城市轨道交通环控整体节能报告

城市轨道交通环控整体节能报告蒋廷韬目 录摘 要20 前 言31 公共区空调负荷分析31.1 负荷计算31.1.1 人员负荷31.1.2 新风和屏蔽门风扰负荷41.1.3 车站设备负荷41.1.4 风机、管道温升及其它负荷51.1.5 车站公共区逐时负荷计算42 通风空调系统节能分析52.1 系统形式节能设计52.2 变频运行节能设计62.3 冷水系统节能分析62.3.1 一次泵变流量系统原理62.3.2 一次泵变流量系统旁通调节 62.4 冰蓄冷技术62.5 表冷器开启降低能耗72.6 模块化冷水机组72.7 采用节能运行模式72.8 送排风优化73 冷站控制优化84 隧道通风84.1 车站隧道通风系统84.2 区间隧道通风系统85 其它节能措施96 结语9摘 要地铁车站通风空调系统是地铁车站的能耗大户, 其用电量排在牵引供电之后，位居第二，在运营初期的特定条件下，其用电量甚至超过牵引供电，成为用电第一用电大户。因此，如何降低城市轨道通风空调系统运行能耗，是解决城市轨道交通运营能耗过高问题的重要内容。因此，有效降低车站通风空调设备能耗已成为车站通风空调专业设计的重点和难点。通风空调系统作为轨道交通车站系统的一个重要组成部分，在正常运营中负责制冷、排热、通风等功能，在阻塞工况下及火灾工况下负责防止火宅烟气扩散蔓延并及时排出着火区的烟气，同时向乘客及消防人员提供必要的新风，形成一定的迎面风速，诱导乘客安全撤离。在系统设计中，系统设备一般都是按系统最大负荷时进行选取的，但在系统实际运行过程中，热负荷达不到设计的最大负荷，造成通风空调系统的运行状态超过实际运行需要，导致运行能耗过大。本文以公共区空调负荷入手，分析了负荷的组成，再对空调通风系统降低节能提出了建议，最后分析了隧道通风的优化和控制。本文就目前城市轨道交通环控系统整体能耗进行分析，寻求从多个方面来降低车站通风空调系统的能耗。关键词：地铁；通风空调；能耗；节能0 引 言 地铁通风空调系统能耗占整个地铁系统能耗比重较大，约为整个地铁能耗的 25%35%。而地铁车站通风空调系统用电量约占地铁车站总用电量的 60%70%。高能耗及能源价格的上升，使地铁运营成本不断增大，直接影响到地铁运营企业的经济效益。如何应用最新的科技成果，节约能源，让有限的能源发挥最大的作用，对于地铁运营成本的节约乃至国民经济建设的不断发展有重大意义。1 公共区空调负荷分析车站空调通风系统空调负荷的合理确定将在很大程度上影响到车站规模及初期投资的大小。目前，地铁空调系统基本有两种模式：屏蔽门系统和非屏蔽门系统。屏蔽门系统模式中，屏蔽门将隧道分隔在停靠站台之外，其车站空调负荷受隧道影响相对较小，负荷计算相对简单。而在非屏蔽门系统模式中，车站与隧道之间无分隔，车站环境与隧道环境、列车运行状况都密不可分，空调负荷确定相对复杂。就屏蔽门空调负荷而言，其热湿负荷包括以下几个方面：1、机电负荷，这类负荷基本是由车站公共区所有用电设施产生的，可通过各种用电设备的实际功率算出。2、人体热湿负荷，该负荷计算的关键在于确定地铁车站内的高峰小时客流量。3、围护结构负荷，包括车站围护结构周围的土壤传热以及出入口的对流换热。4、新风负荷，地铁车站补充的新风量需要同时满足乘客卫生标准、维持站内压力平衡和抵御车站各种风扰的要求。5、其他不确定空调负荷，该负荷主要包括两类，一是由于车站规模、建筑形式不同，其出入口通道的长度和数量也会有所不同，从而形成不确定的渗透负荷，二是当屏蔽门在列车停站时开启，从而导致站台环境与隧道环境暂时换热，因而形成影响站台空调环境的不确定负荷。而非屏蔽门系统，由于车站与行车隧道并无隔离，地铁的环境控制难以将车站和隧道区别对待。