地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究

1、0引言由于快速、高效、載客量大的特點(diǎn),地鐵現(xiàn)已成為解決城市繁雜交通的重要手段。目前,我國(guó)已在北京、上海、廣州、深圳等城市修建了多條地鐵線路。然而,地鐵運(yùn)行的巨大能耗引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵的重要組成部分,能耗約占整個(gè)地鐵用電負(fù)荷的45%60%1。地鐵空調(diào)系統(tǒng)龐大,影響能耗的因素也較多。因此,通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析,提出空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)運(yùn)行環(huán)節(jié)切實(shí)可行的節(jié)能措施,對(duì)減少地鐵能耗損失,節(jié)約國(guó)家能源具有重要意義。1通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗分析1.1通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的組成地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)包括隧道通風(fēng)系統(tǒng)、車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱大系統(tǒng)、車站設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱小系統(tǒng)、車站空調(diào)水系統(tǒng)(

2、簡(jiǎn)稱水系統(tǒng)。1.1.1隧道通風(fēng)系統(tǒng)該系統(tǒng)又可分為區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)和車站隧道排風(fēng)系統(tǒng)。區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)主要由隧道風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、組合風(fēng)閥、消聲器組成。其主要功能為:正常運(yùn)營(yíng)期間,早晨列車運(yùn)營(yíng)前及夜間列車停運(yùn)后,隧道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行全線機(jī)械通風(fēng);正常運(yùn)營(yíng)時(shí)主要利用活塞效應(yīng),排除隧道內(nèi)的余熱余濕,確保隧道內(nèi)平均溫度不超標(biāo);列車阻塞在區(qū)間隧道時(shí),向阻塞區(qū)間提供一定的通風(fēng)量,保證列車空調(diào)器等設(shè)備正常運(yùn)行;列車區(qū)間火災(zāi)時(shí)及時(shí)排除煙氣和控制煙氣流向,為乘客疏散和救援提供條件。車站隧道排風(fēng)系統(tǒng)主要由排熱風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、組合風(fēng)閥、消聲器組成。其主要功能為:列車停站時(shí),排除列車制動(dòng)和空調(diào)設(shè)備產(chǎn)生的余熱。站臺(tái)火災(zāi)時(shí)車站隧道通風(fēng)

3、系統(tǒng)輔助車站排煙。1.1.2車站大系統(tǒng)車站大系統(tǒng)主要由組合式空調(diào)機(jī)組、送風(fēng)機(jī)、小新風(fēng)機(jī)、回/排煙風(fēng)機(jī)、閥門、風(fēng)道組成。其主要功能為:正常運(yùn)營(yíng)時(shí)應(yīng)能為乘客提供過渡性舒適環(huán)境;當(dāng)車站公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí),大系統(tǒng)(與其他系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)作迅速排除煙氣,同時(shí)為乘客提供一定的迎面風(fēng)速,誘導(dǎo)乘客安全疏散。1.1.3車站小系統(tǒng)車站小系統(tǒng)主要由空調(diào)器、送風(fēng)機(jī)、回/排煙風(fēng)機(jī)、閥門、風(fēng)道組成。其主要功能為:正常運(yùn)營(yíng)時(shí),為地鐵工作人員提供舒適的工作環(huán)境;為設(shè)備提供良好的收稿日期:2010-03-12;修回日期:2010-03-23地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究聞彪,吳慶,洪學(xué)新(安徽理工大學(xué),安徽淮南232001摘要:地鐵車站通風(fēng)

4、空調(diào)系統(tǒng)的能耗占地鐵車站總能耗的45%以上,因此如何有效降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗是車站節(jié)能的重點(diǎn)。通過對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)地能耗分析,提出在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,采用優(yōu)化系統(tǒng)布置、大溫差送風(fēng)的措施,具有較好的節(jié)能效果;運(yùn)行階段,通過采用通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)、水泵的變頻技術(shù),動(dòng)態(tài)節(jié)能可達(dá)27%78%。關(guān)鍵詞:地鐵;通風(fēng)空調(diào);節(jié)能;變頻中圖分類號(hào):TU831文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1673-7237(201004-0032-03Energy-saving for Ventilation and Air-conditioning System in Subw ayWEN Biao,WU Qing,HON

