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【摘 要】 隨着经济的发展，地铁是我国不可缺少的交通工具，通风空调是地铁能源之一，如何采取有效的措施实现能源的节约，对于地铁行业运营成本的控制具有十分重大的意义。本文分析了地铁通风空调系统的组成及运行情况，在设计中采用全方面的质量控制工作对地铁通风空调系统的节能有着长远的意义，可以有效减少设备能耗及维护时间、延长设备使用寿命，提高经济效益。
【关键词】 地铁通风空调；节能方式
一、地铁通风空调概述
1、地铁车站公共区大系统
地铁车站大系统采用一次回风系统，机房设于地铁车站设备管理用房区内，主要设备由组合式空调箱、回排风机、小新风机和相应的控制风阀组成。具有小新风空调、全新风空调、全通风三种运行模式。当空调季节室外新风焓值大于地铁车站回风混合点焓值时，采用空调新风运行；当室外新风焓值小于地铁车站回风混合点焓值但新风温度大于空调送风点温度时，采用全新风空调运行，站厅、站台回风经回排风机直接排至室外；当室外新风温度小于空调送风点温度时，系统转入通风运行。
2、地铁车站设备区小系统
地铁设备区的小空调系统，由于专业设备房较多，办公用房和管理用房分设不同小系统。设备房设置空调一次回风系统，同时设置通风系统，防排烟系统；重要设备房如车控室、通信电源室、通信设备室、综合监控设备室、信号设备电源室、商用通信设备室、警用通信设备室等设置备用冷源，以防在过渡季节及空调季节设备房的应急使用，进一步确保由于冷水机组故障无法制冷所带来的重要设备房的隐患。
3、地铁车站的冷水系统
地铁车站站厅层一端设置一座冷冻机房，内设置水冷螺杆式冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、分水器、集水器等设备，为地铁车站公共区及地铁车站设备管理用房提供冷源。地铁车站公共区水系统采用定水量系统，即冷水机组和冷冻水泵的水量不变，在空调末端设备，如组合式空调机组表冷器的回水管上设置动态平衡电动二通调节阀，在分水器和集水器之间设置压差调节阀，使空调水系统稳定运行，以满足组合式空调机组的送风温度达到设计要求。
泵所做的“功”，被冷水机组消耗的比例也越来越大。造成了系统的不节能现象，针对此种想象，可采用另一种系统方式来克服：一级泵变频变流量系统，增加变频装置。随着冷水机组技术的发展，所能承受水流量变化的范围越来越大，这就给冷水机组的变流量运行提供了很大的空间。一级泵变频变流量系统的运行原理：当用户侧冷负荷需求降低时，通过变频器改变冷水泵的转速，减少冷水系统的供用，从而使得冷水泵的运行能耗得以降低。
4、隧道通风系统
隧道通风系统包括排热系统、隧道风机系统、区间射流风机。（1）针对隧道风机敞口风亭的设置，建议避开绿化灌木区，以防导致树叶、树枝等飘落到隧道风室，进而吹到区间侵限，同时会造成区间水泵赌塞的可能。（2）区间射流风机的设置存在安全隐患。由于区间的湿度很大，射流风机的吊装支架锈蚀严重，而且不方便巡检（需接触网停电），有坠落的风险。建议采取射流风机立时安装的方法，以方便检查和管理，同时降低风险。
二、地铁通风空调节能措施
1、风阀控制新风量节能
根据地铁的有关数据客流量一般在一天的早上6：30～8：30和下午5：00～7：00期间，即上下班高峰期最大均超过全天平均流量的50%，尤其是在早上7：30时达到最大值所以控制环控系统夏季的新风量使其适应客流量的变化可以达到节能的目的。就目前的运行模式看新风量由新风风机提供是固定的，而空调设备的装机容量是按远期最大小时客流量配备的由于每天每个小时的客流量都在变化若按装机容量运行势必造成能源的浪费。因此在新风的控制方面就需要通过风阀的开启程度来控制。
2、变频调速控制节能
