地铁环控系统能耗分析及节能措施

[摘 要] 根据多年地铁设计的经验,对目前地铁环控系统能耗状况及节能技术应用现状加以分析,提出具体节能措施。

[关键词] 轨道交通 环控系统 地下车站 大系统 小系统 水系统 隧道通风系统 能耗 节能

一、前言

近几年来,随着各城市交通拥堵情况的加剧,各大城市均加快了轨道交通建设的速度。而随着轨道交通建设的快速发展,扩大运行规模与节约能源之间的矛盾已越来越突出。环控系统是轨道交通的用电大户之一,分析该系统的能耗情况,为轨道交通节能降耗提供一些建议和措施是至关重要的。

本文以我国城市轨道交通中最常用的地下车站屏蔽门系统为例,分析环控系统的能耗现状,推出几项适用的节能措施。

二、环控系统用能分析

1、车站环控系统简述

目前,在建及已运营的城市轨道交通地下车站环控系统多数采用全封闭屏蔽门系统,典型的屏蔽门制式环控系统由以下4个部分组成。

(1)车站公共区环控系统(简称大系统);

(2)车站设备管理用房环控系统(简称小系统);

(3)隧道通风系统(区间隧道通风系统和站内隧道通风系统)

(4)车站冷源(水系统)

2、各系统设备组成及设备装机容量

根据对深圳地铁5号线的统计,典型车站环控系统用电设备数量及容量见表2-1。

3、全年运营能耗

地铁车站环控系统的装机容量高,环控系统全年运行模式及设备运转时间是影响年耗电量的重要因素。当地的气象条件、地铁系统产热量,以及所采用的设计方案对设备运行时间影响亦很大。热季时间长、与外界自然换气条件较差、系统产热量较高等因素导致地铁环控系统的运转时间长,耗电量大。

经研究分析,车站环控系统全年运行的耗电量:车站公共区、隧道通风、设备管理用房及车站水系统全年用电量基本相当,且车站设备管理用房用电量还稍高。故应当对设备管理用房的耗能给予更多的关注。车站环控系统各部分能耗分布见图2-2。

图2-2 地铁车站环控系统能耗分布图

从冷源(冷冻机)与输配系统(包含风机、水泵等)的角度分析,风机、水泵等输配系统用电量占总用电量的80%以上(见图2-3),其中水泵的能耗较小。

4、能耗特点

针对屏蔽门系统制式标准车站,分析地铁环控系统耗能情况,存在以下几个特点:

(1)风机动力耗电(包括送、回排风机及AHU的送风机)是车站环控系统的重点;

(2)风机耗电中以区间通风、车站公共区、设备管理用房耗电为主。

以往环控节能重点放在区间、车站公共区风机,往往对设备管理用房不太关注,但分析结果显示,在耗能方面“小系统能耗不小”。

三、环控系统节能技术应用现状

目前,地铁环控系统从方案设计至系统运行基本体现或贯彻了节能的要求。部分地铁在建设时还对环控系统进行专题论证和节能方案设计。

从现阶段的设计内容看,地铁车站环控系统节能技术的应用情况可以简单概括(见表3-1)。

四、环控系统具体节能措施

环控的节能应贯彻始终,包括方案制定、系统设计、设备选型、运营等各个阶段,包含系统组成的各个部分:

(1)设计方案、制式确定阶段。地铁空调制式、车站采用的建筑方案对车站能耗有决定性的作用。方案阶段尽可能创造利用自然冷源、自然通风的条件,减少机械通风量、通风时间,从根本上落实节能理念,应优先考虑有效利用列车运动形成的活塞动力。

环控系统制式对能耗的影响在地铁建设的初期已经进行了多次讨论,在认识上已基本趋于一致。在深圳地区,屏蔽门系统的环控能耗约为闭式系统(开闭式运行)能耗的30%。

不论采用何种制式,通风的目的是排除地铁内多余热量、控制内部温、湿度,尽可能创造地下区间与外界较多的换气口。采取措施减少活塞风的回流是地铁节能的重要环节。例如,对于深圳地区,屏蔽门系统采用双风井较采用单风井系统总能耗可节省10%以上。

(2)系统设计、设备选型、安装。车站设计时,应尽量争取使通风空调系统靠近负荷中心,通风井靠近环控机房,使得系统管路畅通。这些基本的节能理念,在地铁设计中往往很难落实。由于规划、消防及拆迁等种种原因,有些车站的通风井距离车站主体近百米;风井或机房位置不利造成系统管路不畅、土建直角弯头多、又不加导流装置,在地铁车站应用中司空见惯。一个弯头的当量阻力相当于150m以上的土建风道长度。以此为例,按普通车站估算,每增加一个直角弯头,多耗电约30kWh/d,相当可观。这些不合理的结构最终导致车站能耗加大,或站(室)内环境不保证。

(3)运营阶段。地铁的环控系统与一般地面建筑显著不同,地温、运量增长快慢、系统形式等都会影响内总环境,各种因素相互交织,影响系统的运营方式。在此阶段,应及时分析地铁各内部环境和调整运行方案,使其既达到内部环境要求、又达到节约能耗的目的。

(4)与相关专业协调。地铁是一个庞大、复杂的系统,好的节能方案、措施是否能落实,节能效果能否达到,在相当程度上取决于各系统之间的配合。从节能角度,可作如下的分析。

(a)列车和区间节能坡。列车是地铁通风系统,服务的主要对象,向地铁系统内散发了大量的机械和空调热。降低列车牵引制动散热和空调排热,也就相应降低了通风系统的负荷。因此,相关的线路节能坡、再生制动技术、高效的车载空调系统等节能技术的应用,将降低通风系统的能耗。

(b)建筑方案。建筑方案在相当程度上影响着环控系统的能耗。地铁是一个相对的封闭体,创造与外界良好的换气条件,可有效利用室外自然冷风排除内部余热。当对外开口有限时,只能依靠机械力排除余热,必然增加能耗量。另外室内温、湿度要求相同或相近且运行时间一致的设备管理用房尽量靠近布置。划分为同一系统的各房间尽量靠近布置的话,可以合理布置风管,避免各系统风管重叠交叉时翻上翻下,减少系统的局部阻力;同时由于系统的阻力是根据最不利环路计算出来的,划分为同一系统的各房间尽量靠近布置的话,可以减少整个设备管理用房环控系统的沿程阻力。从而减少设备管理用房各系统风机的运行能耗。

(c)自动控制系统。建立良好的可调节的环控系统,必须有可靠、高效的自动控制系统作为跟踪负荷变化、调节环控系统动作的手段。否则,不能达到预期的节能效果。

五、结束语

综上所述,降低地铁环控系统能耗的任务非常艰巨,仅仅强调局部先进技术的应用并不能显著降低系统能耗,只有与其它专业紧密配合,各系统密切协作,采取系统化、全方位节能措施才是地铁节能降耗的关键。同时,希望相关部门针对地铁环控系统能耗的特殊性,尽快组织力量开展地铁能耗评估工作,逐步建立地铁能耗指标的标准,为广大环控设计人员提供一个设计指引。

参 考 文 献

[1] 北京城建设计研究总院.GB50157—2003.地铁设计规范.北京:中国计划出版社,2003

[2] 中华人民共和国建设部.GB50189-2005.公共建筑节能设计标准. 北京:中国建筑工业出版社,2005

[3] 铁道第二勘查设计院.地铁工程设计指南.中国铁道出版社,2002,132.■

推荐访问:铁环 能耗 节能 措施 分析