5、G Xue-xin(Anhui University of Science and Technology,Huainan232001,Anhui,ChinaAbstract:The method for reducing energy consumption of the ventilation and air-conditioning systems is focused,because the energy consumption caused by ventilation and air-conditioning system is accounted for more than 45%

6、of the total energy consumption in subway station.Trough the analysis,the measures of air supply between large temperature difference and adopting optimized system layout are pro -posed,which can make it possible for obtaining a good effect of energy-saving.Moreover,during operational phase,the dyna

7、mic energy-sav -ing is up to 27%78%through using fans and water pump frequency conversion technology in ventilation and air-conditioning system.Key w ords:subway;ventilation and air-conditioning;energy-saving;frequency conversion暖通與設(shè)備HEATING VENTILATION &EQUIPMENT建筑節(jié)能2010年第4期(總第38卷第230期No.4in 2010(T

8、otal No.230,Vol.38doi :10.3969/j.issn.1673-7237.2010.04.01132運(yùn)行環(huán)境條件;當(dāng)車站設(shè)備管理用房區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí),小系統(tǒng)能排除煙氣或隔斷火源、煙氣。1.1.4空調(diào)水系統(tǒng)空調(diào)水系統(tǒng)主要由冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔組成。其主要功能為:為車站空調(diào)器提供空調(diào)冷凍水,滿足正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的各種工況的運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)、平衡要求。1.2通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗分析采用屏蔽門系統(tǒng)的地鐵車站空調(diào)負(fù)荷主要包括:人員負(fù)荷、照明負(fù)荷、設(shè)備負(fù)荷、屏蔽門傳熱、滲透負(fù)荷、出入口滲透負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷以及廣告、導(dǎo)向牌、指示牌產(chǎn)生的負(fù)荷。設(shè)備負(fù)荷是指自動(dòng)扶梯、電梯、AFC 系統(tǒng)產(chǎn)生的

9、負(fù)荷?？照{(diào)系統(tǒng)濕負(fù)荷主要由人員負(fù)荷、維護(hù)結(jié)構(gòu)濕負(fù)荷組成。為了獲得空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域,現(xiàn)以武漢4號(hào)線某標(biāo)準(zhǔn)車站為例,分析空調(diào)系統(tǒng)能耗。車站大系統(tǒng)負(fù)荷中,照明、設(shè)備、屏蔽門滲透、廣告、導(dǎo)向牌、指示牌的負(fù)荷可以認(rèn)為是個(gè)定值,人員負(fù)荷及新風(fēng)負(fù)荷是個(gè)變值。從表1可得前者負(fù)荷占總負(fù)荷的40.18%,后者負(fù)荷占總負(fù)荷的42.46%?？梢娍傌?fù)荷的變化主要來自于車站客流量的變化。車站小系統(tǒng)負(fù)荷中,管理用房設(shè)備負(fù)荷、人員、照明負(fù)荷可以認(rèn)為是定值,從表2可得這些負(fù)荷占總負(fù)荷的83.23%。可見小系統(tǒng)負(fù)荷變化主要來自新風(fēng)的變化。根據(jù)以上分析,車站客流的變化對(duì)空調(diào)總負(fù)荷變化影響很大。而地鐵每日客流的變化幅度非常大,

10、早、晚高峰客流量比較大,時(shí)段一般在早上7:00-8:00和下午17:00-18:00,而其他時(shí)段客流量相對(duì)較少,因此,人員負(fù)荷存在很大的波動(dòng)。以武漢4號(hào)線某標(biāo)準(zhǔn)車站為例,客流表見表3。由表3可以看出,初、近期的高峰客流離遠(yuǎn)期高峰客流有很大差距。計(jì)算得初、近期的同時(shí)在站人數(shù)分別僅為遠(yuǎn)期的49.5%、63.8%。即初、近期的人員負(fù)荷僅為遠(yuǎn)期人員負(fù)荷的50%左右。新風(fēng)負(fù)荷在1d 之內(nèi)隨時(shí)發(fā)生變化,另外還隨季節(jié)而變化,因此,新風(fēng)負(fù)荷也是波動(dòng)的。若空調(diào)系統(tǒng)按裝機(jī)容量運(yùn)行,勢(shì)必造成能源的巨大浪費(fèi)。在客流量遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)額定值,空調(diào)系統(tǒng)在小負(fù)荷的情況下,如何根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求對(duì)風(fēng)量、水量進(jìn)行調(diào)節(jié),是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

