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南京地铁运营有限责任公司 江苏南京 210012
摘要：随着社会快速发展，地铁空调设备的机房面积逐渐减小、设备的投资和运行费用也越来越大，为了能够满足减少投资及运行费用需要进一步的做好地铁空调通风系统的改进和节能工作。下文对地铁车站空调通风进行论述，进一步促进我国地铁通风空调系统的长远发展。
关键词：地铁车站；空调通风系统；节能分析
1地铁车站空调通风系统能耗概况
近年来，我国城市轨道交通是以大量用电来保持运行的，而地铁车站空调通风系统是地铁系统的用电主力之一。在地铁整个运行过程中，列车运行的能耗最大，通风空调设备的能耗紧排其次，而通风空调设备能耗的大头是水系统，通风系统因全天24 h不间断运行紧排其后；通风系统能耗的大头又以大系统为主，所以为了达到地铁技术节能及运营节能，需要从空调通风系统中的水系统、大系统变频运行模式方面进行全面的节能设计及探讨。
2通风系统变频运行节能分析
在地铁通风系统中，变频运行的节能技术措施主要使用于通风系统中的大系统，实施变频运行的大系统设备主要为组合式空调箱和回排风机。针对组合式空调箱，通常使用一台变频器控制一台电机功率为30 kW左右的电机，车站智能控制系统将回风点的温度、湿度转换为焓值，通过与设定焓值对比，使用焓差控制变频器，以调整空调箱风机的转速，这样可避免空调箱全速运行，还能使地铁站公共区域内保持一个适合的温度和湿度，最终达到节能目标。对回排风机也同样采用一台变频器控制一台电机，电机功率一般为15 kW，自动控制仪会把风机出口的温度、湿度转换为焓值，然后与设定焓值进行对比，使用以上焓差对风机转速进行调整，进而达到节能目标。
通风系统的变频调速是利用客流量变化，尤其非高峰与高峰时段，车站公共区人流量变化，列车行车间隔变化，所需要排放的热量变化，将相应的组合式空调机组、回排风机的频率降低，以达到节能的目的。变频后功率与频率的关系为立方关系：N0/N=（f0/f）3（其中N为工频功率，f为50 Hz，N0为变频功率，f0为变频运行频率），可达到显著节能效果。以一车站为例：2台组合式空调机组，每台22 kW，采用变频运行，频率范围30～50 Hz，高峰期两台设备按工频运行，非高峰期变频运行，设置运行频率为30Hz。变频运行时，电机功率为：22×（30/50）3=4.752 kW。在传统模式下的运行耗电量：22×2×18=792度，变频运行模式耗电量：22×2×6+4.752×2×12=378.048度，节约用电量（792-378.048）×365=151 092.48度。
3冷水系统节能分析
3.1一次泵变流量运行的节能分析
3.1.1一次泵变流量系统原理及组成
一次泵变流量空调水系统是为了适应流经末端用户空调负荷的变化，通过调节二通阀改变流经末端设备设施的冷水流量，并同时采用变频冷冻泵，使空调系统的总循环冷水量符合末端设备的需求量，通过在安全流量范围内变化的冷水机蒸发器的水流量，使冷水机蒸发压力、温度、能效比保持稳定状态。变频水泵的使用能够降低水泵机组全年的能耗费用，冷却水泵和冷水机组的运行时间也大大减少，降低了系统运行的费用，对地铁通风空调系统的节能减耗具有十分重要的意义。
标准车站的制冷系统每站设置2台冷水机组、2台冷冻水泵、2台冷却水泵、2组冷却塔、2台组合式空调机组、若干柜式风机盘管机组，制冷系统总功率约为450 kW。为了达到节能减排、节约运营成本的目的，采用基于冷水机组群控的一次泵变频控制节能新技术。根据车站的实际冷量消耗要求对冷冻、冷却水设备进行变频节能控制，冷水机组蒸发器侧采用一次泵流量变频控制，冷却水侧也采用变流量控制。冷水机组无级变频可在15%～100%负荷之间调整，节能显著。在一次泵变流量系统节能过程中，控制策略是直接关系到节能效果的关键点，冷水系统群控及变频控制系统结构图如图1所示。
图1 冷水系统群控及变频控制系统结构图
3.1.2一次泵变流量系统经济性分析
