地铁环控系统节能-20121121

1、对地铁环控系统节能的认识对地铁环控系统节能的认识江亿江亿清华大学建筑节能研究中心清华大学建筑节能研究中心 2环控系统用能状况环控系统用能状况环控系统环控系统能耗现状能耗现状（不同气候区的差异）（不同气候区的差异） 北方地区：环控系统、牵引能耗分别占约1/3和1/2 南方地区：环控系统能耗占地铁总能耗50%左右 广州地铁：环控能耗约占60%，牵引能耗只占17%能耗水平的评价指标能耗水平的评价指标 单位客流能耗？单位建筑面积？开展环控系统节能的基础：开展环控系统节能的基础：能耗状况调查和能耗能耗状况调查和能耗指标确定指标确定 目前缺少关于地铁能耗的实测或统计数据李国庆. 城市轨道交通通风空调系统的

2、现状及发展趋势. 暖通空调, 2011, 41(6): 1-6李国庆, 张春生, 等. 城市轨道交通集成闭式通风空调系统.中国城市轨道交通新技术, 2007. 3环控系统用能分解环控系统用能分解是否应分出大系统和小系统，分别分析考核是否应分出大系统和小系统，分别分析考核 大系统：车站和隧道公共区环控（空调箱、风机风机） 小系统：车站设备用房环控（空调箱、风机风机）数据来源：数据来源：朱永赤, 郑晋丽, 居炜. 地铁空调通风系统能耗解析. 地下工程与隧道. 2007, (4): 30-33 风机、水泵等输配部件能耗比例高（80%） 冷机能耗比例20%上海某典型地铁站能耗比例 4降低环控系统能耗降

3、低环控系统能耗的的途径途径现有成果、途径现有成果、途径 地铁通风空调多功能设备集成系统 大系统与小系统设备、风道共用，节约用地 风机变频，不同阶段变风量运行 通风季节打开表冷器，降低阻力 空气-水系统（FCU+新风） 广州地铁江南西站已实际应用，年节省运行费70万 节省土建投资；分散控制，维护比单独AHU复杂 通风空调高度集成系统 北方寒冷地区（东北沈阳地铁）李国庆. 城市轨道交通通风空调系统的现状及发展趋势. 暖通空调, 2011, 41(6): 1-6王奕然, 等. 地铁通风空调集成系统与电动开启式表冷器.暖通空调, 2011, 41(6): 35-39祝岚, 等. 东北严寒地区地铁通风系

4、统方案优化研究.暖通空调, 2011, 41(6): 16-19 高波, 李先庭, 等. 地铁通风空调系统节能的新进展.暖通空调, 2011, 41(8): 21-26 5降低风机能耗的途径和潜力降低风机能耗的途径和潜力通风系统的主要目的通风系统的主要目的 实现足够的室内外空气交换，以保证地下环境空气质量（CO2） 在室外温度适当时，通过室内外通风换气，排除地下热量 通过空气循环，把冷机产生的冷量送到地下空间，把地下的余热转移到冷机通风方式与是否安装屏蔽门有关，有无屏蔽门对通风方式与是否安装屏蔽门有关，有无屏蔽门对通风流程完全不同通风流程完全不同 6对室内外有效换气量的要求对室内外有效换气量的

5、要求卫生健康指标：卫生健康指标：20m3/小时，小时， CO2 1500 ppm怎样保证恰当的室内外通风换气量？怎样保证恰当的室内外通风换气量？ 夏季、冬季车站的室内外通风换气量满足人员需求量，同时又要避免“过量通风换气”，导致夏季冷量损失和冬季地下过冷 东南部炎热潮湿地区：夏季室外风量不能太大 北方寒冷地区：冬季室外风量不能太大，否则地下过冷 其它地区：室外风量大一些问题不大 在过渡季，较大的室外风量有利于排热，但当室内外温差较小时，靠通风排热反而费能 7当不安装屏蔽门时通风系统的状况当不安装屏蔽门时通风系统的状况列车通过会造成隧道、车站空间、和室外之间巨列车通过会造成隧道、车站空间、和室外

6、之间巨大的空气交换大的空气交换这三者之间的空气交换量与具体的通风和卸压方这三者之间的空气交换量与具体的通风和卸压方式有关式有关需要根据气候带确定通风换气要求，根据通风换需要根据气候带确定通风换气要求，根据通风换气要求仔细研究论证，确定通风系统流程、设计气要求仔细研究论证，确定通风系统流程、设计参数和转换方式参数和转换方式 8不安装屏蔽门时列车风的作用不安装屏蔽门时列车风的作用车站空间车站空间出出入入口口出出入入口口 9不安装屏蔽门时列车风的作用不安装屏蔽门时列车风的作用空气流动存在惯性，一旦形成，并不能轻易改变空气流动存在惯性，一旦形成，并不能轻易改变只要运行时间间隔不大于只要运行时间间隔不大

