注。环控系统作为地铁的重要组成部分，也是地铁车站的能耗大户。地铁环控系统繁杂，影响能耗的因素也较多。因此，通过对系统的分析，针对各个子系统不同能耗规律有针对性地采取节能措施和技术开发，对地铁行业的节能减排有重大意义。

1地铁环控系统的组成与作用

地铁是一个特殊的建筑工程，是若干个车站在通过地下通道连接起来组成一个工程。地铁工程一般都是在地下10米左右的地方施工，形成一个相对封闭的空间，内部空间完全可以供人们行走活动，与外界链接的通道不是很少，因此需要建立良好的通风装置。地铁环控系统也成为地铁环境控制系统，该系统包括车站、区间隧道、折返线、尽端线隧道、等空间领域的通风系统、通风空调系统、空调水系统等设备与管理。地下车站的环控系统主要分为非屏蔽门系统和屏蔽门系统，其中非屏蔽系统又分为开始系统和闭式系统。

环控系统的作用主要是控制地铁相对封闭的空间环境的热环境、内部空间的空气质量，为客户和工作人员提供舒适、安全和便捷的服务，满足地铁系统设备的运营要求，同时其系统还需在事故发生后提供其防护设备，例如安全疏散通道、排烟、通风和灭火的功效等。

2地铁车站环控系统节能控制策略

2.1水系统

根据水系统的能耗特点，该系统的负荷变化与整个空调系统的负荷变化一致，受客流及新风量的共同影响，因此影响整个系统的调节方式均可影响其节能。主要措施如下：

（1）运行模式的变化。有效利用不同季节外界冷负荷的变化，可在部分季节降低或停用水系统，从而实现节能；

（2）在环控系统中，冷冻水泵和冷却水泵的容量同样是按照车站最大设计负荷选定的，且留有余量。在实际使用中，环控系统大多处于低负荷运行状态，因此，采用变频器来调节水流量同样是减少能耗的有效途径。

（3）采用蒸发式冷凝空调系统取代水冷冷凝方式，只需较小的风量及冷却水量就可以实现冷媒的降温冷凝。既可减少冷却塔建设的种种问题，也可以省去冷却塔及大功率冷却水泵的能耗，进而实现节能的目的。

2.4隧道通风系统

根据隧道通风系统的能耗特点，该系统的负荷变化只与隧道内温度变化有关，因此其有效节能措施较少，需从设计及运行模式入手。主要措施如下：

（1）在设计之初，应积极协调建筑专业，优化风道、风井或机房位置，尽可能保证风路通畅，协调减少土建直角弯，最大限度减少结构带来的设备能耗加大的情况。

（2）隧道通风系统采用的设备均为较大功率的设备，主要担负功能为正常情况下隧道的通风换气及列车顶部空调冷凝器散发、列车底部刹车产热、磨擦产热和车体发热量的排除，因此可通过运行模式的控制，尽可能减少隧道通风系统设备的开启时间，合理安排通风换气的次数，在运营初期，区间隧道内温度较低时，可适当限制隧道风机的开启，从而减少能源的浪费。

2.2小系统

根据小系统的能耗特点，该系统的负荷变化较小，只与季节性新风量变化有关，因此需从季节性新风量变化及能量输送等方面考虑节能。主要措施如下：

（1）与大系统相似的方面：运行模式的变化。有效利用不同季节外界冷负荷的变化，通过新风量的调节实现节能；适当提高送风温差，从而减小送风量进而影响设备的选型，从根本上降低设备系统的能耗上限值。这两点同样适用于小系统。

（2）区别于大系统的方面：因小系统负荷变化较为稳定，因此变频调节方式不适用于小系统。采用空气-水空调系统替代全空气系统，虽然可实现节能目的，但考虑小系统主要管辖区域为设备管理用房，较多电器类设备，应尽可能避免过多水管的使用，因此不考虑此方法用于小系统。

但结合辖区实际，可考虑采用全空气系统与变频多联空调系统搭配使用的方法。即在白天大系统运转时，小系统采用全空气系统，两者共用冷水机组进行供冷，夜间大系统停止运转时，采用变频多联空调系统为设备管理用房供冷，停止冷水机组运行。既可以避免过多水管进入设备管理用房，又可以用较低能耗的变频多联空调代替冷水机组供冷，同时可作为小系统备用冷源，进而达到节能效果。

2.3大系统

根据大系统的能耗特点，该系统的负荷变化较为明显，需按照客流及季节变化对其进行有效调节才能达到节能的目的。主要措施如下：

（1）变频调节。由于地铁通风空调系统的设计是根据预测的远期高峰客流运营条件计算的，在客流量远未达到设计值时，最有效的节能措施就是采用变频器来调节风量。由于风机风量与转速成正比，消耗功率与转速的立方成正比。因此通过变频装置使风量减少10%，消耗功率可减少27%；风量减少40%，消耗功率可减少78%。对于大系统这一受客流影响较大的系统采用变频调节，节能效果显著。

（2）运行模式的变化。有效利用不同季节外界冷负荷的变化，通过新风量的调节来达到节能的目的。夏季时最大限度减小新风负荷，过渡季节合理利用自然冷源。具体可分为小新风工况，即站外空气焓值大于车站空调大系统回风空气焓值时，采用最小新风加回风模式运行。全新风工况，即站外空气焓值小于或等于车站空调大系统回风空气焓值且站外空气温度大于空调送风温度时，公共区空气由组合式空调机组处理过的新风提供，回风全部排至车站外。通风工况，即站外空气温度小于空调送风温度时，停止冷水机组运行，外界空气不经处理直接送至公共区，回风全部排至车站外。

（3）适当提高送风温差。送风温差的提高可极大降低送风量，在保证不出现结露现象的前提下，尽可能提高送风温差，从而减小送风量，进而影响设备的选型，从根本上降低设备系统的能耗上限值。

（4）采用空气-水空调系统替代全空气系统。现阶段大部分地铁环控系统采用全空气系统，该系统占地面积大，且空气的比热远小于水，在长距离运输上能量损失较大，运送同样冷量所消耗的能量也大。因此采用空气-水空调系统可以在能量运输及损耗方面有效降低系统的能耗。

结语

综上所述，我国地铁工程是近几年兴起的建筑工程，其中地铁车站的环控系统存在耗能大的劣势，需要专业人员对其系统的不断优化，从而实现降低其建设的成本和节能的目标。

参考文献：

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