关于地铁环控系统节能的探讨

徐振威 马敬威 赵大伟

摘要：地铁通风空调系统又叫环控系统，是城市轨道交通中一个重要组成部分，承担着通风、制冷、排烟等功能，直接影响乘客舒适度。地铁通风空调系统作为耗能大户，其节能问题越来越受到重视。文章谨对地铁环控系统的耗能现状及节能措施进行研究，提出设计和维保阶段的节能建议。

关键词：地铁环控系统；通风空调；节能；维保

引言

随着我国人口的不断增加，一二线城市城市轨道交通紧锣密鼓的建设，地铁便成为现代社会最重要的交通方式之一，建造在地下，可以缓解城市紧张的用地问题，大容量的运输能力也可以有效地缓解城市拥堵的交通环境。而地铁因其独特的地理环境和巨大的人员流通量，让地铁车站的环控系统成为地铁车站整个运营系统中的一个非常重要的部分。地铁环控系统繁杂，影响能耗的因素也较多。因此，通过对系统的分析，针对各个子系统不同能耗规律有针对性地采取节能措施和技术开发，对地铁行业的节能减排有重大意义。

1地铁通风空调系统简介

地铁通风空调系统分为车站通风空调系统和隧道通风系统，车站通风空调系统又分为大系统、小系统及冷源系统。涉及风机、风阀、冷源、空调末端、多联机、消声器六大类设备。为满足运营需要，为乘客及工作人员营造安全良好的空气环境，需对站内空气湿度、温度、洁净度、空气流速、压力等环境因素进行控制。地铁通风空调系统具有系统多、设备多、模式多、控制复杂的特点。地铁电能消耗主要分为牵引能耗、车站耗能及包括商业、车辆段在内的其他能耗。而地铁通风空调系统作为能耗大户，其电力能源消耗可达到地铁总能耗的40%-60%。地铁空调系统能耗主要由环控用电和冷源用电组成，其中冷源的主要能耗来源为制冷机组、冷却塔与水泵，环控用电的主要能耗来源为风机。

2原因分析

2.1系统设备多、运行时间长

环控系统多、设備多，运行时间长。地铁通风空调系统包括大系统、小系统及冷源系统和隧道通风系统，涉及的设备主要有风机、风阀、冷源、空调末端、多联机、消声器六大类。在机电系统中，通风空调专业的设备最多，体量最大。为满足运营需要，为乘客及工作人员营造安全良好的空气环境，需对站内空气湿度、温度、洁净度、空气流速、压力等环境因素进行控制。成都地铁的通风空调系统不论是空调季还是非空调季都要参与模式联动运行，以小系统空调器为例，几乎全天24小时运行。大量设备的长时间运行造成系统能耗高。

2.2设计不合理、施工不规范

2.2.1为了通风空调系统环境设计参数达到要求，工程设计时的新风量、负荷、设备容量按地铁运行远期最大需求进行选择，并预留一定的设计余量。然而在设备实际运行过程中，所需空调负荷往往达不到最大负荷，甚至会小很多，存在“大马拉小车”现象。通风空调系统按设计容量长期运行，造成很大的能源浪费。部分设备选型远远超出实际需求，导致前期造价高，运营耗能高。

2.2.2设计阶段缺乏节能理念，一是采用习惯性的做法开展设计，直接采用老线的设计，只要能满足设计要求不考虑节能措施;二是未将节能方案联系实际，如某站采用冰蓄冷，想利用低谷段电价夜间蓄冷，达到节能目的，但市电并无峰谷电价，采用冰蓄冷不仅不能达到节约电费的目的，反而因系统庞杂、占地大，增加了维保难度和建设投入。

2.2.3施工不规范：环控系统是地下车站机电工程施工中体量最大（大体量风管、水管）、工序最复杂（原材料加工、安装、试压、调试）、施工难度最大的分项工程，一直处于机电工程建造施工的关键工期路径上。传统施工作业，特别是空调水系统管路施工作业，现场施工随机性大，难以保证设计理念的完整落实，节能目标实现困难。