变频调速技术在国内工业与民用自动控制系统中已推广应用了十多年，特别是在负荷变化和电机频繁启动的情况下采用变频调速不仅能大量节省能源而且对设备的运行工况也有极大的改善，变频调速在其他领域的环控系统中早已有成功的经验。在地铁环控系统中由于车站设备管理用房空调通风系统（小系统）的容量较小采用变频调速的意义不大，而制冷空调循环水系统（水系统）中冷冻机已具有负荷自动调节功能所以可不对水系统进行调节，另外隧道通风系统（TVF系统）平时不运行火灾排烟时全速运转节能潜力较小，也可以不作变频考虑；而大系统一般采用定风量一次回风全空气系统在车站两端的环控机房及风道中分别布置2台组合式空调箱，2台回/排风机和1台空调新风机，其中空调新风机的功率较小一般为4kW，可以不考虑变频，因此主要考虑组合式空调箱和回/排风机的变频调速即可。
3、空调水系统的节能
车站空调水系统一般采用定水量系统，即冷水机组和水泵的水量不变在末端设备（组合式空调箱等）设置电动二通阀，在供回水干管或集水器和分水器之间设置压差调节阀，通过改变水流量来适应空调区域负荷的要求可以达到节能的目的。为了节省地下空间和适应负荷的变化，通常采用2台冷水机组车站的冷负荷一般为1000kW，冷量不大，单台机组的冷量为500kW。通过对离心式螺杆式和活塞式冷水机组在部分负荷运行是否稳定，是否节能等的比较认为：低负荷时不会发生喘振COP值居中且负荷调节范围大（20%～100%）的螺杆式机组适合于地铁。
4、冰蓄冷集中供冷站
在国内地铁设计中一般是每个车站单独设置制冷站，并采用螺杆式制冷机组。而集中制冷站是利用大型冷水机组生产冷水通过输水管路输送到各个分散用户，这样可以节约每个用冷单位的制冷设备和机房面积，合理调配各单位的用冷负荷。集中制冷站目前已在广州地铁中，应用在集中制冷站内设置大功率离心式冷水机组，与螺杆式相比可以将COP值从4.5提高到5.1，可减少约13.3%的冷冻机功率，但是由于供回水管线长需要增加水泵功率经分析估算水泵增加的功率和冷冻机减少的功率相比相差不大。以一模拟集中制冷站为例，假设该制冷站为4个车站服务，并且布置在4个车站的中间地带总冷负荷为3900kW，选用1300kW的离心式冷水机组3台，冷冻机功率减少102kW。站间距为1000m，到最远的车站供回水管来回要3000m，冷水采用二次水泵系统每个车站冷水泵扬程平均增加30m，功率增加25kW则制冷站冷水泵总功率增加100kW，可见制冷站消耗的总功率没有增加在不增加消耗电能的情况下建造集中制冷站可以为每个车站节省地下面积60m2，缩短车站长度5m，减少土建造价约200万元。
三、地铁通风空调系统未来发展方向
为了实现我国经济社会的平稳较快发展，我国的能源消耗和经济发展以及环境污染之间的矛盾将更加突出。这需要我们不断优化经济结构，加强技术改造，以降低能源消耗，促进节能减排。在有限的资源下，实现经济的平稳高速增长。现有地铁通风空调系统在结构形式、资源利用、设置理念以及运行管理等方面都有了一定程度的改进。但是，不可否认的是，由于地铁内部空间的局限性和特殊性，地铁通风空调系统发展缓慢，许多适用于地上建筑的新技术、新产品、新工艺在地铁中的适用性研究尚进行得不够充分，结合地铁环境特殊性的技术有待于进一步研发。结合我国现状，笔者认为未来地铁通风空调系统在以下几个方面还会有一定的发展空间：1）减少初投资：减少设备和占用空间，从而减少初投资；2）降低冷量输送能耗：风输送改为水输送、制冷剂输送；3）合理的分散与集中系统：在条件合适时宜采用分散式系统（占地面积小、末端易控制）；4）合理利用能源：充分利用自然能源，重点利用低品位能源，兼顾热回收；5）关注部分负荷工况下系统的运行效率。
四、结语
在地铁通风系统中，如何能减少能耗，保持良好的通风效果是十分必要的课题。随着我国经济、技术的的快速发展，我国的地铁发展还会有着更加广阔的空间。采用节能技术和提高节能管理，是未来我国城市地铁发展的必然要求。合理的选择地铁通风系统，科学的控制系统运营，有效降低地铁的运营成本，完善现代化的地铁通风系统、降低能耗是未来城市地铁的必然之路。
参考文献：
[1]铁道第三勘察设计院组织编写.沈阳地铁总体设计环控专题[R].2009.
