我國地鐵發展迅速，截至2015年3月25日，共有38個城市獲批地鐵項目，其中有32個城市已動工，至2020年預計將投入約2.5萬億元在地鐵項目建設中。通風空調系統是地鐵環控系統的重要組成部分，其能耗占地鐵總能耗的30％以上，占地鐵車站能耗的70％以上，是整個地鐵系統僅次于牽引供電的第二大耗能板塊，因此有必要探討其節能潛力。
1地鐵站室內環境要求的特殊性
1.1溫濕度要求低
從進站、候車到上車，乘客在車站僅停留3～5 min，為節約能源，只考慮保證乘客由地面進入車站有較涼快的感覺，滿足“暫時舒適”即可。GB 50157—2013《地鐵設計規范》對地鐵站溫濕度的要求為：當車站采用通風系統時，公共區夏季室內空氣計算溫度不宜高于室外空氣計算溫度5℃，且不應超過30℃；當車站采用空調系統時，站廳公共區的空氣計算溫度應低于空調室外空氣計算干球溫度2～3℃，且不應超過30℃，站臺公共區的空氣計算溫度應低于站廳１～２℃，相對濕度均應為40％～70％；地下車站及區間隧道可不設供暖系統。可見地鐵站溫濕度要求略低于普通舒適性空調。
1.2保障時間長
地鐵從早晨到晚間一直處于運行狀態，《城市軌道交通試運營基本條件》與《城市軌道交通運營管理規范》規定，城市軌道交通線路的全天運營時間不得少于15 h，運營期間，地鐵站內的空氣環境必須滿足相關要求。
2負荷分析及設計現狀
地鐵站通風空調系統的組成如圖1所示，本文主要對車站通風空調系統進行分析。
圖1地鐵站通風空調系統組成
2.1負荷結構
由于屏蔽門的應用，活塞風給車站帶來的額外通風量顯著減少，列車發熱量對車站空調負荷的影響也大大減小。地鐵站深埋于地下，周圍巖土的傳熱有利于降低空調負荷，太陽輻射對空調負荷的影響可忽略不計，因此負荷主要包括人員散熱、設備散熱（照明、廣告燈箱、自動售檢票設備、扶梯、電梯等）、區間與站臺公共區的散熱、出入口熱滲透以及新風所形成的負荷。
2.2負荷的變化特性
與客流量相關的負荷有人員散熱負荷、新風負荷及部分設備負荷（如自動售檢票設備、扶梯等）；與室外氣溫相關的負荷有新風負荷、出入口散熱負荷?？土髁拷谂c遠期差別很大，近期的客流量僅為遠期的30％～50％，且每天不同時段客流量不同，圖2顯示了某地鐵站客流量在一天內的變化情況。室外氣溫也是不斷變化的，圖3顯示了重慶最熱月7月的氣溫變化情況。
圖2地鐵站客流量日變化
圖3重慶最熱月干球溫度變化
2.3設計現狀及運行中存在的問題
空調系統按預測的遠期客流量和大通過能力進行設計，GB 50157—2013《地鐵設計規范》要求空調系統設備宜按遠期和近期配置，并宜分期實施。但在實施過程中，很多項目的做法是制冷主機分期實施，空調末端一次性配置齊全，有的項目甚至制冷主機也一次安裝完成。目前，地鐵空調風系統一般采用一次回風定風量系統，水系統形式為主機定流量、末端變流量。近期負荷通常遠小于遠期負荷，此外，相關研究表明，由于長期運行，不斷向周邊巖土排熱，巖土溫度緩慢上升，會加大遠期負荷。近期空調需求與系統供給能力嚴重不匹配，會產生兩方面的問題：一是產生過冷現象，室內溫度明顯低于設計溫度；二是設備長期低效運行，能耗高。
3實例分析
3.1工程簡介
重慶某地下雙層島式車站，地下1層為站廳層，地下2層為站臺層。埋深46.8 m，總建筑面積9 163.88 m2，出入口5個。采用屏蔽門系統，按遠期2037年高峰小時客流量16676人次/h進行設計，設計參數見表1，主要設備見表2。
1）服務于A端的電控室、配電室等；2）服務于B端的電控室、電池室、站長室等；3）服務于B端的變電所、高壓柜室等。
3.2運行現狀
空調系統有3種運行模式，即空調季1、空調季2、通風季?？照{季１是指小新風狀態（室內所需最小新風量狀態）；空調季２是指全新風狀態；通風季是指關閉水系統，送排風機均開啟的狀態。5—10月運行空調季1，2模式，其余月份運行通風季模式。地鐵運營時間為06：30—22：30，大系統運行時間為06：00—23：00，小系統在空調季有一半以上的時間每天24 h運行。
該項目運行至今，冷水機組、冷卻塔、冷卻水泵、冷水泵均只開啟了1臺，冷水出水溫度設定為10℃，即使在8月的晚高峰，站臺內的溫度都在24℃以下，這表明設計容量遠大于目前的需求量。系統內各環節設備的容量是相匹配的，目前冷水機組、水泵、冷卻塔的供應能力通過減少運行臺數，即分別只運行1臺進行調控，但是對末端設備（空調機組、空調器、回排風機）卻沒有采用相應措施來降低其輸出能力（按理應與水系統設備的輸出能力相匹配）。應采取措施降低末端設備的輸出能力，當然，此時的措施不是減少其運行臺數，而是降低風機的運轉頻率。
3.3節能運行措施?
