城市轨道交通通风空调系统分析

摘要：随着城市交通的不断发展，地铁的舒适快捷性能成为了现代社会当中的重要交通工具，而节能减排是当今社会研究的重要课题之一。其中，地铁在运营过程当中的能源消耗较大，随着我国轨道建设的不断发展与规模的不断扩大，能源节约问题越发的凸显出来。根据调查显示，在我国南方城市地铁的空调系统耗能占到了地铁运营过程中总能源消耗的1/2，在北方的城市地铁系统当中，空调系统的能源消耗为地铁总运营耗能的1/3。而空调系统是地铁运营过程当中的节能潜力大户，所以在进行地铁空调系统的设计以及设备的选择运营模式之上，要进行优化设计，从而找到地铁运营的节能减排措施。

关键词：地铁;空调系统;节能设计

引言

随着我国经济水平的不断提高，城市化建设不断推进，人们的生活质量也在不断提升。背景下，我国交通行业也得到了不断发展和完善。尤其是地铁行业在近些年来取得了巨大的进步。为了推动地铁建设，提升交通运输水平，为人民日常生活提供保障，需要对地铁行业中所涉及的种种问题进行针对性处理和解决。现阶段，地铁通风问题成为地铁行业中比较重要的问题之一，地铁系统的通风效果决定着行业能否实现可持续发展。在地铁环境的调节系统当中，为了最大限度满足的最高功率需求，其输出的功率在设计中比较容易出现误区。在实际运行过程中容易造成能源的浪费。运用变频节能技术对改善地铁通风系统的效果十分明显，本文针对此类问题进行研究。

1地铁空调系统的组成分析

隧道通风空调系统主要包括车站隧道通风系统和区间隧道通风系统。在列车正常运行的过程当中，通过利用列车的活塞风以及车站之间的排热系统进行列车的散热，以及地下区间的通风换气工作，从而保证区间内的温度，在设计标准范围之内，为地铁乘客提供一个舒适的室外环境。在每日晨间地铁运营前以及夜间地铁停止运行后，要将隧道内的通风机开起，并采用隔站排风的方式，对区间的隧道进行通风，从而保证该区域内能够完成通风换气以及降温。当列车区间内出现了火灾时，隧道通风系统可以同时作为排烟，系统进行工作，从而助力人员疏散等工作的开展。当车站以及车轨区域内出现火灾，要及时关闭下排的热风并开启热风机，将烟雾从上排热风道排出。

2地铁通风与空调节能控制设计原则

1）地铁高架站所处的区域一般比较空旷，为公共区域，因此无须配备空调，自然通风是最佳选择。在设备管理区，有必要配备变频多联空调系统的设置。2）要严格遵循“就近服务与相邻布置”的标准，精准设计地铁站的通风空调，目的主要在于两方面：缩短空气输送的范围，将设计成本控制在合理范围。3）要使用性能集中、方便维护的设备，以保证空调系统功能的展现。此外，运行安全、技术过硬、节约空间等也是集中考量的因素。这些不仅能够有效提高地铁通风的设计水平，而且能够提升空调科学水准。4）在设计地铁通风空调系统时，必须严格遵循行业规定与技术要求，而且设计工作全程以及设备配备等均要围绕节能展开，从而使地铁车站配置的通风系统具有优良的节能性能。与此同时，设计人员必须坚持具体问题具体分析的宗旨，对于施工场所的实际情况，必须进行及时、全面的分析，同时，节能意识必须贯穿设计以及施工的全过程，以确定设计工作能够真正按设计效果呈现。

3城市轨道交通通风空调系统节能设计

3.1空调水系统的变流量设计

地铁车站在每日运行的过程当中，其负荷量较大，因此，要对于空调水泵以及冷却塔进行变频控制，从而实现地铁空调系统的节能。在自动控制方面，可以对于空调水系统设备运行过程当中的变量进行全方位的采集，再将其传送到智能控制器上，通过智能控制器来对于系统的运行数据进行推算，从而计算出在未来地铁运行过程当中系统需要的运行参数。同时运用变频技术来对于水泵进行自动控制，通过调节水泵的转速来实现空调当中水系统的循环流量的调控，使得空调冷水机组的转换率较高，保证空调系统能够在各种状态下保证最佳负荷，从而实现空调系统的整体节能优化。

3.2空调机组及水系统的变频控制方法

变频空调机组用于站厅和站台温度的调节，开始是通过公共区温度的反馈来控制空调机组的送风量，采用PID（proportional integral derivative）控制方法实现。当空调送风量减少到一定程度后再调节水系统中冷冻水的流量。电动二通调节阀开度大小调节是依据冷却水进出水管温差。冷水泵使用变频控制，运行频率由水泵两端水压差来决定。水泵采用在此系统中的冷量与水量不是比例关系，水量延缓于冷量的变化，会出现“小温差，大流量”的情况。冷冻水温差控制采用分季节、分时段控制，室外温度传感器反馈作为辅助控制，如温度和季节完全不符合，就会做出相应调整，以适应各种季节的特殊天气。

3.3自动控制策略

当地铁车站通风系统的运行模式维持在送、排二选一的状态时，但是只开一组风机也要保证一个前提，即有效通风量足够。当出入口充当风道时，该处的阻力会影响风量。如果总风量设计为16万m3/h，4个出入口的截面积均为16m2，计算可得风速为1.4m/s。通道口阻力系数局部达到了5.8，计算得出入口阻力的最大值是6.8Pa。可见风量不易受到出入口阻力的影响。由此可知，风机只打开一组时出入口处的风速最大也不会超过1.5m/s，设计风速在5m/s以下即可。对通风系统的设计来说，一般会依据远期高峰负荷对风量进行控制。如果地铁处于初期、近期或者远期非高峰期，由于设计值会远高于车站自身的发热量，并不需要很多的通风，可见大多数状态下只要开启单排放送即可。

3.4控制电路结构

地铁车站的变频节能改造控制是一个系统方案，除了增加变频器外，要将变频控制方法融入软件控制系统中。可以通过在现有人机界面（（human machine interface， HMI）、可编程逻辑控制器（prograˉmmable logic controller， PLC）上进行深度的集成，增加变频工艺参数及相关监控功能。同时将变频控制的相关参数（如频率、自动/手动控制方式等）上传至车站环境与设备监控系统（building automatic system， BAS）并上传至调度中心。环调通过BAS实现对车站温度的自动控制及必要时的手动干预，从而满足车站舒适度与节能要求。变频改造兼顾车站火灾防排烟功能，BAS启动火灾模式后，变频风机能自动切换到工频运行，与火灾控制模式保持一致。

结束语

空调系统不仅直接关系到乘客体验，还影响到整车的能耗，空调系统的控制策略应考虑所在地区的气候特点和环境条件因地制宜进行设计。本文基于地铁特点，介绍了地铁列车空调客室目标温度及压缩机启动的控制策略，在分析原有控制模式弊端的基础上，提出一种基于高架线路的新型目标温度控制方案及压缩机启动控制方案，并运用于实际列车，在提升乘客舒适度的同时，降低了空调能耗。

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