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[摘 要]随着我国交通技术的不断发展，对于地铁这一公共交通工具的设计也日趋完善，在能源需求日益紧张的阶段，地铁车站通风空调系统的节能设计就显得尤为重要。相關资料表明：地铁通风空调系统的用电量约占地铁车站用电量的60%，其中车站通风空调系统能耗占了相当大的比例。基于此，文章首先对地铁车站空调系统模式及能耗进行了分析，然后对地铁车站通风空调节能优化设计进行了阐述，以供参考。
[关键词]地铁车站；空调系统；节能设计
中图分类号：U231.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）27-0107-01
1 地铁车站空调系统模式
1.1 常规系统
车站通风空调系统由车站公共区空调通风和防排烟系统（简称大系统）、车站管理及设备用房（以下简称“设备区”）空调通风和防排烟系统（简称小系统）及车站空调冷源水系统（简称水系统）组成。常规大、小系统主要采用一次回风全空气系统，空调冷源采用水冷冷水机组，空调末端设备为组合式空调机组及柜式空调机组，水系统采用7℃/12℃的空调冷冻水作为系统中间载冷剂，由冷冻水泵输送至末端空调设备；风系统则是将回风和新风在混风箱中进行混合后，经水冷表面式空气冷却器处理对余热余湿进行集中处理，再通过风管送入车站公共区或设备区，对其进行降温除湿，这种情况下空调机组需承担车站公共区及设备区负荷和及对应的新风负荷。
1.2 地铁车站空气-水空调系统
地铁车站内热环境的控制，其换热媒介有三种，分别是空气、水、制冷剂，如用空气循环处理，则1m3/h空气，温差10℃可带走12kJ热量；若采用水循环处理空气，0.1m3/h水，温差10℃可带走4200kJ热量，故输送相同的热量，所需的水量远小于风量（按体积计）。另外地铁车站的轮廓往往是一个狭长平面，冷水机组一般设置在车控室所在端的端头，与全空气系统相比，从能量输配的角度看：空气-水系统将空气处理设备化整为零，冷水管途经公共区时“就地”取冷，处理热湿空气，无“空跑”，可最大限度地减少风侧、水侧二次输配能耗及简化系统设备。另外，空气-水系统末端设备不需设置挡水段、消声段，阀门、弯头、三通等管件少，空气侧阻力进一步减小。对于车站小系统而言，设备用房空调运行时间长，采用空气-水系统在空调季的节能潜力更大。
1.3 地铁车站温湿度独立控制空调系统
空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2与异味的任务，由于排除室内余湿与排除CO2、异味所需要的新风量与变化趋势一致。可以通过新风同时满足排余湿、CO2、与异味的要求、而排除室内余热的任务则通过其他系统（独立的温度控制方式）实现。由于无需承担除湿任务，因而可用较高温度的冷源实现排除余热的控制任务，温湿度独立控制空调系统中，通常采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，即双冷源，分别控制、调节室内的温度与湿度，从而避免热湿联合处理所带来的冷量损失。车站公共区的显热可以用高温冷水机组解决，从而实现很高的COP（供水温度18℃），即组合式空调机组的表冷器采用冷水温度为18℃/23℃，高温冷水机组的进出水温度为18℃/25℃，一般车站公共区的新风量仅为总通风换气量的10%～20%，可单独处理到低温、干燥状态，同时解决地下空间排湿，新风机组为直膨机组（冷媒直接蒸发制冷水冷却空调机组），新风机组的冷却水与空调箱表冷器冷却水管路为串联，新风机组冷却水进出水温度为23℃/28℃，低于冷媒机组进出水温度额定工况30℃/35℃，降低新风压缩机的冷凝温度，提高新风机的能效比。对车站管理及设备用房空调通风系统（简称小系统）而言，除管理用房有人员外，设备用房很少有人员，其室内冷负荷主要由显热冷负荷构成，因此采用高温冷水机组可以大幅提高机组的能效比。
2 地铁车站通风空调节能优化设计分析
2.1 地铁车站客流与空调负荷调查统计分析
根据我国已建的地铁车站的实际运行情况，发现车站逐时客流基于全天不同时间段存在一定差异。具体表现为：（1）车站逐时冷负荷随车站逐时客流的改变而改变，对典型岛式双层车站进行逐时冷负荷计算，显示车站逐时冷负荷全天大多数时段都处在60%到70%高峰冷负荷范围之内。（2）在地铁车站逐时冷负荷发生改变的条件下，通过对车站逐时空调送风量的计算，显示车站逐时空调送风量相比高峰空调送风量存在很大程度的改变。
