周鵬

（無錫地鐵集團有限公司建設(shè)分公司，江蘇 無錫 214000）

0 引言

地鐵運營所消耗的電量是非常大的，空氣調(diào)節(jié)設(shè)備的用電相當(dāng)于整個地鐵運營系統(tǒng)用電的40%[1]，因此通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能顯得尤為重要。無錫地鐵1、2 號線隧道通風(fēng)采用雙活塞三風(fēng)機系統(tǒng)；公共區(qū)采用一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；設(shè)備區(qū)空調(diào)系統(tǒng)采用多聯(lián)機+通風(fēng)+新風(fēng)系統(tǒng)，與大系統(tǒng)冷源分開設(shè)置；空調(diào)水采用一次泵變流量系統(tǒng)。排熱風(fēng)機、大系統(tǒng)送排風(fēng)機、冷卻塔風(fēng)機、冷凍水泵等均采用變頻控制，冷凍站未實施節(jié)能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)控制均由BAS 實現(xiàn)基本控制功能。

1 排熱風(fēng)機的運行

當(dāng)前1、2 號線，關(guān)于排熱風(fēng)機的運行時段以及運行頻率的問題爭議頗大，主要是由于現(xiàn)狀行車密度較小，排熱風(fēng)機全天開啟，即使最低頻率運行，能耗也比較高，且當(dāng)前行車密度較小，隧道內(nèi)無明顯的溫升，排熱風(fēng)機的運行效果不明顯，對此運營提出較多的優(yōu)化需求。

開式系統(tǒng)在過渡季節(jié)能利用活塞風(fēng)通風(fēng)換氣，節(jié)約排熱風(fēng)機能耗[2]。對于全封閉的站臺門系統(tǒng)，則更多的依賴于排熱風(fēng)機，針對全封閉站臺門制式系統(tǒng)，排熱風(fēng)機除滿足火災(zāi)時排煙需求外，平時主要考慮排出列車散熱，控制隧道溫升。列車散熱量占區(qū)間隧道散熱量的70%左右，與區(qū)間隧道內(nèi)溫度有直接關(guān)系，也即行車密度越高，散熱量也越大，雖然行車對數(shù)增大，活塞效應(yīng)會有所增強，但是由于列車散熱量增加導(dǎo)致隧道內(nèi)的溫升影響遠遠比活塞通風(fēng)效應(yīng)增強的降溫要大，因此區(qū)間內(nèi)隧道溫度與列車行車對數(shù)有直接的關(guān)系。而對于排熱功能而言，排熱風(fēng)機的配置容量，一般按遠期需求考慮，遠期排熱風(fēng)機風(fēng)量比初、近期大，在初近期運行時，應(yīng)合理確定排熱風(fēng)機的運行頻率，以達到節(jié)能運行的目的。由于運營初、近期行車密度較小，排熱風(fēng)機全天開啟，能耗比較高。

鑒于以上分析，結(jié)合無錫地鐵1、2 號線特點，在運行中建議根據(jù)行車對數(shù)確定排熱風(fēng)機的變頻運行狀態(tài)，排熱風(fēng)機可設(shè)置四個運行頻段，分別為50Hz、40Hz、30Hz、關(guān)閉。當(dāng)行車對數(shù)大于25 對/h，排熱風(fēng)機工頻運行；當(dāng)25≤行車對數(shù)＜20對/h 時，排熱風(fēng)機的頻率為40Hz；當(dāng)20≤行車對數(shù)＜12 對/h 時，排熱風(fēng)機的頻率為30Hz，當(dāng)行車對數(shù)≤12 對/h 時，排熱風(fēng)機關(guān)閉。實際運行中，運營部門應(yīng)根據(jù)初、近、遠期線路實際運行情況以及運營管理經(jīng)驗，合理調(diào)節(jié)排熱風(fēng)機的開啟頻率及運行狀態(tài)，以達到節(jié)能運行的目的。

2 大小系統(tǒng)節(jié)能措施

根據(jù)運營反饋，開啟機械送排風(fēng)系統(tǒng)會給設(shè)備房送入較多灰塵以及增加環(huán)境噪音等問題，過渡季節(jié)仍然采用常開多聯(lián)機系統(tǒng)維持室內(nèi)環(huán)境。對此，運營公司對2 號線河埒口站1～3月份多聯(lián)機系統(tǒng)運營能耗統(tǒng)計結(jié)果顯示，全站在24 小時開啟多聯(lián)機系統(tǒng)模式下日均耗電量為144 千瓦時，若采用機械通風(fēng)模式，按風(fēng)機的額定功率計算，風(fēng)機總能耗為730 千瓦時，遠遠超過多聯(lián)機系統(tǒng)運行能耗。究其原因，當(dāng)前強弱電設(shè)備散熱量尚遠未達到遠期工況，且1～3月份，室溫較低，利于設(shè)備散熱，系統(tǒng)冷負(fù)荷整體較小，而開啟多聯(lián)機系統(tǒng)，其可以根據(jù)房間負(fù)荷變化實時調(diào)整設(shè)備出力，在維持室內(nèi)設(shè)定溫度的前提下，設(shè)備變頻運行或間歇運行。在這種情況下采用機械通風(fēng)模式，只能定風(fēng)量運行且無法根據(jù)室內(nèi)溫度情況控制設(shè)備自動啟停，風(fēng)機能耗并不比多聯(lián)機系統(tǒng)低。