2.3委外常更换，管理需提升

节能工作在线路开通时仅完成一半，节能效果评估是长期的过程，需要运营期在实践中不断完善。环控系统设备多，运行时间长，相应地设备故障就多，而地铁环控系统采用委外单位维保，因此委外维保水平及管理水平对设备运行尤为重要。另外委外单位进场和退场的交接期，管理有所松懈，一般会出现故障率增加、维保质量下降等现象。设备故障多、处理不及时、管理不规范都会造成资源的浪费，甚至影响地铁正常运营。

3节能措施建议

3.1设计及施工阶段

在设计阶段，结合既有线运营问题、技术改造的经验以及新线路的特点，在保证符合设计标准的前提下，合理进行节能设计。

比如设备合理布局，减小冷量输送距离以减小能耗，既能减少冷量输送距离，降低能耗，又能减少地铁空间，节省建造费用;采用BIM技术，精细化设计，既能实现管道更合理的布局，也能减少施工不规范，布管乱的情况;对节能的方案、设备选型从实际使用出发，综合考虑设备耗能及维保难度。

一旦施工完成，后期改造难度大，甚至可能影响运营，耗能大无可避免。设计及施工阶段直接影响到环控系统长期运行，因此在设计阶段就应充分考虑和贯彻节能理念。

3.2维保管理阶段

空调节能是一项贯穿地铁建设-运营全生命周期的工作。在运营阶段，最主要是保证设备正常运行。

1）委外过渡期管理难度增大，需要重点卡控委外单位人员的巡检、维保计划、施工作业的落实情况，督促委外单位及时掌握换件情况和现场设备情况。

2）加强人员技能培训，定期开展核心技能培训、典型故障总结学习交流会等。并开展委外人员能力测试、实操演练，提高现场问题处理能力，减少故障率。

3）依照空调季、非空调季设备运行时间规律及运行特性，总结设备运行规律：夏季高温高湿条件下，板卡容易发生故障、电路易短路、凝露易引起配电箱起火冒烟。空调季结束后的停机到下一次空调季的再次开机，其400V馈线、接线端子等易虚接致通电情况下电流增加、温度升高。屏蔽门玻璃会因站台内外温差大而破裂。对于规律性的故障，要做好提前预防，及早处理隐患，避免被动。

4）空调能耗受多种因素影响，包括地域气候、天气、客流、车流、舒适性标准、运行控制、设备类型、维护状态等等，很多因素实时变化，无法复现，不能进行直接、客观的单变量评估。前期的路线并没有对环控系统精确的电度计量，在管理上无法做到精细控制。还需依照实际的管理需求，建立可评价的能耗指标。设置相应分级评定标准，完成对能耗的目标管理。

5）积极采用新技术、新设备。随着技术的发展，一些新设备不仅能提高设备稳定性，并且可以做到减少用电量、减少维保人力等，对新技术可以在论证其合理性后试点推广。

3.3隧道通风系统

根据隧道通风系统的能耗特点，该系统的负荷变化只与隧道内温度变化有关，因此其有效节能措施较少，需从设计及运行模式入手。主要措施如下：

1）隧道通风系统采用的设备均为较大功率的设备，在运营初期，区间隧道内温度较低时，可适当限制隧道风机的开启，随着运营时间的累积，可通过运行模式的控制，尽可能减少隧道通风系统设备的开启时间，合理安排通风换气的次数，同时，针对较长隧道区间设置中间风井，以风井为界分段设计运行模式，按需开启，提高单个设备的开启效果，从而减少能源的浪费。

2）在设计之初，应积极协调建筑专业，优化风道、风井或机房位置，尽可能保证风路通畅，协调减少土建直角弯，最大限度减少结构带来的设备能耗加大的情况。

总结

目前地铁环控系统虽然采用了一些节能方案，如采用变频技术、模式控制等，并且选用了一流的空调设备和控制器，但还有较大的节能潜力。环控系统节能应体现在地铁设计、施工和运营的各个阶段，在技术层面和管理层面都有改进的空间。本文所提出的节能建议减少能源损耗的同时还可以减少成本的投入，为能源节约起到更好的效果。

参考文献：

[1]李国庆.城市轨道交通通风空调系统的现状及发展趋势[J].暖通空调，2019，41（6）：1-6.

[2]程远维.地铁通风空调系统设计及节能研究[J].建材与装饰.2018（40）：274-275.