2.2 优化设计方法分析
上述分析过程中不难看出，在地铁车站逐时客流发生改变的条件下，使得车站逐时冷负荷以及空调送风量全天发生很大程度的改变。因此，需利用变频调节技术，使通风空调设备的能耗得到有效降低。通常情况下，地铁车站在对其通风空调进行节能设计过程中，会对比分析地铁车站逐时冷负荷以及逐时送风量，进一步明确针对地铁车站公共区通风空调系统的组合空调机组、车站回排风机以及新风机采取何种运行方式。已建地铁车站大多数采取的是变频控制技术，此项技术的应用，能够使负荷变化的需求得到有效满足，进一步使设备能耗得到有效减低，当然，风机变频技术也只是从风系统的节能角度考虑降低空调系统能耗，通风空调系统中包含的空调风系统和空调水系统且二者联系密切，想要达到通风空调系统的最佳节能效果，必须同时考虑空调风和空调水系统的节能运行，以便充分发挥通风空调系统的节能效果。
2.3 节能优化设计效益分析
三种空调系统模式相比较，在地铁公共区中应用都能满足使用要求，但空调系统能耗高低不一，以往认为空气-水系统比全空气系统节能要高很多，但由于现在大系统空调柜机都采用变风量运行，风机能耗大幅减少，因此空气-水系统节能优势不明显。对于设备管理用房，需要考虑过渡季节的排热降温，保留通风降温功能是必要的，尤其是一些北方地区。从能耗角度分析，温湿度独立控制空调系统具有节能优势，相比全空气系统全年节能24.37%，空气-水系统对比全空气系统节6.53%，按工程概算此系统的投资费用最少，全空气系统投资最大，温湿度独立控制空调系统介于二者之间。
结语
综上所述，随着科学技术的不断发展，人们对于交通工具的要求不再是简简单单的便捷，舒适性与安全性也逐渐被大众所重视，这就客观上加大了地铁通风空调系统节能工作的难度。文章通过对地铁通风空调的实际功能进行分析，提出了几种节能方式，希望之后的研究人员能够开阔思路，从系统设计、投资成本等多方面考虑，寻找最优的节能路径，为人民群众的生活做出最大的贡献。
参考文献
[1]邓孝祥，孟娇茹.现代交流调速技术的应用和发展[J].科教导刊（上旬刊），2014（05）.
[2] 杨昭，马锋.地铁新环控系统可行性分析及性能优[J].天津大学学报，2012（3）：268-271.
[3] 林晓伟，王侠.地铁通风空调系统的优化控制[J].城市轨道交通研究，2012，（11）：100-104.
[4] 钟坤.地铁通风空调系统节能问题分析[J].工程技术研究，2016，（5）：104+109.
[关键词]地铁车站；空调系统；节能设计
中图分类号：U231.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）27-0107-01
1 地铁车站空调系统模式
1.1 常规系统
车站通风空调系统由车站公共区空调通风和防排烟系统（简称大系统）、车站管理及设备用房（以下简称“设备区”）空调通风和防排烟系统（简称小系统）及车站空调冷源水系统（简称水系统）组成。常规大、小系统主要采用一次回风全空气系统，空调冷源采用水冷冷水机组，空调末端设备为组合式空调机组及柜式空调机组，水系统采用7℃/12℃的空调冷冻水作为系统中间载冷剂，由冷冻水泵输送至末端空调设备；风系统则是将回风和新风在混风箱中进行混合后，经水冷表面式空气冷却器处理对余热余湿进行集中处理，再通过风管送入车站公共区或设备区，对其进行降温除湿，这种情况下空调机组需承担车站公共区及设备区负荷和及对应的新风负荷。
1.2 地铁车站空气-水空调系统
地铁车站内热环境的控制，其换热媒介有三种，分别是空气、水、制冷剂，如用空气循环处理，则1m3/h空气，温差10℃可带走12kJ热量；若采用水循环处理空气，0.1m3/h水，温差10℃可带走4200kJ热量，故输送相同的热量，所需的水量远小于风量（按体积计）。另外地铁车站的轮廓往往是一个狭长平面，冷水机组一般设置在车控室所在端的端头，与全空气系统相比，从能量输配的角度看：空气-水系统将空气处理设备化整为零，冷水管途经公共区时“就地”取冷，处理热湿空气，无“空跑”，可最大限度地减少风侧、水侧二次输配能耗及简化系统设备。另外，空气-水系统末端设备不需设置挡水段、消声段，阀门、弯头、三通等管件少，空气侧阻力进一步减小。对于车站小系统而言，设备用房空调运行时间长，采用空气-水系统在空调季的节能潜力更大。
