地铁通风空调系统节能的新进展
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【摘要】：地铁运营过程中环境控制系统(简称环控系统)的用电量占了相当大的比重，特别是带有空调的环控系统尽管其投资仅占车站设备总投资的8％-10%，但其用电量却占到整个地铁耗电量的40％-50％，因此如何在环控系统的设计设备选型运行等许多环节上进行进一步优化找到一些可行的节能措施和途径将对地铁的经济运行具有十分重要的意义。本文主要就当前我国地铁通风空调系统中出现的问题进行总结，在此基础上提出有关的节能措施，希望能够提升我国地铁通风空调系统的效能。
【关键词】：地铁通风空调系统；节能；措施；探讨
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着我国城市化的速度加快，城市轨道交通也得到了很大的发展。据报道，到2020年北京的地铁线路的总长度将达到1050km，并将超过纽约，成为世界上拥有最长地铁线路的城市。同时，我国目前大约有27个城市正筹划建设轨道交通，预计到2015年，上海、广州以及北京等地22城市将拥有79条轨道交通线路，总投资将会达到8820.03亿元，线路总长度将达到2259.84km。我国的城市轨道交通建设必将进入新一轮高潮。
一、现有地铁通风空调系统存在的主要问题
现有地铁通风空调系统已能满足地铁运营所需的内部空气环境的基本要求,但随着系统设置复杂程度的提升以及人们节能意识的提高,地铁通风空调系统面临的问题也逐步暴露出来。
1、运行费用高。地铁通风空调系统的实际运行能耗占地铁车站总能耗的50%左右,造成高能耗的原因主要归结于三个方面:设计工况的选择。现有设计方法只关注设计状态点,解决极端情况下的问题,较少关注系统在部分负荷运行时是否高效的问题,而实际上关注部分负荷下的系统运行效率才是实现系统节能的关键。通风空调系统形式。目前传统的形式通常是全空气集中空调系统,另有广州地铁2号线采用了风机盘管系统。无论采用哪种空调系统形式,均包括冷水制备、冷量输配和冷量供应三个环节。目前对于冷水制备环节,冷水机组能耗过大。对于输配环节,低温风和低温水长距离输送,使输配系统能耗较大,同时风机或水泵的发热消耗了部分冷量,冷量输送效率低。现有地铁通风空调系统在过渡季和冬季采用机械通风方式来满足地铁内部环境要求,输配系统能耗也较大。对于冷量供应环节,现有地铁通风空调系统多为集中处理空气,然后输送至各个末端,因此常为了满足最不利末端而增加额外的能耗,难以兼顾多个不同负荷特性对象,缺乏灵活性。
2、能源利用不合理。现有的地铁通风空调系统有关能源利用不合理之处可以归结于两个方面:自然冷源利用不充分。冬季,室外的天然冷源得不到利用;过渡季,地铁站通常采用通风换气的方式来消除站内空间的余热余湿,然而在室内外存在小温差的条件下,巨大的风机能耗与引入的有限冷量相比得不偿失,自然冷源利用不合理。高品位能利用不合理,冬季余热未回收利用。地铁站内部具有显著的内热源,一方面存在来自列车牵引、刹车系统散热和列车空调散热等的稳定热;另一方面还存在站内客流量变化引起的动态热源。在冬季,一方面站台、站厅中巨大的内部热量没有被回收,另一方面管理用房还要消耗高品位的电能进行取暖,高品位电能直接被消耗掉,能源利用不合理。
二、地铁空调系统现有节能措施
针对现有地铁通风空调系统存在的问题,业内人士已开展了相关的研究工作,归纳起来在以下几个方面取得了可喜的进展。
1、地铁通风空调集成系统
