我國(guó)地鐵發(fā)展迅速，截至2015年3月25日，共有38個(gè)城市獲批地鐵項(xiàng)目，其中有32個(gè)城市已動(dòng)工，至2020年預(yù)計(jì)將投入約2.5萬(wàn)億元在地鐵項(xiàng)目建設(shè)中。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵環(huán)控系統(tǒng)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(gè)地鐵系統(tǒng)僅次于牽引供電的第二大耗能板塊，因此有必要探討其節(jié)能潛力。
1地鐵站室內(nèi)環(huán)境要求的特殊性
1.1溫濕度要求低
從進(jìn)站、候車到上車，乘客在車站僅停留3～5 min，為節(jié)約能源，只考慮保證乘客由地面進(jìn)入車站有較涼快的感覺(jué)，滿足“暫時(shí)舒適”即可。GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)地鐵站溫濕度的要求為：當(dāng)車站采用通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，公共區(qū)夏季室內(nèi)空氣計(jì)算溫度不宜高于室外空氣計(jì)算溫度5℃，且不應(yīng)超過(guò)30℃；當(dāng)車站采用空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，站廳公共區(qū)的空氣計(jì)算溫度應(yīng)低于空調(diào)室外空氣計(jì)算干球溫度2～3℃，且不應(yīng)超過(guò)30℃，站臺(tái)公共區(qū)的空氣計(jì)算溫度應(yīng)低于站廳１～２℃，相對(duì)濕度均應(yīng)為40％～70％；地下車站及區(qū)間隧道可不設(shè)供暖系統(tǒng)?？梢?jiàn)地鐵站溫濕度要求略低于普通舒適性空調(diào)。
1.2保障時(shí)間長(zhǎng)
地鐵從早晨到晚間一直處于運(yùn)行狀態(tài)，《城市軌道交通試運(yùn)營(yíng)基本條件》與《城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范》規(guī)定，城市軌道交通線路的全天運(yùn)營(yíng)時(shí)間不得少于15 h，運(yùn)營(yíng)期間，地鐵站內(nèi)的空氣環(huán)境必須滿足相關(guān)要求。
2負(fù)荷分析及設(shè)計(jì)現(xiàn)狀
地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的組成如圖1所示，本文主要對(duì)車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分析。
圖1地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)組成
2.1負(fù)荷結(jié)構(gòu)
由于屏蔽門(mén)的應(yīng)用，活塞風(fēng)給車站帶來(lái)的額外通風(fēng)量顯著減少，列車發(fā)熱量對(duì)車站空調(diào)負(fù)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(diào)負(fù)荷，太陽(yáng)輻射對(duì)空調(diào)負(fù)荷的影響可忽略不計(jì)，因此負(fù)荷主要包括人員散熱、設(shè)備散熱（照明、廣告燈箱、自動(dòng)售檢票設(shè)備、扶梯、電梯等）、區(qū)間與站臺(tái)公共區(qū)的散熱、出入口熱滲透以及新風(fēng)所形成的負(fù)荷。
2.2負(fù)荷的變化特性
與客流量相關(guān)的負(fù)荷有人員散熱負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷及部分設(shè)備負(fù)荷（如自動(dòng)售檢票設(shè)備、扶梯等）；與室外氣溫相關(guān)的負(fù)荷有新風(fēng)負(fù)荷、出入口散熱負(fù)荷?？土髁拷谂c遠(yuǎn)期差別很大，近期的客流量?jī)H為遠(yuǎn)期的30％～50％，且每天不同時(shí)段客流量不同，圖2顯示了某地鐵站客流量在一天內(nèi)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(shè)計(jì)現(xiàn)狀及運(yùn)行中存在的問(wèn)題