1.3 地铁车站温湿度独立控制空调系统
空调系统承担着排除室内余热、余湿、CO2与异味的任务，由于排除室内余湿与排除CO2、异味所需要的新风量与变化趋势一致。可以通过新风同时满足排余湿、CO2、与异味的要求、而排除室内余热的任务则通过其他系统（独立的温度控制方式）实现。由于无需承担除湿任务，因而可用较高温度的冷源实现排除余热的控制任务，温湿度独立控制空调系统中，通常采用温度与湿度两套独立的空调控制系统，即双冷源，分别控制、调节室内的温度与湿度，从而避免热湿联合处理所带来的冷量损失。车站公共区的显热可以用高温冷水机组解决，从而实现很高的COP（供水温度18℃），即组合式空调机组的表冷器采用冷水温度为18℃/23℃，高温冷水机组的进出水温度为18℃/25℃，一般车站公共区的新风量仅为总通风换气量的10%～20%，可单独处理到低温、干燥状态，同时解决地下空间排湿，新风机组为直膨机组（冷媒直接蒸发制冷水冷却空调机组），新风机组的冷却水与空调箱表冷器冷却水管路为串联，新风机组冷却水进出水温度为23℃/28℃，低于冷媒机组进出水温度额定工况30℃/35℃，降低新风压缩机的冷凝温度，提高新风机的能效比。对车站管理及设备用房空调通风系统（简称小系统）而言，除管理用房有人员外，设备用房很少有人员，其室内冷负荷主要由显热冷负荷构成，因此采用高温冷水机组可以大幅提高机组的能效比。
2 地铁车站通风空调节能优化设计分析
2.1 地铁车站客流与空调负荷调查统计分析
根据我国已建的地铁车站的实际运行情况，发现车站逐时客流基于全天不同时间段存在一定差异。具体表现为：（1）车站逐时冷负荷随车站逐时客流的改变而改变，对典型岛式双层车站进行逐时冷负荷计算，显示车站逐时冷负荷全天大多数时段都处在60%到70%高峰冷负荷范围之内。（2）在地铁车站逐时冷负荷发生改变的条件下，通过对车站逐时空调送风量的计算，显示车站逐时空调送风量相比高峰空调送风量存在很大程度的改变。
2.2 优化设计方法分析
上述分析过程中不难看出，在地铁车站逐时客流发生改变的条件下，使得车站逐时冷负荷以及空调送风量全天发生很大程度的改变。因此，需利用变频调节技术，使通风空调设备的能耗得到有效降低。通常情况下，地铁车站在对其通风空调进行节能设计过程中，会对比分析地铁车站逐时冷负荷以及逐时送风量，进一步明确针对地铁车站公共区通风空调系统的组合空调机组、车站回排风机以及新风机采取何种运行方式。已建地铁车站大多数采取的是变频控制技术，此项技术的应用，能够使负荷变化的需求得到有效满足，进一步使设备能耗得到有效减低，当然，风机变频技术也只是从风系统的节能角度考虑降低空调系统能耗，通风空调系统中包含的空调风系统和空调水系统且二者联系密切，想要达到通风空调系统的最佳节能效果，必须同时考虑空调风和空调水系统的节能运行，以便充分发挥通风空调系统的节能效果。
2.3 节能优化设计效益分析
三种空调系统模式相比较，在地铁公共区中应用都能满足使用要求，但空调系统能耗高低不一，以往认为空气-水系统比全空气系统节能要高很多，但由于现在大系统空调柜机都采用变风量运行，风机能耗大幅减少，因此空气-水系统节能优势不明显。对于设备管理用房，需要考虑过渡季节的排热降温，保留通风降温功能是必要的，尤其是一些北方地区。从能耗角度分析，温湿度独立控制空调系统具有节能优势，相比全空气系统全年节能24.37%，空气-水系统对比全空气系统节6.53%，按工程概算此系统的投资费用最少，全空气系统投资最大，温湿度独立控制空调系统介于二者之间。
结语
综上所述，随着科学技术的不断发展，人们对于交通工具的要求不再是简简单单的便捷，舒适性与安全性也逐渐被大众所重视，这就客观上加大了地铁通风空调系统节能工作的难度。文章通过对地铁通风空调的实际功能进行分析，提出了几种节能方式，希望之后的研究人员能够开阔思路，从系统设计、投资成本等多方面考虑，寻找最优的节能路径，为人民群众的生活做出最大的贡献。
参考文献
[1]邓孝祥，孟娇茹.现代交流调速技术的应用和发展[J].科教导刊（上旬刊），2014（05）.
[2] 杨昭，马锋.地铁新环控系统可行性分析及性能优[J].天津大学学报，2012（3）：268-271.
[3] 林晓伟，王侠.地铁通风空调系统的优化控制[J].城市轨道交通研究，2012，（11）：100-104.
[4] 钟坤.地铁通风空调系统节能问题分析[J].工程技术研究，2016，（5）：104+109.