城市轨道交通环控系统节能途径分析

城市轨道交通环控系统节能途径分析

摘要：环控系统是城市轨道交通的重要组成部分，论文介绍了城市轨道交通环控系统的功能组成，通过对现有城市轨道交通环控系统能耗的综合分析，着重指出了几种可行的节能途径，以期对开展环控节能降耗及其他行业或系统的节能改造提供一定的参考借鉴。

关键词：城市轨道交通，环控系统，节能途径

一、引言

当前，我国正处于大规模城市化时期，伴随着经济大发展、城市规模扩张、人口骤长，城市交通日益拥挤，原有的道路及公共交通设施已不能满足要求，严重影响了百姓生活和经济发展。因此，我国地铁的大量建设和广泛应用已经成为必然。目前北京、上海、广州、深圳、南京、天津等城市均在新建地铁，更多的地铁线路正在筹建或论证中。在近十到二十年内，国内将形成三大轨道交通网络：以北京为中心的华北地区、以上海为中心的长江三角洲和以广州、深圳为双中心的珠江三角洲，而沈阳、天津、成都、西安、南京、苏州、杭州、大连、武汉、重庆等大城市的轨道交通体系也呈星罗棋布之势。

城市轨道交通运营过程中，环控系统的用电量占了相当的比重，特别是带有空调的环控系统的用电量约占全部耗电量的40%左右。因此如何在环控系统中采用节能装置对交通系统的经济运营具有十分重要的意义。由于一年四季天气的变化，及一天内气温和客流量的变化，环控系统中采用变频调控将是节能的最有效措施。因此在保证交通系统的正

常运营和乘客的热舒适性基础上，要根据不同季节的气象条件以及不同时刻的列车密度和客流情况来控制轨道交通空调通风系统的正常运行，制定最佳的节能有效的通风系统运行方案。

二、环控系统功能及组成

（一）环控系统功能

城市轨道交通环控系统是指在车站站厅、站台、隧道、设备及管理用房等处所的环境进行空气处理的系统。其功能主要是调节指定区域内的空气温度、湿度，并控制二氧化碳、粉尘等有害物质的浓度，以满足人体健康及相关设备正常运行的要求。城市轨道交通地下环境因封闭、湿度大、发热源多，故空气质量与地面其他场所相差较大。在这里降温、除湿和排热是主要的空气处理手段，同时对新、回风中的粉尘、有害物质及人员呼出的二氧化碳进行过滤和处理，为乘客和工作人员创造一个舒适的环境，保证设备能持续、正常地运行。

（二）环控系统的组成

城市轨道交通环控系统主要由车站空调通风系统和隧道通风系统两部分组成。车站空调通风系统包括公共区制冷空调通风系统，设备及管理用房空调通风系统，制冷空调循环水系统。隧道通风系统包括区间隧道通风系统和车站区间排热系统。

三、环控系统的节能途径

城市轨道交通环控系统的设计是根据天气最热、远期高峰运营条件来计算的，并且留有10%-20%的设计余量，以保证在实际情况发生各种变化时系统仍可达到要求的参数。而目前客流量远未达到设计额定值仅

在小负荷的情况下，因此环控系统的不当运行造成能源的大量浪费。

（一）通风系统的优化

目前城市轨道交通环控系统基本采用全空气系统，由于轨道交通系统运行的特点，风机的运行时间要长于制冷机，而且风机的功率远大于一般建筑的空调系统的风机，因此轨道交通风机能耗比例通常大于一般建筑的空调系统的风机能耗比例。因此，城市轨道交通环控系统运行能耗中，风机能耗在占有最大的比例，考虑把节能的重点应放在风系统的节能优化上。隧道通风系统风机正常情况每日从地铁运营开始至运营结束期间一直运作，是长期运作风机。但实际工作中，近远期轨道交通系统内发热量不同、风机的排风量不同，因此宜采用变频风机来调节风量，既可以起到降低风机能耗的作用，又能满足功能要求和达到良好的效果，同时对风机的控制简单可靠容易实现，实现局部区域灵活控制等特点。

（二）集中供冷系统

目前国内轨道交通系统多为各站分设冷水机房，该设计方案各站供冷机房独立运行，互不影响，系统运行安全性较高。但是制冷机房数量和占地面积大大增加，极大地加增加了初期投资和后期运行管理费用和难度。集中供冷方式集中设置冷却塔和制冷设备，极大地挖掘了车站规模效应，使每个车站节约制冷设备投入及机房面积，合理调配各单位用冷负荷，提高制冷站的设备利用率及综合效益，解决冷却塔分站设置的难点，减轻对城市景观造成的负面影响，具有较强的技术优势。因此，应该在受到条件限制不便设置冷却塔的地铁车站中大力推广这一集中

供冷方式。

（三）屏蔽门系统

屏蔽门把站台区域与列车运行区域隔离成为相互独立的空间，最大限度地避免了隧道区间与车站冷热气流的相互交换，一定程度上简化了车站环控系统，避免活塞风影响，大大减少了车站的冷气通过隧道的不必要散失，降低空调能耗和运营成本。对于处于热带和亚热带地区的地铁轨道盒车站，炎热的夏季站内冷气需求非常高，安装屏蔽门后，可以将流失的能耗最大限度地集中在站厅范围内，降低运行费用。以空气幕取代屏蔽门的系统，利用平面射流减缓隧道风流速，阻隔区间隧道风入侵，改善屏蔽门造成的狭弄效应，车站出入口适当加设空气幕，隔离车站内外空气，可以降低夏季和冬季空调系统负荷，实现节能。

（四）冰蓄冷空调系统

冰蓄冷空调是近十年来发展起来的一项新技术，可以转移用电高峰，适用于峰谷负荷差的运行工况，又能减少冷水机组等设备，充分利用电网低谷廉价电力，节约运行费用。在保障正常交通功能的情况下，通过调整空调运行时间，均衡电力负荷，降低能耗，实现节能，负荷低峰制冰蓄能，负荷高峰化冰释冷。冰蓄冷中央空调系统经济效益和社会效益显著，不仅容易满足低负荷期间的供冷要求，而且也容易在短时间内提供大于设计负荷的供冷量，应对突发高峰负荷和偶然异常高温现象。有文献分析指出，地铁蓄冰可采用部分蓄冰方案，即约40%左右采用夜间制冷蓄冰，白天空调负荷由制冷机组和蓄冷设备共同提供，这种运行方式可减少总冷负荷的50%左右，电总容量的40%左右，可节约运

转费用30%左右。

（五）新型空调系统

地板送风系统利用架空地板与顶板间的空间形成送风静压箱，把空气送到人员活动处，回风系统设置于房间最大允许高度处，以获取最好的通风与热效率。通过选用不同的末端散流器实现风量的调节，控制局部环境，处理后的空气直接送达人员活动区，提高热舒适性，可以在地板或人员活动处送风，在吊顶处回风，形成室内空气与污染气流向上置换的流态，利用热力分层，改善通风效率和空气质量。

四、结语

环控系统是城市轨道交通工程中的一个重要组成部分，设计的合理与否对使用环境产生巨大的影响，其重要性引起了国内外许多者和设计者的关注。有效的节能手段使得环控能耗显著下降，节约了大量能源，从而减少了对于自然环境的影响，同时也符合当前建设节能型社会、和谐社会的趋势，具有良好的社会效益。