地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗測試與分析

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【摘 要】 對南京某地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的空氣溫濕度、空調(diào)水進出口溫度、風(fēng)量、空調(diào)水的流量進行測試與分析，提出了減少地鐵通風(fēng)空調(diào)能耗的可行方案。通過對改進后地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗測試和對空調(diào)區(qū)溫濕度及 CO2濃度進行監(jiān)測。結(jié)果表明，在滿足地鐵通風(fēng)空調(diào)要求情況下，地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗明顯減少，為南京地鐵其它各站通風(fēng)空調(diào)節(jié)能提供一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】 大系統(tǒng)；風(fēng)機頻率；CO2濃度；空調(diào)能耗；測試與分析   0 引言      一號線南京站位于鐵路南京站下，為地下二層島式車站[1,2]。該站運營五年來，發(fā)現(xiàn)部分空調(diào)房間冷量不夠，風(fēng)量分配不能滿足使用要求導(dǎo)致室內(nèi)悶熱、設(shè)備容易受損，尤其是部分設(shè)備用房，如信號設(shè)備室、票務(wù)室等存在結(jié)露、滴水等現(xiàn)象。另一方面空調(diào)能耗大，因此有必要對南京站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)送回風(fēng)量、溫濕度，空調(diào)水系統(tǒng)的流量分配、進出口溫度進行測試，找出原因所在。       地鐵站通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)主要保障站廳和站臺等公共區(qū)內(nèi)的空氣環(huán)境，能否達到預(yù)期的運營狀態(tài)，取決于系統(tǒng)風(fēng)量、冷量及其在各系統(tǒng)的分配[3,4]。本文還對地鐵站空調(diào)大系統(tǒng)的風(fēng)量、送回風(fēng)狀態(tài)、站臺和站廳溫濕度、公共區(qū) CO2濃度進行檢測[5]，并進行分析對比，提出改進的通風(fēng)空調(diào)運行模式。   1.1 空調(diào)系統(tǒng)中的熱平衡       在空調(diào)系統(tǒng)中存在著下面兩個熱平衡：      （1）冷機部分      冷卻水帶走的熱量=冷凍水放熱量＋冷機產(chǎn)熱量      （2）空調(diào)箱部分       表冷器前后空氣放熱量=表冷器冷凍水吸熱量 1.2 測量思路       通過測試冷凍水總管的進出口溫度和冷凍水總流量得到冷機的總冷量，再除以冷機的電功率得到冷機的 COP。還可以通過測量冷卻水總管的流量和冷卻水進出口溫度得到冷卻水帶走的熱量，從而驗證所測得的數(shù)據(jù)是否正確。       空調(diào)箱部分，可以測量表冷器前后空氣的焓值以及風(fēng)量得到送到站廳站臺內(nèi)的冷量，同時可以通過測量進出表冷器冷凍水的流量和溫差進行驗證。   2 測試內(nèi)容 2.1 制冷機組測試       制冷機組測試包括冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)，需測試的參數(shù)有：       （1）冷機冷凍水進出口溫度、流量；       （2）冷機冷卻水進出口溫度、流量；       （3）制冷機組用電量。       制冷機組產(chǎn)冷量，等于冷凍水送、回水能量的變化。機組冷量可按式（1）計算：          式中：Qs為冷水機組冷量，kW；Ls為冷凍水流量，m3/h；ρs為水的密度，計算時取 1000kg/m3；cps為水的比熱容，計算時可取 4.191kJ/(kg•℃)；th為回水溫度，℃；ts為送水溫度，℃。       冷水管道送、回水溫度可由溫度儀表直接讀取。流量采用超聲波流量計測取。 2.2 空調(diào)機組測試      空調(diào)機組需測試的參數(shù)有：       （1）冷凍水進出口溫度、流量；       （2）進出口空氣溫濕度、風(fēng)速和斷面尺寸。      空調(diào)機組的冷量，可按空氣側(cè)或冷凍水側(cè)測量與計算，空氣放出的熱量按（2）式計算：         式中：Q 為空調(diào)機組冷量，kW；L 為空調(diào)風(fēng)量，m3/s；ρ 為空氣密度，計算時取 1.2kg/m3； i為空氣焓差，kJ/kg。 2.3 空調(diào)房間冷量測試       測量系統(tǒng)送入各空調(diào)房間的冷量，需測試空調(diào)房間送、回風(fēng)量及狀態(tài)。計算出濕空氣的焓值后，利用公式（3）計算送入室內(nèi)的冷量：         式中：F 為送入房間冷量，kW；L 為送風(fēng)量，m3/h；ρ 為空氣密度，計算時取 1.2kg/m3；h 為熱空氣焓值，kJ/kg。   3 測試結(jié)果與分析 3.1 大系統(tǒng)風(fēng)機風(fēng)量測試       對于站廳、站臺這樣的公共區(qū)，人員數(shù)量變化幅度大，必須采用變風(fēng)量調(diào)節(jié)，以保證人員高峰時的衛(wèi)生需求以及人員低谷時的節(jié)能需要。圖 1 示意了電機變頻調(diào)速方法的節(jié)能性。如采用自動閥門調(diào)節(jié)，通過改變管網(wǎng)阻抗而改變管網(wǎng)的壓力—流量曲線（X1→X2）。