地铁设备用房发热量测试及空调通风系统设计

地铁设备用房发热量测试及空调通风系统设计

付艳超

广东省重工建筑设计院有限公司 广东省 510700

摘要：地铁交通已成为城市人民的主要交通工具之一，完全贴近人民生活，地铁车站内设备安装工程的施工质量也成了人民群众关心的重点之一。机电设备安装工程中的通风空调工程施工质量，直接影响到车站设备的安全运行和正式运营后乘客的舒适性。合理的控制策略是减少系统运行能耗的有效方式。

关键词：地铁设备用房；空调通风

引言

目前，地铁交通强电设备用房的通风空调系统采用通风与多联机系统相结合的方案。通风系统要比多联机系统运行能耗低，但是当室外温度较高时，通风系统无法排除室内余热，此时必须启动多联机系统。提高切换温度，可以减少多联机系统运行时间和全年运行能耗，但同时将导致通风系统的设计温差降低，增加通风量和风机功率，从全年运行考虑，这将增加通风系统的全年能耗。

1通风空调节能系统架构及功能

1.1系统架构

通风空调节能系统主要包括节能智能控制模块和节能优化决策模块，节能智能控制模块部署在BAS冗余PLC中，由空调水系统的变流量智能控制模块、风系统的变风量智能控制模块、车站轨行区排热风机智能控制模块构成；节能优化决策模块部署在实时数据服务器上，由COP主动寻优模块和负荷预测预判模块构成。变流量智能控制模块、变风量智能控制模块具有相对独立的运行特性，分别接收空调水系统、车站风系统和轨行区排热系统的实时数据，并根据内置的节能控制算法，制定最佳系统控制策略，同时接收节能优化决策模块的计算参数，优化各模块的控制参数；节能优化控制记录及相关统计分析数据由BAS主体系统上传到综合监控系统。节能智能运算单元的被控对象（风系统、空调水系统）的运行状态监控及节能调节记录等历史数据存储功能由综合监控系统统一实现。

1.2系统功能

1.2.1COP主动寻优模块

主动寻优模块是将系统的运行数据进行存储，利用大数据分析，结合主动寻优算法，计算出系统的最佳工况点；将历史数据类似工况下的设备运行参数导入控制系统，优化控制参数，并不断自动修正。主动寻优可以使整个通风空调系统能耗最低。

1.2.2负荷预测预判模块

利用大数据对行车间隔、客流量、温湿度变化情况等数据进行存储，分析各因素对负荷变化的影响，结合行车计划、客流高峰、温湿度变化等数据，预测预判站内冷量需求情况，提出设备优化控制方案。

1.2.3变流量智能控制模块

（1）关联控制功能：根据实际需要制定关联计划，来指定受控设备之间的关联关系，并按要求来启动/停止相关的设备组合，操作简便。（2）泵组优选功能：在并联冷冻水泵系统中，系统能够实时计算当前负荷所需的冷冻水流量，推算出运行的并联水泵台数及工作频率，在该状态下泵组消耗的总能耗最低，实现泵组电量总消耗最低的控制目标。（3）冷水机组群控功能：在多台冷水机组并联运行时，系统可以根据实际的运行情况和负荷变化，智能选择空调冷水机组运行台数，实现系统最佳运行组合，确保空调系统的高效运行；同时，可以根据车站空调使用习惯，制定机组启停计划，满足控制需求。（4）动态水力平衡控制：能够通过对空调系统的水力分配加以干预，使每个空调环路都能够获得需要的冷冻水流量，实现中央空调管网的水力动态检测和自动调节，实现对空调系统水力平衡的有效控制，确保各支路的能量分配均衡和良好的制冷效果。

1.2.4变风量智能控制模块

（1）定时控制策略：根据实际需要制订定时启停计划，达到计划时间则自动启动或停止控制策略中指定的设备。（2）计划目标值表控制：根据需要在不同时间段配置不同的目标值，也可以根据地铁车站在不同时段的客流量分布情况，设置不同的控制目标值。（3）新风换气功能：系统通过实时监测的公共区CO₂浓度，并综合考虑风机的转速、历史CO2浓度变化趋势，确定新风的需求量，定时进行新风量的补给。（4）系统保护功能：系统能通过对车站通风系统设备各种运行参数的检测，提供完善的安全保护功能，确保设备运行安全、可靠、稳定，包括但不限于以下保护功能：CO2浓度过高保护功能、回风（区域）高温保护功能、送风高温保护功能等。