3.3.1增設冷水泵變頻器
增設冷水泵變頻器，改為冷水機組變流量系統，不僅可以降低白天運行期間水泵的能耗，而且還可以顯著降低夜間只有小系統運行時水泵的能耗。
3.3.2按需供應新風
大系統增設小新風機變頻器，在站廳和站臺內設CO2濃度探測器，根據CO2的設定要求改變小新風機的運轉頻率，調節新風供應量。當運行模式為空調季1（小新風工況）時，一方面可以降低新風機自身能耗，另一方面可顯著減少空調系統負荷，進而降低冷水機組和水泵能耗。
3.3.3增設組合式空調器、回排風機變頻器
組合式空調器、回排風機的輸出能力相對于近期需求嚴重過剩，增設變頻器，合理降低其運轉頻率，實現系統輸出量與需求量的匹配。
3.3.4改善空調季2運行模式
當進入空調季2（全新風工況）運行模式時，關閉回排風機，利用5個出入口（每個出入口面積在15 m2以上）進行自然排風，降低回排風機的運行能耗。
3.3.5改善通風季運行模式
將通風季細分為過渡季和冬季，過渡季為10月中旬至11月中旬及3月初至5月初，冬季為11月下旬至３月初。過渡季開啟回排風機排風，關閉大系統組合式空調器，利用地鐵站5個出入口自然進風；冬季開啟組合式空調器送風，關閉回排風機，利用5個出入口自然排風。冬季室外溫度低，站內溫度高于室外溫度，利用出入口排風對乘客而言感覺更舒適。同時，根據控制CO2濃度和室內溫度不超標所需風量的大值調整風機的運轉頻率。
3.3.6同時運行2臺冷卻塔
目前冷卻塔只運行了1臺，未充分利用2臺冷卻塔的散熱散濕面積，調整控制策略，讓2臺冷卻塔同時運行（冷水機組和水泵運行臺數保持不變），降低冷卻水溫度，提高冷水機組能效。
3.3.7增設在線清洗系統
增設一套水系統在線自動清洗系統，降低冷水機組能耗。
3.3.8補設能量計量裝置
補設空調系統的能量計量裝置。
3.4節能量與節能效益（詳見原文）
4結論
1）地鐵站室內環境具有溫濕度要求低、但保障時間長的特殊性。
2）地鐵站空調總負荷中60％～70％的負荷是變化的，地鐵站空調系統的供給能力相對于近期需求嚴重過剩，對冷水泵、小新風機、組合式空調器、回排風機增設變頻器，節能效果顯著，節能效益明顯。
3）合理利用地鐵站的幾何空間特性，改善空調季2、通風季運行模式，充分利用自然排風、自然進風，可以明顯降低環控系統能耗。
4）鑒于地鐵站近期與遠期負荷的巨大差異，設計時應按遠期統一規劃，冷源設備及水泵分期實施，水泵與末端空調設備均設變頻器，先實施的冷源設備至少采用1臺變頻調速機組。（來源：網絡）
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本文標題：地鐵站中央空調系統節能改造潛力分析
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