[2]朱军，我国城市轨道交通发展问题探讨北京城市规划建设[J].2008.2（16）：87-89
[3]朱永赤，郑晋，居炜.地铁空调通风系统能耗解析[J].设备，2010，5（14）：125-127
【关键词】 地铁通风空调；节能方式
一、地铁通风空调概述
1、地铁车站公共区大系统
地铁车站大系统采用一次回风系统，机房设于地铁车站设备管理用房区内，主要设备由组合式空调箱、回排风机、小新风机和相应的控制风阀组成。具有小新风空调、全新风空调、全通风三种运行模式。当空调季节室外新风焓值大于地铁车站回风混合点焓值时，采用空调新风运行；当室外新风焓值小于地铁车站回风混合点焓值但新风温度大于空调送风点温度时，采用全新风空调运行，站厅、站台回风经回排风机直接排至室外；当室外新风温度小于空调送风点温度时，系统转入通风运行。
2、地铁车站设备区小系统
地铁设备区的小空调系统，由于专业设备房较多，办公用房和管理用房分设不同小系统。设备房设置空调一次回风系统，同时设置通风系统，防排烟系统；重要设备房如车控室、通信电源室、通信设备室、综合监控设备室、信号设备电源室、商用通信设备室、警用通信设备室等设置备用冷源，以防在过渡季节及空调季节设备房的应急使用，进一步确保由于冷水机组故障无法制冷所带来的重要设备房的隐患。
3、地铁车站的冷水系统
地铁车站站厅层一端设置一座冷冻机房，内设置水冷螺杆式冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、分水器、集水器等设备，为地铁车站公共区及地铁车站设备管理用房提供冷源。地铁车站公共区水系统采用定水量系统，即冷水机组和冷冻水泵的水量不变，在空调末端设备，如组合式空调机组表冷器的回水管上设置动态平衡电动二通调节阀，在分水器和集水器之间设置压差调节阀，使空调水系统稳定运行，以满足组合式空调机组的送风温度达到设计要求。
泵所做的“功”，被冷水机组消耗的比例也越来越大。造成了系统的不节能现象，针对此种想象，可采用另一种系统方式来克服：一级泵变频变流量系统，增加变频装置。随着冷水机组技术的发展，所能承受水流量变化的范围越来越大，这就给冷水机组的变流量运行提供了很大的空间。一级泵变频变流量系统的运行原理：当用户侧冷负荷需求降低时，通过变频器改变冷水泵的转速，减少冷水系统的供用，从而使得冷水泵的运行能耗得以降低。
4、隧道通风系统
隧道通风系统包括排热系统、隧道风机系统、区间射流风机。（1）针对隧道风机敞口风亭的设置，建议避开绿化灌木区，以防导致树叶、树枝等飘落到隧道风室，进而吹到区间侵限，同时会造成区间水泵赌塞的可能。（2）区间射流风机的设置存在安全隐患。由于区间的湿度很大，射流风机的吊装支架锈蚀严重，而且不方便巡检（需接触网停电），有坠落的风险。建议采取射流风机立时安装的方法，以方便检查和管理，同时降低风险。
二、地铁通风空调节能措施
1、风阀控制新风量节能
根据地铁的有关数据客流量一般在一天的早上6：30～8：30和下午5：00～7：00期间，即上下班高峰期最大均超过全天平均流量的50%，尤其是在早上7：30时达到最大值所以控制环控系统夏季的新风量使其适应客流量的变化可以达到节能的目的。就目前的运行模式看新风量由新风风机提供是固定的，而空调设备的装机容量是按远期最大小时客流量配备的由于每天每个小时的客流量都在变化若按装机容量运行势必造成能源的浪费。因此在新风的控制方面就需要通过风阀的开启程度来控制。
2、变频调速控制节能
变频调速技术在国内工业与民用自动控制系统中已推广应用了十多年，特别是在负荷变化和电机频繁启动的情况下采用变频调速不仅能大量节省能源而且对设备的运行工况也有极大的改善，变频调速在其他领域的环控系统中早已有成功的经验。在地铁环控系统中由于车站设备管理用房空调通风系统（小系统）的容量较小采用变频调速的意义不大，而制冷空调循环水系统（水系统）中冷冻机已具有负荷自动调节功能所以可不对水系统进行调节，另外隧道通风系统（TVF系统）平时不运行火灾排烟时全速运转节能潜力较小，也可以不作变频考虑；而大系统一般采用定风量一次回风全空气系统在车站两端的环控机房及风道中分别布置2台组合式空调箱，2台回/排风机和1台空调新风机，其中空调新风机的功率较小一般为4kW，可以不考虑变频，因此主要考虑组合式空调箱和回/排风机的变频调速即可。
