地鐵通風空調(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,地鐵現(xiàn)已成為解決城市繁雜交通的重要手段。目前,我國已在北京、上海、廣州、深圳等城市修建了多條地鐵線路。然而,地鐵運行的巨大能耗引起了社會的廣泛關(guān)注。通風空調(diào)系統(tǒng)是地鐵的重要組成部分,能耗約占整個地鐵用電負荷的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,通過對系統(tǒng)進行全面的分析,提出空調(diào)系統(tǒng)在設計運行環(huán)節(jié)切實可行的節(jié)能措施,對減少地鐵能耗損失,節(jié)約國家能源具有重要意義。1通風空調(diào)系統(tǒng)能耗分析1.1通風空調(diào)系統(tǒng)的組成地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)包括隧道通風系統(tǒng)、車站公共區(qū)空調(diào)通風系統(tǒng)(簡稱大系統(tǒng)、車站設備管理用房通風空調(diào)系統(tǒng)(簡稱小系統(tǒng)、車站空調(diào)水系統(tǒng)(

2、簡稱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)又可分為區(qū)間隧道通風系統(tǒng)和車站隧道排風系統(tǒng)。區(qū)間隧道通風系統(tǒng)主要由隧道風機、風道、組合風閥、消聲器組成。其主要功能為:正常運營期間,早晨列車運營前及夜間列車停運后,隧道通風系統(tǒng)進行全線機械通風;正常運營時主要利用活塞效應,排除隧道內(nèi)的余熱余濕,確保隧道內(nèi)平均溫度不超標;列車阻塞在區(qū)間隧道時,向阻塞區(qū)間提供一定的通風量,保證列車空調(diào)器等設備正常運行;列車區(qū)間火災時及時排除煙氣和控制煙氣流向,為乘客疏散和救援提供條件。車站小系統(tǒng)主要由空調(diào)器、送風機、回/排煙風機、閥門、風道組成。其主要功能為:正常運營時,為地鐵工作人員提供舒適的工作環(huán)境;為設備提供良好的收稿日期:2010-03-

3、12;修回日期:2010-03-23地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究聞彪,吳慶,洪學新(安徽理工大學,安徽淮南232001摘要:地鐵車站通風空調(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空調(diào)系統(tǒng)能耗是車站節(jié)能的重點。通過對地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)進行系統(tǒng)地能耗分析,提出在空調(diào)系統(tǒng)設計階段,采用優(yōu)化系統(tǒng)布置、大溫差送風的措施,具有較好的節(jié)能效果;運行階段,通過采用通風空調(diào)系統(tǒng)中風機、水泵的變頻技術(shù),動態(tài)節(jié)能可達27%78%。關(guān)鍵詞:地鐵;通風空調(diào);節(jié)能;變頻中圖分類號:TU831文獻標志碼:A文章編號:1673-7237(201004-0032-03Energy-saving for Vent

4、ilation and Air-conditioning System in Subw ayWEN Biao,WU Qing,HONG 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 vent

5、ilation and air-conditioning system is accounted for more than 45%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

6、effect of energy-saving.Moreover,during operational phase,the dynamic 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暖通與設備

7、HEATING VENTILATION &EQUIPMENT建筑節(jié)能2010年第4期(總第38卷第230期32運行環(huán)境條件;當車站設備管理用房區(qū)發(fā)生火災時,小系統(tǒng)能排除煙氣或隔斷火源、煙氣?？照{(diào)水系統(tǒng)主要由冷水機組、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,滿足正常運營時的各種工況的運行時的調(diào)節(jié)、平衡要求。1.2通風空調(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)負荷主要包括:人員負荷、照明負荷、設備負荷、屏蔽門傳熱、滲透負荷、出入口滲透負荷、新風負荷以及廣告、導向牌、指示牌產(chǎn)生的負荷。設備負荷是指自動扶梯、電梯、AFC 系統(tǒng)產(chǎn)生的負荷?？照{(diào)系統(tǒng)濕負荷主要

8、由人員負荷、維護結(jié)構(gòu)濕負荷組成。為了獲得空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重點領域,現(xiàn)以武漢4號線某標準車站為例,分析空調(diào)系統(tǒng)能耗。車站大系統(tǒng)負荷中,照明、設備、屏蔽門滲透、廣告、導向牌、指示牌的負荷可以認為是個定值,人員負荷及新風負荷是個變值。從表1可得前者負荷占總負荷的40.18%,后者負荷占總負荷的42.46%?？梢娍傌摵傻淖兓饕獊碜杂谲囌究土髁康淖兓＼囌拘∠到y(tǒng)負荷中,管理用房設備負荷、人員、照明負荷可以認為是定值,從表2可得這些負荷占總負荷的83.23%?？梢娦∠到y(tǒng)負荷變化主要來自新風的變化。根據(jù)以上分析,車站客流的變化對空調(diào)總負荷變化影響很大。而地鐵每日客流的變化幅度非常大,早、晚高峰客流量比較大,

9、時段一般在早上7:00-8:00和下午17:00-18:00,而其他時段客流量相對較少,因此,人員負荷存在很大的波動。以武漢4號線某標準車站為例,客流表見表3。由表3可以看出,初、近期的高峰客流離遠期高峰客流有很大差距。計算得初、近期的同時在站人數(shù)分別僅為遠期的49.5%、63.8%。即初、近期的人員負荷僅為遠期人員負荷的50%左右。新風負荷在1d 之內(nèi)隨時發(fā)生變化,另外還隨季節(jié)而變化,因此,新風負荷也是波動的。若空調(diào)系統(tǒng)按裝機容量運行,勢必造成能源的巨大浪費。在客流量遠未達到設計額定值,空調(diào)系統(tǒng)在小負荷的情況下,如何根據(jù)實際負荷需求對風量、水量進行調(diào)節(jié),是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵。2通風空調(diào)系統(tǒng)節(jié)

