地铁空调负荷动态特性分析及系统优化
【摘 要】 通过对广州地铁某车站设备区的研究，分析全年逐时空调负荷计算和空调机组运行负荷的动态变化状况，得出地铁车站设备区空调实际负荷特性及机组冷冻水进、出水温差、设备区室内温度、室内焓值等各项性能参数的变化规律，并以此对地铁车站设备区通风空调负荷的常用工程设计及运行模式进行评估，对地铁设备区通风空调系统提出优化建议、改进措施以及可行和节能的系统运行方案。
【关键词】 逐时空调负荷；动态特性；地铁车站设备区；系统优化
0 引言
根据近年来地铁实际运营数据显示，地铁车站通风空调系统在地铁能耗达到 40％～50％[1]。本论文将在大量数据基础上对广州地铁某车站的设备区进行全年逐时空调负荷计算，通过计算结果与实际运行的数据进行分析比较，得出地铁车站设备区空调负荷特性，并以此对地铁车站设备区通风空调负荷的常用工程计算方法进行评估，提出优化建议和改进措施及可行的节能运行方案，为地铁车站设备区通风空调系统的节能设计提供数据，减低地铁车站设备区通风空调系统的能耗，达到环保节约、节能减排的效果。
1 地铁车站空调系统工程简介
本文所研究的车站是广州地铁某岛式站台型标准车站。车站设备管理用房区的通风空调和防排烟系统，简称小系统，主要为车站工作人员提供舒适的工作环境和为车站设备提供适宜的运行环境，分为车站控制室等主要管理用房、通信室等气体消防保护房间、卫生间等三部分。
2 车站设备区空调系统工程设计分析
2.1 广州地区气象参数变化特性
根据《广州典型气象（设计典型）年逐时报表》，广州气象参数变化特性可参见图 1。
2.2 空调冷负荷设计参数与设备区冷负荷组成
室外设计参数：广州市地铁空调室外计算干球温度按《地铁设计规范》[2]，空调室外计算湿球温度采取 26.9℃。室内设计参数：设计标准按远期夏季晚高峰运营条件计算站内空调负荷，按远期早高峰运营条件计算新风量。地铁车站空调为舒适性空调[3,4]，管理及设备用房室内设计参数：t=25～36℃，相对湿度 Φ 为 35～60％。设备区通风空调负荷结构见图 2[5]。
2.3 风系统与冷冻水系统
设备区风系统包括：柜式空调机、回/排风机、电动风阀、与空调相关的防火阀和防火排烟阀。车站控制管理室等第一类房间采用空气-水系统[6]。通信室等第二类房间采用全空气系统。卫生间等第三类房间采用全通风系统。
设备区的冷冻水系统分成南北两套，主要组成如下：冷水机组和外围水路（包括冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、电动水阀、分水器和集水器），均采用一次泵末端变流量系统。
3 设备区空调系统运行数据分析
本文抽取了地铁车站通风空调系统某年 8 月份的机组运行记录并对其进行详细的空调负荷特性分析。
3.1 空调机组形式
车站设备区空调系统空调机组采用两台柜式空调机组 AHU—B101 与 AHU—B201，送风量大于等于排烟量的 50%[7]。
3.2 室内平均温度 TN控制效果分析
车站设备区室内参数设计标准按远期夏季晚高峰运营条件计算站内空调负荷，按远期早高峰运营条件计算新风量。空调机组 AHU—B101 的温度传感器 T-301-401 设置在环控电控室内的回风口末端，以环控电控室内的回风温度作为整个系统所有房间的室内温度测量数据。温度传感器测点处“标准温度值 T”的计算方法：
T=a1·t站厅+a2·t站台（1）
其中：a1、a2为站厅和站台设计送（或回）风百分比；t站厅、t站台为站厅和站台空调设计温度。
根据温度传感器所测的“实际回风温度 t”与“标准温度 T”相比较，当 t 值相对与 T 发生差值时温度传感器对变频器发出信号对柜式空调机组、车站回排风机、空调新风机进行变频调节。