3、空调水系统的节能
车站空调水系统一般采用定水量系统，即冷水机组和水泵的水量不变在末端设备（组合式空调箱等）设置电动二通阀，在供回水干管或集水器和分水器之间设置压差调节阀，通过改变水流量来适应空调区域负荷的要求可以达到节能的目的。为了节省地下空间和适应负荷的变化，通常采用2台冷水机组车站的冷负荷一般为1000kW，冷量不大，单台机组的冷量为500kW。通过对离心式螺杆式和活塞式冷水机组在部分负荷运行是否稳定，是否节能等的比较认为：低负荷时不会发生喘振COP值居中且负荷调节范围大（20%～100%）的螺杆式机组适合于地铁。
4、冰蓄冷集中供冷站
在国内地铁设计中一般是每个车站单独设置制冷站，并采用螺杆式制冷机组。而集中制冷站是利用大型冷水机组生产冷水通过输水管路输送到各个分散用户，这样可以节约每个用冷单位的制冷设备和机房面积，合理调配各单位的用冷负荷。集中制冷站目前已在广州地铁中，应用在集中制冷站内设置大功率离心式冷水机组，与螺杆式相比可以将COP值从4.5提高到5.1，可减少约13.3%的冷冻机功率，但是由于供回水管线长需要增加水泵功率经分析估算水泵增加的功率和冷冻机减少的功率相比相差不大。以一模拟集中制冷站为例，假设该制冷站为4个车站服务，并且布置在4个车站的中间地带总冷负荷为3900kW，选用1300kW的离心式冷水机组3台，冷冻机功率减少102kW。站间距为1000m，到最远的车站供回水管来回要3000m，冷水采用二次水泵系统每个车站冷水泵扬程平均增加30m，功率增加25kW则制冷站冷水泵总功率增加100kW，可见制冷站消耗的总功率没有增加在不增加消耗电能的情况下建造集中制冷站可以为每个车站节省地下面积60m2，缩短车站长度5m，减少土建造价约200万元。
三、地铁通风空调系统未来发展方向
为了实现我国经济社会的平稳较快发展，我国的能源消耗和经济发展以及环境污染之间的矛盾将更加突出。这需要我们不断优化经济结构，加强技术改造，以降低能源消耗，促进节能减排。在有限的资源下，实现经济的平稳高速增长。现有地铁通风空调系统在结构形式、资源利用、设置理念以及运行管理等方面都有了一定程度的改进。但是，不可否认的是，由于地铁内部空间的局限性和特殊性，地铁通风空调系统发展缓慢，许多适用于地上建筑的新技术、新产品、新工艺在地铁中的适用性研究尚进行得不够充分，结合地铁环境特殊性的技术有待于进一步研发。结合我国现状，笔者认为未来地铁通风空调系统在以下几个方面还会有一定的发展空间：1）减少初投资：减少设备和占用空间，从而减少初投资；2）降低冷量输送能耗：风输送改为水输送、制冷剂输送；3）合理的分散与集中系统：在条件合适时宜采用分散式系统（占地面积小、末端易控制）；4）合理利用能源：充分利用自然能源，重点利用低品位能源，兼顾热回收；5）关注部分负荷工况下系统的运行效率。
四、结语
在地铁通风系统中，如何能减少能耗，保持良好的通风效果是十分必要的课题。随着我国经济、技术的的快速发展，我国的地铁发展还会有着更加广阔的空间。采用节能技术和提高节能管理，是未来我国城市地铁发展的必然要求。合理的选择地铁通风系统，科学的控制系统运营，有效降低地铁的运营成本，完善现代化的地铁通风系统、降低能耗是未来城市地铁的必然之路。
参考文献：
[1]铁道第三勘察设计院组织编写.沈阳地铁总体设计环控专题[R].2009.
[2]朱军，我国城市轨道交通发展问题探讨北京城市规划建设[J].2008.2（16）：87-89
[3]朱永赤，郑晋，居炜.地铁空调通风系统能耗解析[J].设备，2010，5（14）：125-127