2地铁设备用房发热量测试

2.1测试基本方案

测试前房间内空调、通风系统正常运行，房间温湿度参数在设计参数范围内，测试时，暂停室内空调、通风系统，测量房间温升速率，计算房间设备发热量。测试分夏季和冬季两次进行，房间内和其毗邻区域均设置温度自记仪，通过连续记录数据分析室内升温情况，进而推算室内设备放热速率，以此进一步分析冬季通风系统及夏季空调系统设置问题。测试分冬夏两次进行，冬季关闭房间通风管路，夏季关闭房间空调管路。

2.2测试数据整理结果

受篇幅限制，略去热平衡计算过程，仅仅根据计算结果得出下列结果。（1）夏季测试开始于25℃，终止于32℃（由于运营方不允许短期内房间内温度超过32℃，实测时温度到达32℃时测试必须结束）；冬季测试开始于20℃，终止于28℃。（2）通风空调系统突然关闭后，房间温度开始上升，设备发热量绝大部分用于加热房间围护结构，而用于加热吊顶和防静电地板、热房间内的空气以及房间外围护导热量也都相对较小，因此设备发热量主要用来加热房间外围护结构本身，让其升温。（3）从房间温升曲线近似y=x直线，这印证了房间热量用于加热围护结构和综合传热，均为线性关系。（4）从冬季和夏季房间温升曲线。可以计算出设备散热量，冬季散热量为19.5kW，夏季的散热量为18.6kW，两者的散热量差别不大，说明设备散热量比较固定，与房间环境关系不大。（5）设计阶段专业提资热量为35.0kW，与实测值相差甚远。（6）从曲线上看，夏季从25℃升温至32℃需要121min，冬季从20℃升温至28℃需要172min。冬季需要的时间远比夏季长，这是冬季房间与周围环境温差较大的缘故，有利于房间散热。

2.3空调、通风系统设置

（1）通风系统。从实测数据来看，冬季通风系统排热量只有19.5kW，相比设计阶段专业提资的35.0kW，冬季通风量只需要设计风量的55.7%，其余房间如果情况类似，则整个通风系统设计风量可以大幅度减小，这和目前冬季通风从未出现过房间温度超高甚至系统不需要开启的现状相符合，同时也说明通风系统设计风量富余量过大。（2）空调系统。同样从实测数据来看，夏季空调系统排热量只有18.6kW，相比设计阶段排热量35kW，夏季空调风量只需要设计风量的53.1%，其余房间如果情况类似，则整个空调系统设计风量可以大幅度减小，这和夏季空调房间有些温度过低的现状相符合，同时也说明空调系统设计风量富余量较大。顺便指出，夏季少数空调房间很热，是系统风量平衡不利因素造成的，并不能说明设备散热量很大。

3设备和管理用房空调系统设计方案

(1)弱电设备房间:如通信、信号、AFC、站台门、综合监控等设备房间室内设计最高温度为27℃，此类房间划为同一系统。设置多联机空调+机械通风系统。夏季采用多联机空调系统进行降温，冬季以及过渡季节采用机械通风系统进行降温，机械通风系统的送、排风机选用变频风机。(2)变电所设备房间:如高压开关柜室、动力变压器室、牵引变压器室等内设计最高温度为36℃，此类房间划为同一系统。降压变电所车站采用机械送、排风系统降温;混合变电所车站设置多联机空调+机械通风系统，夏季采用多联机空调系统进行降温，冬季以及过渡季节采用机械通风系统进行降温。降压变电所、混合变电所的通风系统风机均变频运行。(3)人员房间:车控室、票务室、更衣室等房间设置机械送风、自然排风+多联机空调系统。送风量按换气次数与人员最小新风计算，取其最大值。多联式空调系统选用冷暖型，夏季制冷、冬季供暖。(4)产生异味的房间:厕所、污水泵房、清扫工具间等设置独立的机械排风系统，补风通过在门上设置百叶自然补风。(5)环控小系统机房设置机械送、排风系统。(6)其他房间:气瓶间、消防泵房、储藏室、通讯电缆间等房间设机械排风、自然进风系统。

结束语

通风空调系统为车站公共区域提供服务，直接影响乘客的出行体验。设备管理用房空调系统采用多联机空调系统方案，并根据各房间使用功能以及工艺要求划分为不同的系统形式。为下序专业设计提供准确的发热量下序资料，为工程节约投资和节能运行做出贡献。

参考文献

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