轨道交通车站空调水系统节能实践及发展探讨

上海申通地铁集团有限公司技术中心2轨道交通总用电量中牵引用电约占50～60%，车站及区间动力照用电约占40～50%。一、

概 述牵 引 系 统 节 能车站、基地照明系统节能地下车站空调系统节能车站自动扶梯节

能再 生 能 源 利 用一、

概 述4对于地下车站，其通风空调系统的能耗约占整个车站总用电量的50～60

，通风空调设备能耗在运营成本中占有很大的比重。一、

概

述5地下车站通风空调系统：风系统：组合式空调箱、回排风机、排热风机、全新风机、小新风机及相应风道和各种风阀组成；水系统：冷水机组、冷冻泵、冷却泵、冷却塔等设备的总耗电量非常大，空调水系统的耗电量约占整个车站通风空调系统耗电量的50%～60%。二、地下车站空调水系统节能6空调水系统组成：由制冷循环系统、冷却水循环系统、冷冻水循环系统组成。二、地下车站空调水系统节能7主要节能技术措施：采用高效率的冷水机组合理选择冷水机组功率空调参数的合理选择优化空调水系统管路，减少水系统阻力变频调速控制技术的应用优化空调水系统的结构二、地下车站空调水系统节能1、空调水系统变流量模糊控制节能技术应用车站空调通风系统变频节能技术；车站空调“水系统变流量智能控制”节能技术；车站空调“风-水联动智能控制”节能技术；10水泵变频调速通过对水泵转速调节，可使其流量、扬程及消耗的功率作出相应变化。流量W与转速n成正比关系：W1

W2 = n1

n2压力h与转速n2成正比关系：h1

h2 = ( n1

n2)2功率N与转速n3成正比关系：N1

N2 = ( n1

n2

)31、空调水系统变流量模糊控制节能技术应用空调水系统节能技术在运营车站的推广应用。1、空调水系统变流量模糊控制节能技术应用对于空调季节，在风变频/水变频、风变频/水工频、风工频/水变频三种控制模式中，风变频/水变频模式的控制效果最好、系统节能率最高，节能率可达到30%以上。1、空调水系统变流量模糊控制节能技术应用利用臭氧、紫外及/或过氧化氢与水作用，形成O3、O·、OH· 等天然强氧化性物质，使水中有机物、微生物发生分解、断裂，并以强大的杀生(biocide)作用破坏水垢赖以附着管壁的生物膜，杀灭细菌、藻类、消除生物粘泥。生物粘泥是引起结垢、腐蚀的根本原因，是循环冷却水处理的关键所在。2、AOP—高级氧化法水处理新技术垢厚（毫米）能耗增加（）0.1525.30.30510.80.61021.50.86432.21.2243.0增加1mm的垢厚，将增加40的能耗。垢厚和能耗、污垢热阻三者的关系节能——阻止结垢，脱落陈垢，大幅提高热交换效率，显著节电：2、AOP—高级氧化法水处理新技术AOP成套设备高级氧化在线监测自动排水自动控制故障诊断短信查询报警高级氧化（AOP）技术应用于工业企业生产过程的冷冻机、空压空分、烧钝炉等热交换设备、办公商务楼宇及公共场所中央空调大量使用的循环冷却水处理中，在解决传统化学处理法存在的问题的同时实现了循环冷却水处理节能、节水、减排、保障公共卫生的创新性突破。2、AOP—高级氧化法水处理新技术化学药剂处理未经处理

AOP处理冷却水浓缩倍数由3提高至8-10，利用工艺废弃水——RO浓水实现中水回用，全年平均节水70％左右。优化冷却水水质——良好的浊度（1-5NTU），标准为<20NTUAOP技术处理后的水质标准比国家现行指标有大幅度提高，优于之前使用化学药剂法处理时的水质。AOP高级氧化水处理技术在运营车站的推广应用运行至今已有8年，免除每年开机前的化学酸洗、机械清洗等工作。地铁站点AOP处理前后冷冻机冷凝器垢层变化对比化学加药处理 AOP使用六个月索广映像公司应用案例AOP处理前换热器结垢严重AOP处理后三个月后陈垢脱除节能——阻止结垢，脱落陈垢，大幅提高热交换效率，显著节电；节水——浓缩倍数提高到8-10，能将生产工艺中的废弃水代替自来水，用作补充水，实现中水回用；防腐——形成致密氧化膜，有效防治点蚀，延长设备寿命；替代化学加药——彻底杜绝化学物排放；保障公共卫生——彻底杀灭军团菌等致病菌；自动运行，无需值守——在线监测，自动控制，GPRS数据传输。AOP新技术—系统的循环冷却水应用效果3、制冷机组现状蒸发器内（内壁）若有0.1mm厚的油膜或者堆积物，为了保持既定的低温要求，蒸发温度就要下降2.5℃左右，耗电将会相应增加11%左右。据美国供暖制冷与空调工程师协会1994年的研究报告说明，制冷暖通空调设备在使用后第一年其能效比会降低7%左右，第二年会降低5%，再往后每年会降低2%，使用10年以上的设备机组累积衰减会达到20%以上。上海轨道交通车站大多数制冷机组的运行时间现都已超过5年以上，制冷机组内循环系统换热效率下降，制冷机组的能效比已经出现衰退的现象。节能增效剂—工作原理节能增效剂—工作原理试点应用—测试数据分析江苏路站3.532.521.510.50能效比COP能效比COP改造前的测试数据改造后第二年的测试数据2012年7006005004003002001000功率制冷量改造前的测试数据改造后第二年的测试数据年份节能率制冷量（提高）2011年15.23%6.93%2012年18.53%19.05%试点应用—技术经济分析车站名称能效比（COP）平均提升率年节电量（kWh/年）预计年节约经济效益（万元/年）江苏路站15.23