地下车站非屏蔽门系统的空调负荷可以分为两部分：1、人员负荷和机电负荷，这部分负荷计算方法与屏蔽门系统基本相同；2、由列车运行散热产生的负荷，此部分负荷是站台负荷的只要来源，早期难以精准计算，只能靠估算来取值。 由于位于地下的地铁车站无法利用自然光，必须全天照明，其他设备在地铁运营期间也始终处于工作状态，因此设备的空调负荷是相对稳定的，维护结构的散热、散湿负荷也是稳定的。因此，无论是对于屏蔽门空调系统还是非屏蔽门空调系统而言，车站公共区空调负荷的波动主要是由乘客的散热量、散湿量和新风量变化所造成。1.1 负荷计算1.1.1 人员负荷人员负荷主要是由乘客散热量形成的站内冷负荷,取决于车站内的人员数量、活动程度和环境温度。地铁车站内乘客的活动程度应属于轻度劳动的范畴,对应人体全热量约为163.8/人。车站内乘客的行为特征是“短暂逗留”,即在站厅购票、检票之后,通过楼扶梯进入站台候车。客流高峰期乘客在车站停留的时间一般为35分钟不等,由此流动客流折算为固定客流的比例为6%9%。再由固定客流量按照人体散热量计算车站总体人员负荷,一般车站客流形成的高峰小时负荷为40/站240/站。显然,车站的人员负荷同车站的客流量成正比,客流逐时变化规律反映了人员负荷的变化。不同的地铁线路与位于城市不同地域的地铁车站客流特征不尽相同。地铁车站全天的人员负荷逐时最高值不一定出现在晚高峰。1.1.2新风和屏蔽门风扰负荷地铁车站补充的新风量需同时满足乘客卫生标准、维持站内压力平衡和抵御车站各种风扰的要求,其中对后者的要求特别重要。车站全封闭屏蔽门可有效分隔候车区与轨行区,将大量列车产的热阻隔在门外,这使得屏蔽门两侧根据不同需求分设标准成为可能。但是,按照目前施工安装屏蔽门的水平,要求达到屏蔽门完全密封的难度很高。屏蔽门的门与门之间、门体与上、下土建结构之间不可避免地存在缝隙;同时,列车进、出站时引起车站区间压力剧烈变化,以及车轨区排热风机运行形成轨区的负压,都不同程度地造成车站额外的冷风流失或室外新风入侵车站。屏蔽门并没有完全阻隔区间与车站,车站的空调设计必须考虑轨行区压力变化通过屏蔽门形成的各种风扰影响。满足车站乘客卫生标准要求的新风量与客流成正比,因此,车站实际新风需求量伴随客流峰谷波动呈同样的规律变化。不论是车站对新风的主动需求,还是抵御源自轨区各种风扰的被动新风需求,都与列车行车密度相关,即:行车密度高时,轨区风扰大,导致车站被动新风需求量大。与人员负荷逐时值规律相同,最大的新风及风扰值不一定发生在客流晚高峰期,当早高峰时段的车流密度高于晚高峰时,则早高峰的风扰量也高于晚高峰。与我国建筑物夏季空调冷负荷计算方法相同,地铁的新风焓值是按常量计算的,即按地铁规范中确定的固定数值取值。研究地铁空调负荷时,对全日逐时负荷计算不仅应包含新风量、乘客等的时变性,还应当包括新风焓值的逐时变化因素。据资料介绍,室外新风的逐时值可按下式计算: (1)式中:h.为夏季新风时刻焓(KJ/kg);t.为夏季时刻室外空气湿球温度()。1.1.3车站设备负荷地铁车站设置的设备主要包括了电(扶)梯、售检票机、广告、照明、各种指示导向装置等,这些设备正常运行时也会向车站空间散发出热量。统计表明,现在设计的地铁车站各种设备总负荷为160KW/站400KW/站,平均约250KW/站,个别埋深较深的枢纽车站甚至更大。通常,这些设备形成的负荷不会有明显的时变性。近年来,虽然地铁车站电扶梯也有采用变频技术的趋势,但目前尚没有收集到采用变频技术后电扶梯的发热量发生变化的情况。但无论如何,在地铁早、晚高峰客流时段,车站的各类设备基本投入满负荷工作,发热量也最高。本次计算分析暂将车站设备全日负荷作为常量考虑。1.1.4 风机、管道温升及其它负荷地铁车站公共区空调系统通常采用三风机系统(即空调箱、回排风机和空调小新风机),所有风机电机均为内置式。因此,风机电机的发热均由车站空调系统承担,计算时,风机引起的温升通常按1.5考虑。