11、的關(guān)鍵。2通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能策略從空調(diào)負(fù)荷分析,人員及新風(fēng)負(fù)荷是系統(tǒng)節(jié)能的重點(diǎn),這需要根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求對(duì)風(fēng)量、水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。從系統(tǒng)運(yùn)行耗電分析,風(fēng)機(jī)、水泵等輸配系統(tǒng)是車站節(jié)能的重點(diǎn),也需要根據(jù)車站負(fù)荷變化調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)、水泵等運(yùn)行狀態(tài),降低運(yùn)行費(fèi)用。因此,空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)、運(yùn)行的各個(gè)階段。2.1設(shè)計(jì)階段節(jié)能策略2.1.1優(yōu)化系統(tǒng)布置車站設(shè)計(jì)時(shí),本專業(yè)應(yīng)積極配合建筑專業(yè),優(yōu)化風(fēng)道、房間的布置。風(fēng)井或機(jī)房位置應(yīng)保證管路通暢,協(xié)調(diào)減少土建直角彎,最大限度的減少不合理的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致車站能耗加大的情況。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),應(yīng)強(qiáng)化節(jié)能意識(shí)。設(shè)計(jì)師應(yīng)充分結(jié)合地鐵負(fù)荷特點(diǎn),優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)置,盡量減小風(fēng)管直角彎,合

12、理科學(xué)選擇空調(diào)設(shè)備,杜絕“大馬拉小車”的現(xiàn)象。2.1.2大溫差送風(fēng)對(duì)于設(shè)備管理用房,合理加大送風(fēng)溫差。因送風(fēng)表1車站大系統(tǒng)負(fù)荷分析統(tǒng)計(jì)表人員照明設(shè)備屏蔽門傳熱、滲透出入口滲透新風(fēng)排熱風(fēng)道廣告、導(dǎo)向牌、指示牌管道溫升負(fù)荷/kW117.648.253.336.28.1123.033.990.056.4占總負(fù)荷的比重/%20.768.519.41 6.38 1.4321.71 5.9815.889.95表2車站小系統(tǒng)負(fù)荷分析統(tǒng)計(jì)表人員負(fù)荷照明負(fù)荷管理用房設(shè)備負(fù)荷新風(fēng)負(fù)荷管道溫升總負(fù)荷負(fù)荷/kW15.023.4304.048.220.8411.4占總負(fù)荷的比重/% 3.65 5.6973.8911.7

13、2 5.06表3車站客流預(yù)測(cè)表早高峰預(yù)測(cè)客流量(7:008:00晚高峰預(yù)測(cè)客流量(17:0018:00時(shí)間去向(下行回向(上行去向(下行回向(上行上客量下客量上客量下客量上客量下客量上客量下客量初期2161352281227818223053051793近期2897571520222020114095992459遠(yuǎn)期45191112736357031238801140337833溫差的增大,使送風(fēng)量大大減小,可節(jié)省系統(tǒng)的一次投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)于車站變電所及發(fā)熱量大的電氣用房,保證在電氣設(shè)備空載時(shí)不結(jié)露的情況下,適當(dāng)提高送風(fēng)溫差,一般取T1519。2.2運(yùn)行階段節(jié)能策略2.2.1風(fēng)機(jī)變頻變風(fēng)

14、量調(diào)節(jié)由于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)期高峰客流運(yùn)營(yíng)條件來計(jì)算的2,在客流量遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí),最有效的節(jié)能措施就是采用變頻器來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量。原理:由于風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)荷的風(fēng)量(流量、消耗功率與轉(zhuǎn)速有下述關(guān)系:V2/V1=N2/N1(1P2/P1=(N2/N13(2式中:V1和P1分別為N1轉(zhuǎn)速下的風(fēng)機(jī)風(fēng)量(或水泵流量和消耗功率;V2和P2分別為N2轉(zhuǎn)速下的風(fēng)機(jī)風(fēng)量(或水泵流量和消耗功率。由公式(1、(2可得:風(fēng)機(jī)風(fēng)量(或水泵流量與轉(zhuǎn)速成正比,消耗功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。即通過變頻裝置使風(fēng)量(或流量減少10%,消耗功率可減少27%;通過變頻裝置使風(fēng)量(或流量減少40%,消耗功率可減少78%