7、于10分钟（？），基本上分钟（？），基本上可以维持一种固定的空气流动模式可以维持一种固定的空气流动模式合理的设计还可以充分利用热压作用来促成希望合理的设计还可以充分利用热压作用来促成希望的空气流动模式的空气流动模式 10不安装屏蔽门时的列车风利用不安装屏蔽门时的列车风利用大多情况下，列车风可以满足地下空间新风要求大多情况下，列车风可以满足地下空间新风要求 通风量与列车密度相关，但风量需求也与人数（也就是列车密度）相关 列车停运后是否也就不需要通风换气了？列车列车风大小与隧道结构设计有关（隧道断面与列风大小与隧道结构设计有关（隧道断面与列车断面比、隧道内卸压井设置等）车断面比、隧道内卸压井设置等

8、）车站两侧的卸压方式与调节车站两侧的卸压方式与调节必须充分注意各个气流通道的断面与阻力必须充分注意各个气流通道的断面与阻力 11不安装屏蔽门时的列车风利用不安装屏蔽门时的列车风利用基本原则：基本原则： 利用列车行走产生的负压使室外空气经过出入口进入车站空间，满足其通风换气要求 在隧道来流方向设置足够的卸压通道，把从进站方向隧道流来的气流通过卸压通道排走，尽可能不使其进入车站空间 通过调整卸压通道，使部分列车风通过卸压通道短路，减少室内外有效换气量 12不安装屏蔽门时，哪些热量作为负荷进入车站？不安装屏蔽门时，哪些热量作为负荷进入车站？列车运行中的发热量进入隧道，经过列车风排到列车运行中的发热量

9、进入隧道，经过列车风排到室外室外如果在站台处有从站台到隧道的稳定空气流动，如果在站台处有从站台到隧道的稳定空气流动，则列车停靠时发热也仅有很少部分进入车站则列车停靠时发热也仅有很少部分进入车站 为什么要在列车停靠处设大量排风？车站人员、照明、设备发热和从出入口进入的室车站人员、照明、设备发热和从出入口进入的室外新风构成空调的主要负荷外新风构成空调的主要负荷能否完全依靠列车风，不靠风机，解决地下空间能否完全依靠列车风，不靠风机，解决地下空间要求的室内外通风换气？要求的室内外通风换气？ 13车站设屏蔽门时的空气流动车站设屏蔽门时的空气流动阻断了隧道与车站间空气的连接，避免列车风和阻断了隧道与车站间

10、空气的连接，避免列车风和隧道内空气流动对车站的影响隧道内空气流动对车站的影响隧道内环境可以完全依赖列车活塞风实现排热？隧道内环境可以完全依赖列车活塞风实现排热？ 不应该采用车站列车停靠处的排风 铁三院：实测排风温度总低于室外温度车站内环境独立解决车站内环境独立解决 新风问题：目前完全靠新风系统，由机械通风解决 地下温度高于室外时，通过出入口的热压通风可否满足要求？ 夏季排热降温的手段？ 目前大多是依靠空气循环，车站空间的的全面换气由于不能充分利用列车活塞风，导致风机能耗高？由于不能充分利用列车活塞风，导致风机能耗高？ 14是否要采用屏蔽门？是否要采用屏蔽门？上海一期工程时对屏蔽门的讨论上海一期

11、工程时对屏蔽门的讨论国外地铁采用屏蔽门的状况国外地铁采用屏蔽门的状况 香港、新加波、欧洲个别项目、日本仅个别线路采用屏蔽门的好处采用屏蔽门的好处 防止隧道的空气进入车站，降低夏季负荷 减少隧道脏空气对车站的污染 改善乘客安全采用屏蔽门方式的代价采用屏蔽门方式的代价 车站通风不能再借助于列车活塞风仅仅从乘客安全考虑，可以有不同形式的从乘客安全考虑，可以有不同形式的“屏蔽门屏蔽门” 15不装屏蔽门时到底有多少隧道风进入车站？不装屏蔽门时到底有多少隧道风进入车站？1995年前后清华大学曾在北京地铁现场实验年前后清华大学曾在北京地铁现场实验实验结果和模拟计算结果都表明，当适当组织好实验结果和模拟计算结

12、果都表明，当适当组织好气流流动时，进入站台的隧道风仅为其总量的气流流动时，进入站台的隧道风仅为其总量的10%左右左右车站车站释放示踪气体位置进入车站的隧道风仅为隧道风总量的10%左右 16环环控系统的讨论控系统的讨论用什么媒介带走热量？用什么媒介带走热量？ 空气循环：1m3/h空气 温差10C 可带走12kJ热量 水循环：0.1m3/h水 温差5C 可带走2090kJ 输送能耗、占地：制冷剂循环水循环空气循环 末端方式节能关键：改变输送媒介，降低风机能耗小系统小系统（车站设备用房车站设备用房） 只设置通风时（变电所），随室外条件可变风量 需设置空调时，分散式末端（FCU、VRV） 输送空气改为