除以上主要负荷外,其它影响车站负荷的还有屏蔽门的传热、车站土建结构的传热等,这些占整个车站负荷的权重较小,对总体车站负荷的影响也较小。1.1.5 车站公共区逐时负荷计算按该站工作日售检票机统计客流计算客流小时分布系数,全日各时间段的客流量按此计算。选定模型中小时客流为265人/h15 127人/h,其中早高峰时段人数约1.3万人/h,晚高峰约1.5万人/h,相当于车站小时固定人数为10473人。车站轨区的排热风机总风量为1003/s,全日列车行车密度在6对/h30对/h之间,设排热风机排风量根据列车开行密度分级变风量,由此,通过屏蔽门的漏风量与排热风机运行风量、列车运行对数相关。据此计算车站的小时新风量约10m3/s15m3/s,由列车进站正压影响进入站内的区间风量约2.2 m3/s5 m3/s。新风的逐时焓值按式(1)计算。为此,列车运行时间段内新风焓值约为77.5KJ/Kg90.8 KJ/Kg,以早晨8:009:00时为最高。从理论上分析,通过屏蔽门入侵站台的区间空气焓值也是时变量,为减少计算工作量,本次仅通过计算机程序近似预测全日4个典型时间段的区间空气状态,其余时段参照邻近时间段内插。计算中,站内空气状态暂按固定值设定,即:站厅为29/ 60%,站台28/ 64.8%,混合后焓值约67.8KJ/Kg。车站的各类设备和风机、管道温升负荷计算约556,运行时段暂按恒定值考虑。按两种方法计算车站负荷进行比对。方法一:新风焓值按逐时变化取值(时变新风焓);方法二:新风焓值按规范规定的常量取值(固定新风焓)。两种方法中,车站主要四类负荷中的人员、新风及风扰负荷是时变量,与时间、列车行运密切相关,据此计算的车站全日运行期18h的逐时负荷曲线。2 通风空调系统节能分析2.1系统形式节能设计根据地区的气候环境条件及通风空调系统方案的对比，合理确定城市轨道交通通风空调系统形式。目前通风空调系统多采用三种运行工况，即夏季高温季节最小新风空调工况、春秋季节的全新风空调工况、其他季节采用机械通风，三种运行工况的运行模式始终贯穿于各个运行时期，最大限度利用室外冷空气。另外还应该尽量利用列车活塞效应，从而采用自然通风方式，节省风机的能耗。2.2变频运行节能设计在地铁通风系统中，实施变频运行的设备主要为组合式空调机组和回排风机。对组合式空调机组，通常使用一台变频器通常使用一台变频器控制一台电机,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,以调整风机的转速,既可以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。回排风机也采用同样原来的变频手段。通风系统的变频调速是根据客流量的变化，尤其非高峰与高峰时段，车站公共区人流量变化，列车行车间隔变化等等，根据需要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。2.3 冷水系统节能分析2.3.1 一次泵变流量系统原理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水泵，使空调系统的总循环冷水量符合末端设备的需求量。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。2.3.2 一次泵变流量系统旁通调节大部分的空调水系统均为一次泵变流量系统，由于设计中所选择的设备是按照最不利情况下进行的选型设计，即为满负荷时所需的机组流量及水泵流量，所以当部分负荷运行时，通过合理的调节方式，可以大幅度地降低系统的能耗。主要的方式为，在分集水器或供回水干管之间设置电动旁通阀和压差控制器，在末端设备设置电动二通阀，保持供