以南京为例，4～5月份，在温度较低、空气湿度小的环境下，冷水主机负荷小、能耗少，冷冻泵、冷却泵、空调机大部分时间处于低频运行，再加上冷水机组用电量少，电量基数小，整体节电率较高。6～9月份，由于温度较高，水系统经常满负荷运转，节电空间有限。10～11月外界温度降低，整体节电率显著回升。可见对于整个空调及空调过渡季节大约8个月的时间周期来说，其中有4个月的空调过渡季节利用一次泵变频节能技术可产生一定的节能效益。以一车站为例：2台冷冻水泵，每台15 kW，采用变频运行，频率范围30～50 Hz，高峰期2台设备按工频运行，非高峰期单台变频运行，设置运行频率为30 Hz。变频运行时，水泵功率为：15×（30/50）3=3.24 kW；在传统模式下的运行耗电量：15×2×6+15×1×18=450度，而在变频运行模式耗电量：15×2×6+3.24×1×18=238.32度，节约用电量（450-238）×240=50803.2度。
3.2末端电动二通阀开度自动控制节能分析
当地铁车站空调水系统采用定水量系统时，水泵和冷水机组的水量会保持不变，在分水器和供回水干管之间设置压差调节阀，在末端设备设置电动二通阀，通过水流量的改变去适应空调区的负荷要求，从而达到节能的目的。一次变频泵变水流量系统主要由冷水机组、末端设备、一次水泵组成，该系统与传统的空调水系统的区别就在于冷水机组常在变水流量工况下工作。在二通阀的调节过程中，系统负荷侧冷冻水流量将发生变化，当末端设备的冷冻水流量随负荷改变时，其两端的压差也在随之改变，一次水泵的变频器根据最不利环路的压差信号，通过变频改变水泵的转速，从而改变系统的水流量，以满足末端设备的要求。为了适应末端用户空调负荷的变化，调节末端二通阀改变末端设备的冷冻水流量，根据负荷变化，调节水泵转速，使系统水量刚好满足负荷需求的水平，最终达到系统的节能。
4通风系统与冷水系统的综合节能分析
在对通风系统和冷水系统的节能分析中，可以看出通过运用变频调速的技术，可以在地铁运营过程中起到节能降耗的作用。然而，在车站的实际通风供冷当中，经常遇到负荷变化，过渡性季节的情况，在这种情况下，在通风系统和冷水系统变频控制策略两者中优先采用哪一种？抑或同时采用而寻找中间一个平衡点来达到节能最大化。
地铁通风空调系统控制方案在过渡性季节需要满足3个条件：保证地铁站内温度低于30℃；满足站内人员的最小新风量，站台最小换气次数大于5次（包括5次）。在满足以上3个条件时，采用通风变频控制策略。在过渡季节，地铁冷水系统需要根据负荷变化情况自动判断冷水机组开启台数和调节冷机运行负载。在实际应用中，站台内的乘客数量是不断变化的，
摘要：随着社会快速发展，地铁空调设备的机房面积逐渐减小、设备的投资和运行费用也越来越大，为了能够满足减少投资及运行费用需要进一步的做好地铁空调通风系统的改进和节能工作。下文对地铁车站空调通风进行论述，进一步促进我国地铁通风空调系统的长远发展。
关键词：地铁车站；空调通风系统；节能分析
1地铁车站空调通风系统能耗概况
近年来，我国城市轨道交通是以大量用电来保持运行的，而地铁车站空调通风系统是地铁系统的用电主力之一。在地铁整个运行过程中，列车运行的能耗最大，通风空调设备的能耗紧排其次，而通风空调设备能耗的大头是水系统，通风系统因全天24 h不间断运行紧排其后；通风系统能耗的大头又以大系统为主，所以为了达到地铁技术节能及运营节能，需要从空调通风系统中的水系统、大系统变频运行模式方面进行全面的节能设计及探讨。
2通风系统变频运行节能分析
在地铁通风系统中，变频运行的节能技术措施主要使用于通风系统中的大系统，实施变频运行的大系统设备主要为组合式空调箱和回排风机。针对组合式空调箱，通常使用一台变频器控制一台电机功率为30 kW左右的电机，车站智能控制系统将回风点的温度、湿度转换为焓值，通过与设定焓值对比，使用焓差控制变频器，以调整空调箱风机的转速，这样可避免空调箱全速运行，还能使地铁站公共区域内保持一个适合的温度和湿度，最终达到节能目标。对回排风机也同样采用一台变频器控制一台电机，电机功率一般为15 kW，自动控制仪会把风机出口的温度、湿度转换为焓值，然后与设定焓值进行对比，使用以上焓差对风机转速进行调整，进而达到节能目标。
通风系统的变频调速是利用客流量变化，尤其非高峰与高峰时段，车站公共区人流量变化，列车行车间隔变化，所需要排放的热量变化，将相应的组合式空调机组、回排风机的频率降低，以达到节能的目的。变频后功率与频率的关系为立方关系：N0/N=（f0/f）3（其中N为工频功率，f为50 Hz，N0为变频功率，f0为变频运行频率），可达到显著节能效果。以一车站为例：2台组合式空调机组，每台22 kW，采用变频运行，频率范围30～50 Hz，高峰期两台设备按工频运行，非高峰期变频运行，设置运行频率为30Hz。变频运行时，电机功率为：22×（30/50）3=4.752 kW。在传统模式下的运行耗电量：22×2×18=792度，变频运行模式耗电量：22×2×6+4.752×2×12=378.048度，节约用电量（792-378.048）×365=151 092.48度。