空調(diào)系統(tǒng)按預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)期客流量和大通過(guò)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》要求空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備宜按遠(yuǎn)期和近期配置，并宜分期實(shí)施。但在實(shí)施過(guò)程中，很多項(xiàng)目的做法是制冷主機(jī)分期實(shí)施，空調(diào)末端一次性配置齊全，有的項(xiàng)目甚至制冷主機(jī)也一次安裝完成。目前，地鐵空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)一般采用一次回風(fēng)定風(fēng)量系統(tǒng)，水系統(tǒng)形式為主機(jī)定流量、末端變流量。近期負(fù)荷通常遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)期負(fù)荷，此外，相關(guān)研究表明，由于長(zhǎng)期運(yùn)行，不斷向周邊巖土排熱，巖土溫度緩慢上升，會(huì)加大遠(yuǎn)期負(fù)荷。近期空調(diào)需求與系統(tǒng)供給能力嚴(yán)重不匹配，會(huì)產(chǎn)生兩方面的問(wèn)題：一是產(chǎn)生過(guò)冷現(xiàn)象，室內(nèi)溫度明顯低于設(shè)計(jì)溫度；二是設(shè)備長(zhǎng)期低效運(yùn)行，能耗高。
3實(shí)例分析
3.1工程簡(jiǎn)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(tái)層。埋深46.8 m，總建筑面積9 163.88 m2，出入口5個(gè)。采用屏蔽門(mén)系統(tǒng)，按遠(yuǎn)期2037年高峰小時(shí)客流量16676人次/h進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，主要設(shè)備見(jiàn)表2。
1）服務(wù)于A端的電控室、配電室等；2）服務(wù)于B端的電控室、電池室、站長(zhǎng)室等；3）服務(wù)于B端的變電所、高壓柜室等。
3.2運(yùn)行現(xiàn)狀
空調(diào)系統(tǒng)有3種運(yùn)行模式，即空調(diào)季1、空調(diào)季2、通風(fēng)季?？照{(diào)季１是指小新風(fēng)狀態(tài)（室內(nèi)所需最小新風(fēng)量狀態(tài)）；空調(diào)季２是指全新風(fēng)狀態(tài)；通風(fēng)季是指關(guān)閉水系統(tǒng)，送排風(fēng)機(jī)均開(kāi)啟的狀態(tài)。5—10月運(yùn)行空調(diào)季1，2模式，其余月份運(yùn)行通風(fēng)季模式。地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間為06：30—22：30，大系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為06：00—23：00，小系統(tǒng)在空調(diào)季有一半以上的時(shí)間每天24 h運(yùn)行。
該項(xiàng)目運(yùn)行至今，冷水機(jī)組、冷卻塔、冷卻水泵、冷水泵均只開(kāi)啟了1臺(tái)，冷水出水溫度設(shè)定為10℃，即使在8月的晚高峰，站臺(tái)內(nèi)的溫度都在24℃以下，這表明設(shè)計(jì)容量遠(yuǎn)大于目前的需求量。系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)設(shè)備的容量是相匹配的，目前冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔的供應(yīng)能力通過(guò)減少運(yùn)行臺(tái)數(shù)，即分別只運(yùn)行1臺(tái)進(jìn)行調(diào)控，但是對(duì)末端設(shè)備（空調(diào)機(jī)組、空調(diào)器、回排風(fēng)機(jī)）卻沒(méi)有采用相應(yīng)措施來(lái)降低其輸出能力（按理應(yīng)與水系統(tǒng)設(shè)備的輸出能力相匹配）。應(yīng)采取措施降低末端設(shè)備的輸出能力，當(dāng)然，此時(shí)的措施不是減少其運(yùn)行臺(tái)數(shù)，而是降低風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。
3.3節(jié)能運(yùn)行措施?