理論上，機械通風(fēng)與多聯(lián)機系統(tǒng)總能耗曲線應(yīng)有一個交叉點。鑒于此，針對1、2 號線現(xiàn)狀，全年各時間段優(yōu)先按照多聯(lián)機系統(tǒng)運行模式，并統(tǒng)計運行能耗數(shù)據(jù)，獲得此“交叉點”的位置，即在過渡季節(jié)，核實采用機械通風(fēng)模式更為節(jié)能，作為后期調(diào)整運營策略的依據(jù)。

2.1 變頻控制策略

現(xiàn)狀由于部分設(shè)備及控制程序的調(diào)試問題，組合式空調(diào)器及回排風(fēng)機的頻率調(diào)節(jié)尚有人工控制，未實現(xiàn)自動調(diào)頻。建議鑒于當(dāng)前1、2 號線的實際情況，按以下策略進行控制：根據(jù)回風(fēng)溫度調(diào)整組合式空調(diào)器的頻率，回風(fēng)的溫度較高時，增大空調(diào)器頻率，加大送風(fēng)量，回風(fēng)的溫度較低時，降低空調(diào)器的頻率，減少送風(fēng)量，回排風(fēng)機的頻率作同步變化。根據(jù)送風(fēng)溫度來調(diào)整末端動態(tài)平衡電動閥的開度，當(dāng)送風(fēng)溫度升高時，閥門開度增大，冷凍水量增大，當(dāng)送風(fēng)溫度降低時，閥門開度減小，冷凍水量減小，冷凍水泵及冷水機組采用變頻控制達到所要求的負(fù)荷量。由于風(fēng)量調(diào)節(jié)對末端負(fù)荷的響應(yīng)較快，當(dāng)末端負(fù)荷發(fā)生變化時，首先調(diào)整風(fēng)機運行頻率，而對于變頻風(fēng)機，當(dāng)轉(zhuǎn)速降為額定轉(zhuǎn)速的30%以下時，效率點將大大下降，節(jié)能效果將遠小于流量立方關(guān)系；送風(fēng)氣流組織也將顯著惡化。因此在地鐵空調(diào)通風(fēng)中，風(fēng)機一般最低降速到40%～50%。當(dāng)風(fēng)機頻率調(diào)至下限時，進行水系統(tǒng)的變水量調(diào)節(jié)。

風(fēng)系統(tǒng)變頻閉環(huán)控制圖

動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥閉環(huán)控制圖

2.2 減少通風(fēng)工況下空調(diào)器的運行能耗

根據(jù)無錫運營特點，全年約3/4 時間處于通風(fēng)運行狀態(tài)，減少風(fēng)機設(shè)備的運行時間和運行阻力均可有效節(jié)能。對于前者，在控制模式的選擇上可以做一些優(yōu)化。同樣，考慮到空調(diào)器由于內(nèi)部構(gòu)件阻力較大，同等風(fēng)量下相對于排風(fēng)機功率更高，因此可以采用“只排不送”的通風(fēng)模式，則可以節(jié)省空調(diào)箱送風(fēng)機的能耗，且建議優(yōu)先考慮采用“只排不送”模式。而對于減少設(shè)備運行阻力方面，由于在通風(fēng)季節(jié)無需冷凍水處理，組合式空調(diào)器內(nèi)冷水盤管等部件徒增阻力，若在通風(fēng)季節(jié)，將表冷器采用對開門方式打開，從與氣流垂直變?yōu)榕c氣流方向平行，減少對空氣的阻擋，可大大降低風(fēng)機運行能耗。目前，表冷器可打開型組合式空調(diào)器已有成熟的技術(shù)和市場，建議考慮在新線中引用。

3 結(jié)語

可根據(jù)列車的行車密度，對排熱風(fēng)機的運行頻率進行調(diào)整，可有效的降低能耗。通過改變小系統(tǒng)在不同工況下的運營時間，優(yōu)化空調(diào)水系統(tǒng)的運行策略，調(diào)整環(huán)控系統(tǒng)的環(huán)控模式，可有效的降低能耗。

本文結(jié)合已運營線路，從排熱風(fēng)機運行策略、空調(diào)小系統(tǒng)設(shè)置形式、智能模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用、大系統(tǒng)取消小新風(fēng)機的可行性、大系統(tǒng)節(jié)能措施等幾個方面進行分析，提出優(yōu)化建議以供新線建設(shè)及運營參考。