3冷水系统节能分析
3.1一次泵变流量运行的节能分析
3.1.1一次泵变流量系统原理及组成
一次泵变流量空调水系统是为了适应流经末端用户空调负荷的变化，通过调节二通阀改变流经末端设备设施的冷水流量，并同时采用变频冷冻泵，使空调系统的总循环冷水量符合末端设备的需求量，通过在安全流量范围内变化的冷水机蒸发器的水流量，使冷水机蒸发压力、温度、能效比保持稳定状态。变频水泵的使用能够降低水泵机组全年的能耗费用，冷却水泵和冷水机组的运行时间也大大减少，降低了系统运行的费用，对地铁通风空调系统的节能减耗具有十分重要的意义。
标准车站的制冷系统每站设置2台冷水机组、2台冷冻水泵、2台冷却水泵、2组冷却塔、2台组合式空调机组、若干柜式风机盘管机组，制冷系统总功率约为450 kW。为了达到节能减排、节约运营成本的目的，采用基于冷水机组群控的一次泵变频控制节能新技术。根据车站的实际冷量消耗要求对冷冻、冷却水设备进行变频节能控制，冷水机组蒸发器侧采用一次泵流量变频控制，冷却水侧也采用变流量控制。冷水机组无级变频可在15%～100%负荷之间调整，节能显著。在一次泵变流量系统节能过程中，控制策略是直接关系到节能效果的关键点，冷水系统群控及变频控制系统结构图如图1所示。
图1 冷水系统群控及变频控制系统结构图
3.1.2一次泵变流量系统经济性分析
以南京为例，4～5月份，在温度较低、空气湿度小的环境下，冷水主机负荷小、能耗少，冷冻泵、冷却泵、空调机大部分时间处于低频运行，再加上冷水机组用电量少，电量基数小，整体节电率较高。6～9月份，由于温度较高，水系统经常满负荷运转，节电空间有限。10～11月外界温度降低，整体节电率显著回升。可见对于整个空调及空调过渡季节大约8个月的时间周期来说，其中有4个月的空调过渡季节利用一次泵变频节能技术可产生一定的节能效益。以一车站为例：2台冷冻水泵，每台15 kW，采用变频运行，频率范围30～50 Hz，高峰期2台设备按工频运行，非高峰期单台变频运行，设置运行频率为30 Hz。变频运行时，水泵功率为：15×（30/50）3=3.24 kW；在传统模式下的运行耗电量：15×2×6+15×1×18=450度，而在变频运行模式耗电量：15×2×6+3.24×1×18=238.32度，节约用电量（450-238）×240=50803.2度。
3.2末端电动二通阀开度自动控制节能分析
当地铁车站空调水系统采用定水量系统时，水泵和冷水机组的水量会保持不变，在分水器和供回水干管之间设置压差调节阀，在末端设备设置电动二通阀，通过水流量的改变去适应空调区的负荷要求，从而达到节能的目的。一次变频泵变水流量系统主要由冷水机组、末端设备、一次水泵组成，该系统与传统的空调水系统的区别就在于冷水机组常在变水流量工况下工作。在二通阀的调节过程中，系统负荷侧冷冻水流量将发生变化，当末端设备的冷冻水流量随负荷改变时，其两端的压差也在随之改变，一次水泵的变频器根据最不利环路的压差信号，通过变频改变水泵的转速，从而改变系统的水流量，以满足末端设备的要求。为了适应末端用户空调负荷的变化，调节末端二通阀改变末端设备的冷冻水流量，根据负荷变化，调节水泵转速，使系统水量刚好满足负荷需求的水平，最终达到系统的节能。
4通风系统与冷水系统的综合节能分析
在对通风系统和冷水系统的节能分析中，可以看出通过运用变频调速的技术，可以在地铁运营过程中起到节能降耗的作用。然而，在车站的实际通风供冷当中，经常遇到负荷变化，过渡性季节的情况，在这种情况下，在通风系统和冷水系统变频控制策略两者中优先采用哪一种？抑或同时采用而寻找中间一个平衡点来达到节能最大化。
地铁通风空调系统控制方案在过渡性季节需要满足3个条件：保证地铁站内温度低于30℃；满足站内人员的最小新风量，站台最小换气次数大于5次（包括5次）。在满足以上3个条件时，采用通风变频控制策略。在过渡季节，地铁冷水系统需要根据负荷变化情况自动判断冷水机组开启台数和调节冷机运行负载。在实际应用中，站台内的乘客数量是不断变化的，