13、输送冷水或制冷剂 分散调节、分别控制，满足需求 17环控环控系统系统的的讨论讨论大系统大系统（车站公共区）（车站公共区） 为什么需要调节冷冻水流量？ 如果制冷机的冷量都通过两台空调箱送出，调节冷机制冷量既可目前常用的空调方式： 集中冷源，冷冻水循环，AHU 18环环控系统的讨论控系统的讨论采用直接蒸发式空调机采用直接蒸发式空调机 去掉了冷冻水系统，去掉了相应的水系统控制，节省机房面积和投资 冷凝机组可以安置在风机一侧，不占用专门机房 蒸发温度可以提高到10C，提高制冷 COP 调节方式： 根据送风温度调节冷机 根据大厅温度调节风机转速 一体化机组，便于管理 避免了冬季表冷器冻结蒸蒸发发器器冷凝

14、器冷凝器冷却水直接蒸发式空调机组直接蒸发式空调机组送到大厅已在北京9号线车站安装使用，节能40%（水泵，冷机） 19环控环控系统节能讨论系统节能讨论直接蒸发式空调机组直接蒸发式空调机组 技术难点：管路输送距离及大型蒸发器对压缩机回油的影响 应对措施A：精细设计回油，引射器辅助回油等手段 应对措施应对措施B：磁悬浮离心压缩机磁悬浮离心压缩机 冷量范围合适：100280RT（350kW1000kW ） 充分发挥磁悬浮离心压缩机不需要润滑油的特点，无回油问题 是未来最适宜的地铁空调机组方式张良焊, 等. 地铁直接蒸发式空调系统研发.暖通空调, 2011, 41(6): 40-42 相关设备研发相关设

15、备研发 20环环控系统的讨论控系统的讨论直接改为末端风机盘管，冷冻水循环？直接改为末端风机盘管，冷冻水循环？ 落地式风机盘管，配凝水排水管道 风机排管风机电耗远小于原来的循环风机电耗 通过改变风机盘管转速，实现末端局部调节 水侧可以不设局部的调节阀门，全部风盘均匀供水 对作为大系统的车站公共区，冷冻水路不需要控制 为了保证有效的除湿，应保证7C供水温度调节：调节： 冷冻机根据供水温度控制 冷冻水恒流量运行 广州地铁一个车站已采用这一方式，节省了大量初投资广州地铁一个车站已采用这一方式，节省了大量初投资 21环控环控系统的讨论系统的讨论进一步降低环控能耗的途径进一步降低环控能耗的途径 辐射末端方

16、式降低输送能耗 取消末端空气强制循环，以辐射、对流方式排热 合适的场合下可采用：大系统某些公共区域 难点：解决辐射供冷时的结露 新风单独处理，湿负荷的排除强化对流换热的金属辐射顶板 22温湿度独立控制温湿度独立控制新风量仅为总通风换气量的新风量仅为总通风换气量的10%20%，可单独处，可单独处理到低温、干燥状态，同时解决地下空间排湿理到低温、干燥状态，同时解决地下空间排湿地下的显热可以用高温冷水机解决，从而实现很地下的显热可以用高温冷水机解决，从而实现很高的高的COP（供水温度（供水温度16度）度）新风除湿处理可以有多种方式：溶液除湿、冷凝新风除湿处理可以有多种方式：溶液除湿、冷凝等等表表冷冷

17、器器蒸蒸发发器器冷凝器冷凝器16C21C27C14C，90%返回到高温冷水系统 23环控系统的讨论环控系统的讨论小系统的空调方式小系统的空调方式 承担办公室、配电间、计算机房等站内功能用房 特点：负荷变化规律与大系统不同，运行时间不同 建议 单独设置冷源，避免与大系统共用，导致大系统低负荷运行 采用水冷的VRV（多联机方式） 采用各个房间独立水冷冷机的水环热泵方式 新风单独供应（仅办公室等需要新风的房间）冷却水新风空调房间 24环控环控系统设计系统设计1.公共区室内温、湿度标准公共区室内温、湿度标准 站厅干球温度：30.0 相对湿度:45-65% 站台干球温度：28.0 相对湿度:45-65%2.区间隧道设计区间隧道设计参数参数区间区间允许最高干球允许最高干球温度温度 正常运行时区段温度 40.0 阻塞运行时区段温度 40.0 列车空调冷凝器附近 45.0盲目提高标准，降低空调温度将大幅度提高能耗盲目提高标准，降低空调温度将大幅度提高能耗按照标准运行调节，根据客流密度及天气变化调整按照标准运行调节，根据客流密度及天气变化调整冷机运行冷机运行GB50157-2003 地铁设计规范地铁设计规范 25对地铁环控节能工作的几点建议对地铁环控节能工作的几点建议 加强研究和现场测试工作，充分总结已有工程的加强研究和现场测