近年来,针对减小机房面积、降低设备投资和运行费用的需求,一种能够满足通风、空调、事故及火灾工况的地铁通风空调集成系统应运而生。该系统的基本思路是将现有的区间隧道事故通风系统和车站公共区通风空调系统进行有机整合,通过设备、风道等的共用,将两种系统合二为一,将各种工况下的需求统一处理,构造成一种形式简单、功能齐全、机房占地面积小、造价低廉的通风空调系统。并且首次采用了电动可开启式大型表冷器、自动清洗式空气过滤器等空气处理设备和风机变频技术,以保证系统功能得以实现。
2、空气-水空调系统
目前的地铁通风空调系统一般采用全空气系统。该系统的弊端是风管、空调机房占用大量地下空间,导致土建成本增加;此外,集中处理过的空气在长距离的输送过程中输送效率较低,冷量损失较大。针对上述问题,北京城建设计研究总院提出了空气-水空调系统。在对该系统进行了实际测试,实测和分析结果表明,空气环境的控制效果很好,车站全年运行费用比采用传统系统减少70多万元,证明该系统具有很好的减少运营能耗、节约运行费用的效果。但是和传统的全空气系统相比,风机盘管系统存在安装维修和清洗工作量大、系统控制更复杂等问题。
3、地铁综合监控系统
近年来,环境与设备监控系统(BAS)在地铁通风空调系统的运行管理中扮演了重要的角色,该系统通过控制系统风量、全年车站温度等参数取得了良好的节能效果。随着计算机技术和通信技术的不断进步,环境与设备监控系统已经由原来的独立系统结构演变为集成系统结构。相对于原来的独立系统结构来说,集成系统结构开放性好、可操作性强、系统效率高,更便于空调通风系统的运行管理,有利于实现运行节能。
4、集中供冷技术
按照空调系统冷源设置的集中程度不同,地铁车站空调水系统有分散供冷、集中供冷两种供冷方式。目前地铁车站中使用最广泛、技术最成熟的供冷方式是分散供冷。然而,随着集中供冷在开罗、香港地铁中的成功应用,集中供冷的概念也被引入到广州地铁通风空调系统中。集中供冷是指根据一定的原则将全线地铁车站划分为不同的区域,在每个区域内设置一个集中制冷站,通过集中制冷站向该区域内多个地铁车站的空调系统提供低温冷水。相对于分散供冷而言,集中供冷集中设置冷却塔和制冷设备,能够有效地减少制冷机房数量和占地面积,解决冷却塔分站设置的难点,减轻对城市景观造成的负面影响,具有较强的技术优势。然而,冷水的远距离输送对保温材料、管道工艺的要求较高,输送能耗也相对较大,并且对输送反应具有一定的滞后性,应加强自动控制管理。
5、蒸发式冷凝空调系统
当前地铁站使用的空调大多数为水冷式集中空调,需要对冷却水进行降温处理,因此涉及到冷却塔的设置问题。庞大的冷却塔不仅影响城市景观和规划,而且会给周围环境带来噪声污染和卫生隐患。蒸发式冷凝空调系统可以实现地铁空调系统冷却塔不设在城市地面上的设想。该系统采用平面液膜蒸发式冷凝技术,充分利用板片表面水膜的蒸发,只需较小的风量及较少的冷却水量通过传质和传热即可实现板内工质的降温冷凝。由于无需冷却塔和大功率的冷却水泵、冷凝风机、水泵的配电动力,工程初投资有可能降低。在实际运行过程中,该系统利用低温低湿的室内排风作为蒸发式冷凝器的冷却空气,冷凝效果优于直接采用室外空气作为冷却空气的系统,避免了因空气置换通风而造成的能量损失。
结语
现有的节能措施的运用，进一步提升了地铁通风空调系统的效能，但是由于地铁自身的局限性以及特殊性，使得一些新技术、新产品不能及时应用于地铁内部，因此要加大对地铁特殊环境的研究，实现与新技术的结合，必将有力的推动地铁空调系统的改进。
参考文献：
[1]王梦恕.我国城市交通的发展方向[J].铁道工程学报，2003
[2]铁道第二勘察设计院.回顾与思考[M].北京：中国铁道出版社，2002