15、;設(shè)計(jì)過程中,空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、水泵至少有10%的設(shè)計(jì)余量,因此,根據(jù)風(fēng)機(jī)(水泵負(fù)荷變化,在60%90%轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行變頻調(diào)速,其動(dòng)態(tài)節(jié)能可達(dá)到27%78%,節(jié)能效果顯著。同時(shí),使用變頻調(diào)速控制,變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始,減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊,延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命,節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。2.2.2空調(diào)水系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)在空調(diào)系統(tǒng)中冷凍水泵和冷卻水泵的容量是按照車站最大設(shè)計(jì)負(fù)荷選定的,且留有余量。在實(shí)際使用中,空調(diào)系統(tǒng)大多處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),因此,采用變頻器來調(diào)節(jié)水流量是減少能耗的有效途徑?？照{(diào)冷凍水泵的變頻調(diào)速采用恒壓差控制,可避免各空調(diào)系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系,單個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)不

16、會(huì)影響其他空調(diào)系統(tǒng)。冷凍水泵的控制,采用集水器和分水器之間的旁通閥壓差或最不利回路壓差作為反饋值來調(diào)節(jié)冷凍水泵的運(yùn)行頻率。實(shí)現(xiàn)方法:首先設(shè)定1個(gè)壓差參數(shù),作為集水器和分水器間旁通閥壓差反饋值的參照對(duì)象。(1當(dāng)旁通閥壓差反饋值大于設(shè)定的壓差參數(shù),而此時(shí)系統(tǒng)冷凍水流量大于單臺(tái)冷水機(jī)組允許的最小冷凍水流量,則保持關(guān)閉壓差旁通閥不變,優(yōu)先對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),降低冷凍水泵的運(yùn)行頻率,保持系統(tǒng)壓差恒定;(2當(dāng)系統(tǒng)冷凍水流量降到機(jī)組允許的最小流量時(shí),如壓差反饋值還大于設(shè)定值時(shí),則保持冷凍水泵運(yùn)行頻率不變,開啟壓差旁通閥,增加旁通閥的開度值,保持分水器和集水器間壓差的恒定。如果旁通閥壓差反饋值設(shè)定的壓差參數(shù),首先

17、保持冷凍泵的運(yùn)行頻率不變,減小旁通閥的開度,當(dāng)旁通閥開度達(dá)到關(guān)閉狀態(tài)時(shí),如壓差反饋值還小于設(shè)定值,此時(shí)增加冷凍泵的運(yùn)行頻率,增加冷凍水的流量,直到旁通閥的壓差反饋值等于設(shè)定值。2.2.3采用不同的運(yùn)行模式夏季最大限度的減小新風(fēng)負(fù)荷,合理利用過渡季節(jié)自然冷源是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的有效措施。通過以下的運(yùn)行方式可達(dá)到較好的節(jié)能目的3。2.2.3.1空調(diào)小新風(fēng)工況當(dāng)站外空氣焓值大于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值時(shí),空調(diào)系統(tǒng)采用小新風(fēng)加一次回風(fēng)運(yùn)行。2.2.3.2空調(diào)全新風(fēng)工況當(dāng)站外空氣焓值小于或等于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值,并且站外空氣溫度大于空調(diào)送風(fēng)溫度時(shí),采用全新風(fēng)空調(diào)運(yùn)行,空調(diào)器處理室外新風(fēng)后送至空調(diào)區(qū)域,回/排風(fēng)全部排至車站外。2.2.3.3通風(fēng)工況當(dāng)站外空氣溫度小于空調(diào)送風(fēng)溫度時(shí),停止冷水機(jī)組運(yùn)行,外界空氣不經(jīng)處理直接送至空調(diào)區(qū)域,回/排風(fēng)則全部排出車站外。3結(jié)語通過分析,地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求對(duì)風(fēng)量、水量進(jìn)行變頻控制,以及不同季節(jié)采用不同的運(yùn)行模式,都能起到良好的節(jié)能效果。同時(shí),通過優(yōu)化設(shè)計(jì)同樣可以達(dá)到節(jié)能目的