10、能策略從空調(diào)負荷分析,人員及新風負荷是系統(tǒng)節(jié)能的重點,這需要根據(jù)實際負荷需求對風量、水量進行調(diào)節(jié)。從系統(tǒng)運行耗電分析,風機、水泵等輸配系統(tǒng)是車站節(jié)能的重點,也需要根據(jù)車站負荷變化調(diào)節(jié)風機、水泵等運行狀態(tài),降低運行費用。因此,空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能應綜合考慮設計、運行的各個階段。2.1設計階段節(jié)能策略車站設計時,本專業(yè)應積極配合建筑專業(yè),優(yōu)化風道、房間的布置。風井或機房位置應保證管路通暢,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)導致車站能耗加大的情況。通風空調(diào)系統(tǒng)的設計,應強化節(jié)能意識。設計師應充分結(jié)合地鐵負荷特點,優(yōu)化系統(tǒng)設置,盡量減小風管直角彎,合理科學選擇空調(diào)設備,杜絕“大馬拉小車”的現(xiàn)象。

11、對于設備管理用房,合理加大送風溫差。因送風表1車站大系統(tǒng)負荷分析統(tǒng)計表表2車站小系統(tǒng)負荷分析統(tǒng)計表表3車站客流預測表早高峰預測客流量(7:008:00晚高峰預測客流量(17:0018:0033溫差的增大,使送風量大大減小,可節(jié)省系統(tǒng)的一次投資費用和運行費用。對于車站變電所及發(fā)熱量大的電氣用房,保證在電氣設備空載時不結(jié)露的情況下,適當提高送風溫差,一般取T1519。2.2運行階段節(jié)能策略由于地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的設計是根據(jù)預測的遠期高峰客流運營條件來計算的2,在客流量遠未達到設計值時,最有效的節(jié)能措施就是采用變頻器來調(diào)節(jié)流量、風量。原理:由于風機、水泵負荷的風量(流量、消耗功率與轉(zhuǎn)速有下述關(guān)系:V2

12、/V1=N2/N1(1P2/P1=(N2/N13(2式中:V1和P1分別為N1轉(zhuǎn)速下的風機風量(或水泵流量和消耗功率;V2和P2分別為N2轉(zhuǎn)速下的風機風量(或水泵流量和消耗功率。由公式(1、(2可得:風機風量(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量(或流量減少10%,消耗功率可減少27%;通過變頻裝置使風量(或流量減少40%,消耗功率可減少78%;設計過程中,空調(diào)系統(tǒng)的風機、水泵至少有10%的設計余量,因此,根據(jù)風機(水泵負荷變化,在60%90%轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對其進行變頻調(diào)速,其動態(tài)節(jié)能可達到27%78%,節(jié)能效果顯著。同時,使用變頻調(diào)速控制,變頻器的軟啟動功能將

13、使啟動電流從零開始,減輕了對電網(wǎng)的沖擊,延長了設備和閥門的使用壽命,節(jié)省了設備的維護費用。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計負荷選定的,且留有余量。在實際使用中,空調(diào)系統(tǒng)大多處于低負荷運行狀態(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。空調(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,單個空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)不會影響其他空調(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)冷凍水泵的運行頻率。實現(xiàn)方法:首先設定1個壓差參數(shù),作為集水器和分水器間旁通閥壓差反饋值的參照對象。(1當旁通閥壓差反饋值大于設定的壓差參數(shù),而

14、此時系統(tǒng)冷凍水流量大于單臺冷水機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)先對頻率進行調(diào)節(jié),降低冷凍水泵的運行頻率,保持系統(tǒng)壓差恒定;(2當系統(tǒng)冷凍水流量降到機組允許的最小流量時,如壓差反饋值還大于設定值時,則保持冷凍水泵運行頻率不變,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<設定的壓差參數(shù),首先保持冷凍泵的運行頻率不變,減小旁通閥的開度,當旁通閥開度達到關(guān)閉狀態(tài)時,如壓差反饋值還小于設定值,此時增加冷凍泵的運行頻率,增加冷凍水的流量,直到旁通閥的壓差反饋值等于設定值。夏季最大限度的減小新風負荷,合理利用過渡季節(jié)自然冷源是空調(diào)系統(tǒng)

15、節(jié)能的有效措施。通過以下的運行方式可達到較好的節(jié)能目的3。2.2.3.1空調(diào)小新風工況當站外空氣焓值大于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風空氣焓值時,空調(diào)系統(tǒng)采用小新風加一次回風運行。2.2.3.2空調(diào)全新風工況當站外空氣焓值小于或等于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風空氣焓值,并且站外空氣溫度大于空調(diào)送風溫度時,采用全新風空調(diào)運行,空調(diào)器處理室外新風后送至空調(diào)區(qū)域,回/排風全部排至車站外。2.2.3.3通風工況當站外空氣溫度小于空調(diào)送風溫度時,停止冷水機組運行,外界空氣不經(jīng)處理直接送至空調(diào)區(qū)域,回/排風則全部排出車站外。3結(jié)語通過分析,地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)運行時根據(jù)實際負荷需求對風量、水量進行變頻控制,以及不同季節(jié)采用不同的運行模式