采用變頻調(diào)節(jié)，改變風(fēng)機的性能曲線（n1→n2），使得風(fēng)機能真正在風(fēng)量小、壓力也小的狀態(tài)下工作，其節(jié)能效果是明顯的[6,7]。           根據(jù)風(fēng)機的性能曲線，結(jié)合地鐵車站客流量的變化，在不同的時候選定合適的風(fēng)機頻率進行工作，以節(jié)省能量[8]。 3.2 CO2      濃度測試結(jié)果監(jiān)測點選取在人員密度較大的站臺層。監(jiān)測點CO2濃度變化見圖 2。          測點 CO2濃度受到周圍人員密度、列車活塞風(fēng)等諸多條件的綜合影響。圖 2 中，濃度值呈現(xiàn)上下的不斷波動，是因為受到活塞風(fēng)的影響。波動的頻率正好等于列車的發(fā)車頻率。監(jiān)測點日最高 CO2濃度 739ppm，最低 551ppm，平均值 619.3ppm，符合規(guī)范要求的限值 1500ppm?？芍摰罔F站空調(diào)大系統(tǒng)通風(fēng)效果較好，公共區(qū) CO2濃度在要求范圍內(nèi)，車站內(nèi)空氣品質(zhì)良好。 3.3 空調(diào)機組冷量測試       測得表冷器前后空氣的溫度和濕度，根據(jù)下面公式即可算出空氣的焓，當 t=0~200℃時：         式 中 ： c8=-5800.2206 ， c9=1.3914993 ，c10=-0.04860239 ， c11=0.41764768×10-4，c12=-0.14452093×10-7，c13=6.5459673。 其中，Pq.b為空氣在相應(yīng)溫度下的飽和水蒸氣分壓力。再根據(jù)式（5），求得空氣的含濕量。代入式（6），得到空氣的焓值?？照{(diào)機組內(nèi)表冷器冷凍水溫差測試結(jié)果見圖 3，表冷器前后濕空氣焓差見圖 4。           將測到的經(jīng)過表冷器的冷凍水和空氣流量分別按式（1）、式（2）計算，得到空調(diào)機組內(nèi)表冷器的熱平衡關(guān)系，測試結(jié)果見圖 5。由圖 5 可知，經(jīng)過表冷器濕空氣放出的熱量基本等于經(jīng)過表冷器冷凍水吸收的熱量，說明測試誤差在可控范圍內(nèi)，同時與空調(diào)機組的銘牌標注冷量也是相符的，說明地鐵站臺節(jié)能重點不是在空調(diào)機組本身，應(yīng)該是在空調(diào)系統(tǒng)運行模式。     4 通風(fēng)空調(diào)模式調(diào)整 4.1 原通風(fēng)空調(diào)運行模式       有夜間通風(fēng)：全年 4:00～5:00 夜間通風(fēng)；活塞風(fēng)道：夏季閉式，過渡季、冬季開式；空調(diào)機組為小新風(fēng)通風(fēng)；迂回風(fēng)道全年開啟；車站送排風(fēng)形式：夏季空調(diào)，過渡季和冬季開活塞風(fēng)道，早晚高峰開車站風(fēng)機機械通風(fēng)；站臺溫度設(shè)定為 28℃。6 至 9月份空調(diào)季，12 月、1 月和 2 月為冬季，其它為過渡季。 4.2 調(diào)整后通風(fēng)空調(diào)運行模式       無夜間通風(fēng)；活塞風(fēng)道：夏季閉式，過渡季、冬季開式；空調(diào)機組：初期和近期有小新風(fēng)，遠期無新風(fēng)；迂回風(fēng)道：在初期和近期，空調(diào)季開，過渡季和冬季關(guān)，在遠期，全年開迂回風(fēng)道；車站送排風(fēng)形式：夏季空調(diào)，過渡季和冬季開活塞風(fēng)道，早晚高峰開車站風(fēng)機機械通風(fēng)，開風(fēng)機形式可靈活均衡使用；站臺溫度：設(shè)定為 28℃。5至 10 月份空調(diào)季，12 月、1 月和 2 月為冬季，其它為過渡季。       該站地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)整后，合理的控制風(fēng)機的啟停，減少能耗，同時延長開啟空調(diào)的時間，更符合南京氣候變化的特點，使該地鐵站空氣環(huán)境得到更可靠的保障，2008 年 8 月調(diào)整通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式后，模式調(diào)整前后實際總用電量對比見表 1。從表 1 可以看出節(jié)能效率達 23.15%。     5 結(jié)論       通過對該地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)測試、改進地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式、長期的通風(fēng)空調(diào)能耗監(jiān)測，結(jié)果表明：       （1）地鐵通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)通過風(fēng)機變頻，在客流量小的情況下低頻運行，能保證公共區(qū)的換氣次數(shù)要求，經(jīng)濟而有效。       （2）公共區(qū)內(nèi) CO2濃度受客流量影響較大，上班高峰期時 CO2濃度將明顯高于其它時刻。但高峰時 CO2濃度仍沒有超過規(guī)范要求的上限，空氣品質(zhì)良好。       （3）地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式的改變，對環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能最為可觀，經(jīng)過兩年多對比，通風(fēng)空調(diào)用電量減少 23.15%，這對其它地鐵站具有一定的指導(dǎo)意義。