地铁车辆段供电用房通风空调设计方案分析

地铁车辆段供电用房通风空调设计方案分析
摘要：以广州某地铁车辆段内供电用房通风空调设计为工程实例，探讨目前地铁车辆段供电用房常用的通风空调设计方案的能耗及初投资，通过理论计算及经济性分析，提出较优的方案，为今后的地铁车辆段供电用房通风空调系统设计提供参考资料。

关键词：地铁车辆段；供电用房；通风；设计
一、引言
地铁车辆段内由于用电负荷较大，为保证车辆段内生产生活用电，设置单独的供电用房保证车辆段内的用电需求，供电用房内变电设备对工作环境的温度有一定要求，目前常用的通风空调设计方案有两种，分别为采用机械通风、自然引风的方式进行降温；以及采用空调与通风降温相结合的方式。

本文对两种通风空调设计方案进行理论计算及经济性对比，提出个人观点。

二、工程概况
本文研究对象为广州地铁某车辆段内供电用房，该单体为地面一层建筑，建筑面积约为320平米，层高5.2米，共设置两个房间。

两个房间内变电设备布置均相同，包括SCR、吸收电阻及控制柜等。

根据供电专业所提供的资料，供电用房内应设置通风装置，保证正常工作时温度要求及事故工况通风要求，室内环境温度要求为-5℃~+40℃，相对湿度的月平均值不大于95%。

三、通风空调方案设计
根据供电专业的提资需求，下文中对常用的两种通风空调方案进行介绍。

1.采用机械通风
地铁车辆段一般位于地面，供电用房采用机械通风方式时，一般情况下有条件采用外立面开设百叶的方式进行自然引风，因此本文仅讨论自然引风工况。

机械通风的风量应根据供电专业所提供的设备发热量进行计算，供电专业所提供的各设备发热量详见表1。

表1 供电设备发热量
单个房间内的设备发热量共计34.7kW，广州地区的夏季通风计算温度为31.8℃，为保证极端天气条件下供电设备的运行安全，本次计算过程中适当提升夏季通风计算温度，取计算温度为34℃。

消除室内余热所需的机械通风量根据下式确定：
（1）
式中：G——消除余热所需要的全面通风量（m3/h）；
tp——排出空气的温度（℃）；
tj——进入空气的温度（℃）；
Q——供电用房内总与热量（kW）；
c——空气的比热[1.01kJ/（kg∙K）]；
ρ——干空气的密度，取值1.16kg/m3。

将数值带入上式，机械通风量的计算值17770m3/h。

考虑风系统的漏风量等因素，风机的选型系数取值1.05，因此最终选型风量为18660 m3/h。

除满足供电设备的温度要求外，通风系统应满足事故工况的通风要求，本文中供电用房的单个房间面积约为160平方米，层高5.2米，事故工况排风取换气次数为6次/h，平时排风风机满足事故工况的排风要求。

2.采用空调与机械通风结合
由于供电用房内变电设备发热量不大，目前也有部分设计采用空调制冷与机
械通风相结合的方式消除设备房内余热，并在设备房外设置温度传感器。

当室外
温度高于28℃时，开启分体空调进行降温，当室外温度低于28℃时关闭分体空调，开启风机进行降温。

单个房间内设备发热量为34.7kW，由于室内控制温度最高可为40℃，高于
广州地区室外干球计算温度，不计入维护结构传热冷负荷，设计中选取4台制冷
量为9.0kW的分体空调，当温度低于28℃时采用机械通风降温，此时由室外引入的新风温度tj= 28℃，代入上文中式（1）可得计算风量G=8885 m3/h，选型风量
为9350 m3/h，同时该风量满足事故通风工况的要求。

上述两种方案均满足供电设备的环境温度要求，在实际使用过程中各有优缺点，仅采用机械通风的方式由室外直接引入新风，优点在于系统形式简单，占用
空间较小，实际运行过程中风机二十四小时运行，不需要人工控制；空调与机械
通风组合的系统优点在于环境温度控制稳定，即使出现极端天气也能满足室内的
环境温度要求，但由于分体空调无法接入BAS系统，目前运行阶段的实际控制为
人工控制，即无法在设定的温度范围内切换空调模式与通风模式，需要运营人员
进行手动的开关机控制，同时两套设备同时设置，对于设备房内的空间占用较多，在设备房面积紧张时不利于设备布置。

四、设计方案经济性分析
上文中对供电用房的两种通风空调系统的设计方案进行了介绍，在实现功能
需求方面各有优劣，下面对两种方案的能耗及初投资等进行计算，对设计方案的
经济性进行评估。

本项目中采用的空调及风机设备均满足1级能效要求，同时考
虑到对周围环境的影响，风机均选用低噪音箱式离心风机，因设备型号或品牌的
不同，实际用电功率有差异，本文均采用设备的输入功率进行能耗估算。

当单独采用机械通风时，风机风量为18660 m3/h，风机全压为250Pa，电机
的输入功率为3kW，单独机械通风全年运行能耗根据下式计算：
（2）
式中：W——设备耗电量（kW∙h）；
N——设备功率（kW）；
t——设备运行时间（h）。

将数据代入式（2）中可得机械通风全年能耗为26280 kW∙h。

当采用空调与机械通风相结合的方式时，假设管理人员可以根据室外温度及
时切换空调与风机的运行方式。

根据广州地区全年8760个小时的逐时干球温度，温度高于28℃的情况共有1646个小时，则风机运行时长为7114小时，风机风量为9350 m3/h，全压200Pa，则风机选型功率为1.1kW，冷量为9.0kW的分体空调，根据规范规定其能效比EER不小于3.4，冷负荷为34.7kW时，4台该型号空
调输入功率合计为10.2kW。

根据上文中式（2）可得，采用组合式方案耗电量为24614.6kW。

根据理论计算，组合式方案年耗电量较低，下面对两种方案的初投
资进行比较。

表2 机械通风初投资
表3空调与机械通风组合初投资
上表中分别为单独设置机械通风的初投资以及空调与机械通风组合方案的初
投资，组合方案的年耗电量较单独设置机械通风少1665.4 kW∙h，按0.69元/
（kW∙h）进行计算，每年节约电费约1149元，而初投资增加约23194元，投资回收期约为20年。

五、结论
根据以上分析对比，虽然组合式方案在运行能耗方面有优势，但投资回收期较长，综合考虑运营使用便利性及维护成本，目前对于地铁车辆段内的供电用房等设备降温，仅采用机械通风方式更加适合；随着智能控制技术的升级，若能对设备的运行模式优化并实现更精准的控制，可将两种方案进行实测对比，进一步优化此类设备房的通风空调系统设计。

参考文献：
[1]工业建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB 50019-2015）；
[2]民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB50016-2014）；
[3]地铁设计规范（GB 50l57-2013）；
[4]房间空气调节器能效限定值及能效等级（GB 12021.3-2010）。