%9.3万7.6世纪公园站10.88%4.5万3.7上海科技馆站10.02%5.8万4.7大连路站11.5%4.1万3.3杨树浦路站13.04%3.8万3节能效果及经济分析按年使用天数为150天，每日16小时计算。南京东路站原有风冷机组及水冷机组情况南京东路站水冷VRV室内外机组成情况耗电测试注：测试时室温都在

26±1℃

达到机房要求。多联机系统小系统1218kw/天2380kw/天解决了以下这些问题：采用多联机使需要冷负荷的区域（设备用房和管理用房）温度控制更稳定。节能的效果更明显。（白+夜的运行模式）市中心的外机放置位置和扰民的问题都迎刃而解。在安全消防的环节也都得到了解决，现在放置位置都有消防设施。由于地铁岛型站的特点也解决了因跨度过大而造成的效率损失的问题。水源外机的放置位置，比外机放置室外的损坏率大大降低（如风机、风扇变频模块和因在室外风吹雨淋的外加剂结构风化等）。问题的引出：13号线一期工程空调冷却水系统采用在每个地下车站地面设置冷却塔的方案。由于规划问题导致地面冷却塔设置困难，特别是主城区的车站。另外，地面冷却塔的环评问题（主要是噪声和飘水）也是困扰业主方和设计方的难题。武宁路站冷却塔大众河滨酒店较近，不仅影响城市景观和规划，而且会给四周环境带来噪声污染和卫生隐患。工作时冷却水由水泵送至冷凝管组上部喷嘴，均匀地喷淋在冷凝排管外表面，形成一层很薄的水膜，高温汽态制冷剂由冷凝排管组上部进入，被管外的冷却水吸收热量冷凝成液体从下部流出，吸收热量的水一部分蒸发为水蒸汽，其余落在下部集水盘内，供水泵循环使用，风机强迫空气以3-5m/s的速度掠过冷凝排管促使水膜蒸发，强化冷凝管外放热，并使吸热后的水滴在下落的进程中被空气冷却，蒸发的水蒸汽随从空气被风机排出，未被蒸发的水滴被挡水板阻挡落回水盘。地下设置蒸发冷凝式冷水机组将空调系统冷凝器与冷却塔合二为一蒸发式冷凝机组设置于地下，无须设置地面冷却塔，可以降低规划协调难度，避免了冷却塔噪声及漂水扰民的问题。存在问题：由于设置在地下，为排除热量，需增加2台大功率风机，运营能耗增加较多，在节能方面不具备优势。造成的潮湿环境对地下设备影响较大。上海轨道交通车站冷水机组主要以水冷螺杆式为主（部分车站为水冷离心式），其额定能效等级（COP）只能达到《冷水机组能效限定值及能源效率等级》GB19577-2004中的能效等级2级，部分开通年限较久的车站的冷水机组等效水平（COP）更低、能耗大，性能差。2012年国家发展改革委中咨公司在《在关于上海市轨道交通11号线北段（罗山路-迪士尼乐园）工程节能评估报告的审查意见》已明确提出高效节能设备要选用达到国家 1 级能效标准的产品。在后续上海轨道交通新建线路的节能评估报告中，也均将“冷水机组需达到《冷水机组能效限定值及能源效率等级》GB

19577-2004一级能效”作为主要的节能措施之一提出。41技术特点磁悬浮压缩机不需要使用润滑油。气流磨擦取代了机械摩擦，气流摩擦损失仅是机械摩擦损失的

2

。减少甚至消除了机械摩擦所产生的效率损失、震动和噪音等等问题。42技术特点更高的部分负荷效率磁悬浮冷水机组在部分负荷情况下COP值远远高于传统机组。43技术特点

更低的配电要求磁悬浮压缩机的传动效率较普通机组提高了10以上；普通离心机的功率因数多在0.8～0.85范围内，而磁悬浮机组功率因数达到了0.95，使机组对变压器的容量需求进一步减少。44技术特点

更佳的并联运行表现多台机组可以同时在部分负荷运行，达到1+1>2的效果。45技术特点

更小的占地面积磁悬浮满液机组采用