3.3.1增設(shè)冷水泵變頻器
增設(shè)冷水泵變頻器，改為冷水機(jī)組變流量系統(tǒng)，不僅可以降低白天運(yùn)行期間水泵的能耗，而且還可以顯著降低夜間只有小系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)水泵的能耗。
3.3.2按需供應(yīng)新風(fēng)
大系統(tǒng)增設(shè)小新風(fēng)機(jī)變頻器，在站廳和站臺(tái)內(nèi)設(shè)CO2濃度探測(cè)器，根據(jù)CO2的設(shè)定要求改變小新風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，調(diào)節(jié)新風(fēng)供應(yīng)量。當(dāng)運(yùn)行模式為空調(diào)季1（小新風(fēng)工況）時(shí)，一方面可以降低新風(fēng)機(jī)自身能耗，另一方面可顯著減少空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷，進(jìn)而降低冷水機(jī)組和水泵能耗。
3.3.3增設(shè)組合式空調(diào)器、回排風(fēng)機(jī)變頻器
組合式空調(diào)器、回排風(fēng)機(jī)的輸出能力相對(duì)于近期需求嚴(yán)重過(guò)剩，增設(shè)變頻器，合理降低其運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出量與需求量的匹配。
3.3.4改善空調(diào)季2運(yùn)行模式
當(dāng)進(jìn)入空調(diào)季2（全新風(fēng)工況）運(yùn)行模式時(shí)，關(guān)閉回排風(fēng)機(jī)，利用5個(gè)出入口（每個(gè)出入口面積在15 m2以上）進(jìn)行自然排風(fēng)，降低回排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗。
3.3.5改善通風(fēng)季運(yùn)行模式
將通風(fēng)季細(xì)分為過(guò)渡季和冬季，過(guò)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(guò)渡季開(kāi)啟回排風(fēng)機(jī)排風(fēng)，關(guān)閉大系統(tǒng)組合式空調(diào)器，利用地鐵站5個(gè)出入口自然進(jìn)風(fēng)；冬季開(kāi)啟組合式空調(diào)器送風(fēng)，關(guān)閉回排風(fēng)機(jī)，利用5個(gè)出入口自然排風(fēng)。冬季室外溫度低，站內(nèi)溫度高于室外溫度，利用出入口排風(fēng)對(duì)乘客而言感覺(jué)更舒適。同時(shí)，根據(jù)控制CO2濃度和室內(nèi)溫度不超標(biāo)所需風(fēng)量的大值調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。
3.3.6同時(shí)運(yùn)行2臺(tái)冷卻塔
目前冷卻塔只運(yùn)行了1臺(tái)，未充分利用2臺(tái)冷卻塔的散熱散濕面積，調(diào)整控制策略，讓2臺(tái)冷卻塔同時(shí)運(yùn)行（冷水機(jī)組和水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)保持不變），降低冷卻水溫度，提高冷水機(jī)組能效。
3.3.7增設(shè)在線清洗系統(tǒng)
增設(shè)一套水系統(tǒng)在線自動(dòng)清洗系統(tǒng)，降低冷水機(jī)組能耗。
3.3.8補(bǔ)設(shè)能量計(jì)量裝置
補(bǔ)設(shè)空調(diào)系統(tǒng)的能量計(jì)量裝置。
3.4節(jié)能量與節(jié)能效益（詳見(jiàn)原文）
4結(jié)論
1）地鐵站室內(nèi)環(huán)境具有溫濕度要求低、但保障時(shí)間長(zhǎng)的特殊性。
2）地鐵站空調(diào)總負(fù)荷中60％～70％的負(fù)荷是變化的，地鐵站空調(diào)系統(tǒng)的供給能力相對(duì)于近期需求嚴(yán)重過(guò)剩，對(duì)冷水泵、小新風(fēng)機(jī)、組合式空調(diào)器、回排風(fēng)機(jī)增設(shè)變頻器，節(jié)能效果顯著，節(jié)能效益明顯。
3）合理利用地鐵站的幾何空間特性，改善空調(diào)季2、通風(fēng)季運(yùn)行模式，充分利用自然排風(fēng)、自然進(jìn)風(fēng)，可以明顯降低環(huán)控系統(tǒng)能耗。
4）鑒于地鐵站近期與遠(yuǎn)期負(fù)荷的巨大差異，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按遠(yuǎn)期統(tǒng)一規(guī)劃，冷源設(shè)備及水泵分期實(shí)施，水泵與末端空調(diào)設(shè)備均設(shè)變頻器，先實(shí)施的冷源設(shè)備至少采用1臺(tái)變頻調(diào)速機(jī)組。（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）
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