地铁通风空调系统变频技术方案探讨

【摘要】随着国民经济迅猛发展，城市也进入了蓬勃发展的时期。城市的健康发展直接导致了城市人口的剧增。为了缓解人们的出行压力，地铁在城市中的普及也将成为不可逆转的趋势。但是地铁的普及不能仅仅停留在分担城市客运量、速度快和安全准点等的方面，舒适度是地铁发展中最为关键的环节。因为只有舒适的环境，才能够迅速得到广大市民的欢迎，随之才可以带来巨大的经济和社会效益。要实现这些的前提是地铁要有良好的空调通风系统。

【关键字】城市发展;环境;通风系统

引言：地铁通风空调系统占据了整个地铁能耗的很大一部分，通风空调系统的节能有着十分重要的意义。在地铁通风空调系统中，变频技术的应用最为广泛。变频技术主要是通过变频器随着环境状况改变电器功率，从而达到节能的目的。本文章主要是对地铁通风空调系统变频技术方案进行分析，主要从各个子系统采用变频技术的必要性分析、节能效果的评价和变频系统运行可靠性分析三个方面进行探讨，进而提出排热风机和大系统风机变频技术的方案。

一、各个子系统采用变频技术的必要性分析

目前，大多数国内地铁站通风空调系统是定流量系统，这种系统的好处是简便，但是它不能根据客流量和气候温度的变化调节能量的功能，不能实现节能的目的。从实际情况来看，地铁车站通风空调系统要求的风量不是恒定不变的，而是要求随着客流量的变化和不同时段的环境变化有着不同的供能状况，而这些的实现是要求一定的技术含量的，变频技术就可以根据客流量和环境温度的变化调节空调的功率从而达到节能的效果。

随着地铁的快速发展，变频技术已经成为了各个设计单位和业主们通过其降低地铁通风空调系统能耗的共同选择。变频设备主要分为两种，第一种是隧道通风系统中的拍热风机变频，主要采用分时段控制，第二种是拍热风和大系统中回排风机、组合空调器的变频，主要采用实时控制。

成功的地铁通风系统变频技术的方案，首先要解决的问题是各个子系统采用变频技术的必要性，下面将要从地铁通风空调系统的各个子系统采用变频技术的必要性进行分析。

(1)隧道通风系统。它包括区间隧道通风系统和车行区排热系统两个子系统。区间隧道通风系统运行时间短、负荷稳定，它的主要任务是早晚隧道机械通风、事故通风，没有必要采取变频技术。车行区排热系统在地铁运营过程中需要长期运行，消耗庞大的能量，所以排热风机很有必要采用变频技术。

(2)车站通风空调系统包括公共区通风空调系统、设备管理用房通风空调系统、冷冻水和冷却水系统。公共区通风空调系统需要全年运行，使用时间很长。车站冷负荷和空调系统风量是按照长期早晚高峰客流量运营条件来计算的，并依赖这个计算结果进行车站制冷、空调和通风设备的造型设计，所选设备的容量远远大于初期的车站负荷，很有必要采用变频技术进行调节。变频技术可以使空调风量与车站逐时负荷的变化规律相一致，不但可以满足车站公共区空调的要求而且可以达到更好的节能效果。变频技术也可以使通风量根据车站客流量的变化进行实时调节，达到最大限度节约能源的目的。应该注意的是最小通风量的设定值应满足车站换气次数的卫生要求和气流组织的要求。

(3)设备管理房间，通风空调系统能耗小，如果采用变频技术，会使系统的控制变的复杂、成本增加和末端占用空间大等问题，没有必要采用变频技术。

(4)水系统运行时间短，它的冷水组机部分能够根据负荷变化调节输入功率，更重要的是如果空调系统于水系统同时采用变频技术，还存在水系统和风系统之间复杂的逻辑控制关系。由于目前缺乏变频系统运行经验，水系统还不能采用变频技术。

二、节能效果的评价

(1)车行区排热系统节能效果评价。列车的运行的对数直接影响区间隧道内温度，热排风机的造型决定于列车每小时运行的对数，主要用于排除列车产生的热量。不过热排风机的造型不仅要考虑远期高峰时段列车运行对数，还要考虑远期平、低峰时段列车每小时运行对数和初、近期不同时段列车每小时运行时的对数。综合考虑列车对数对区间隧道温度和热排风机造型的影响，以不同的列车对数作为不同的基本条件做模拟可以得到，热排风采用变频技术可以节能约65%，每年可以节约几十万运行费用。

(2)车站通风空调系统节能效果评价。变频技术应用于车站通风系统中，可以节约大约40%的能量。不过初期投资会略高于定频系统，但是运行费用较低。初、近期客流负荷小，节能效果更加明显，所以在运行几年之内完全可以收回加装变频器所增加的初期投资，在以后创造更大的经济利益。

三、变频系统运行可靠性分析

(1)热排热风机变频的可靠性分析。热排风机变频的可靠性主要与控制模式和风机的选择有关。①控制模式的选择。排热风机时段性强，其负荷主要与运行对数有关，所以采用分段控制模式。由于活塞风的影响，隧道内扰动大，检测到的温度和风机运行温度极不稳定，如果采用根据隧道温度实时控制的模式，可靠性无法保障。可能会有人提出通过降低控制系统的敏感度来解决这个问题，但是会带来一些新的问题，像敏感度降低到多少才算是最合适的和降价敏感度后的节能性和分时段控制相比还是否有优势?所以，在没有更多可靠和稳定的测量数据的状况下，采用可靠性高的分时段控制非常合理。②风机选择。风机的实际工作点是其特性曲线和管路特性曲线的交点，在选择风机时应注意在我们设定的频率范围内风机都有稳定的工作点用来避免风机出现喘振等不稳定现象，还应时刻注意电动机是否过载，噪音是否超标等。

(2)公共区通风空调系统可靠性分析。与热排风机相同，公共区通风空调系统的可靠性也是与其控制模式和风机的选择有关。①控制模式的选择。可选择的控制模式有：由BAS系统根据回风温湿度传感器检测到的温度值与设置好的温度值进行比较，如有偏差进行调节，发出相关控制要求给变频器进行变频变风量运行。此种方法节能效果明显，但是控制复杂，系统不易保持稳定运行，实施难度很大;依据负荷变化的规律，手动设定变频器的频率，分时段控制风机转速。这种控制模式逻辑关系简单，易于实施，但是偏离负荷变化的实际情况，不能很有效的发挥变频节能优势和及时应对突发客流使负荷的突然增加。以上两种模式并不矛盾，同时采用时，可使系统通知更灵活，也不必增加设备投资。所以推荐采用两种控制模式的组合控制策略。②风机的选择。在选择风机时应注意设定的频率范围内风机都有稳定的工作点。

结论：

从以上的分析可知，地铁通风空调系统能耗巨大，很有必要通过采取变频技术来达到节能的目的;地铁通风空调系统中排热风机和大系统风机都应该采用变频技术，而且排热风机变频应该采用分时段控制，大系统风机变频应采取组合控制，还应该注意风机的工作点，保证运行安全和可靠性。总而言之，地铁是个庞大而又复杂的工程，它与民用建筑有着很多的不同，在地铁施工和维护中必须本着认真、负责、谨慎的态度，相信随着国民经济的发展和国民建筑水平的提高，通风空调专业将会更加广泛的为人们服务。

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