下面抽取 8 月份设备区 AHU—B101 空调系统运行过程中室内平均温度 TN的运行记录来分析该参数的变化规律，同时还选取了其中某一天的数据作分析，见图 3、图 4。
根据以上特性分析可看出，室内平均温度 TN整体基本保持在 24℃左右波动，波动范围在±0.5℃，比设计温度偏低。说明设备区空调系统调节控制装置对室温的设定参数较低，设定值不符合室内标准要求。另外室内实际冷负荷要低于设计冷负荷，空调系统基本处于低于设计负荷运行工况，空调柜机供冷（水）量大于需冷（水）量，造成送风温度偏低、室温偏低。
3.3 空调机组冷冻水进、出水温差 ΔT 变化特性分析
下面抽取 8 月份系统运行过程中的温度记录对冷冻水进出水温度的分布情况进行详细分析。为了更清楚表示出冷冻水温度变化情况，每段分别作出两种曲线规律图，一是冷冻水进水温度、出水温度、两者温差这三个性能参数在同一图上的规律图，一是柜机冷冻水进出水温差单独一项性能参数的变化规律，同时还选取了其中某一天的数据作分析，见图 5、图 6、图 7。
从图中可看出，冷冻水进、出水温度均偏高，而冷冻水进出水温差较大。
3.4 室内状态点 N 的焓值 hN
变化特性分析对于设备区空调系统，空调系统通常以该系统某房间的温湿度值作为冷量调节的参考依据，即以室内状态点焓值hN与设计状态点焓值hN′的差值来作为改变冷冻水量的判断原则 。焓传感器H-301-201 设置在环控电控室内的回风口末端。
下面抽取 8 份系统运行过程中的记录对焓值的情况进行详细分析，同时还选取了其中某一天的数据作分析，见图 8、图 9。根据特性分析可看出，设备区室内状态点 N 的焓值 hN大概在 75～9kJ/kg之间，普遍大于室内设计状态点焓值 70kJ/kg。
4 结论
上述研究分析结果表明：
（1）从空调系统冷负荷的特性分析表明，设备发热量是设备区空调负荷的主要组成部分。因此，更深入且有效地测定设备发热量是实现设备区空调节能的重要环节。
（2）室内平均温度 TN整体偏低，表明两点：一是设备区空调系统调节控制装置对室温的设定参数较低，设定值不符合室内标准要求；二是设备区实际冷负荷要低于设计冷负荷，空调系统基本处于低于设计负荷运行工况，空调柜机供冷（水）量大于需冷（水）量，造成送风温度偏低，室温偏低。
（3）机组冷冻水进水温度整体偏高，波动幅度较大，表明空调系统设置不当，冷水机组水流量调节控制装置设置参数如进水温度、出水温度、进出水温差存在问题，造成水流量过小、波动较大的情形。应在水量调节问题上采取一定措施进行正确的控制，将设定参数调节至正确位置，使水量的大小能随着需求冷量的变化而相应变化。
（4）设备区室内状态点 N 的焓值 hN普遍大于室内设计状态点焓值。由空气焓值计算公式h (1 .01 1.84d)t 2500d[8]，焓值受到含湿量 d与温度 t 两个因素的共同影响。在前面室内平均温度的分析当中，我们可以看出系统室温 t 偏低，在焓值较高而室温较低时，由上式可推出室内空气含湿量 d 较大。含湿量高说明空调机组对空气的除湿量不够。空气减湿可通过冷却降温至露点温度导致出现析湿现象的原理来实现[9]，车站空调系统应采取一定措施加强减湿效果，如降低冷冻水温度、提高冷冻水量。
参考文献：
[1] 张栋.广州地铁一号线公园冷却水泵节能改造[J].制冷与空调,2012,26(1):40-43.
[2] GB 50157-2003,地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.
[3] GB 50019-2003,采暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中华人民共和国建设部,2003.
[4] DBJ 15-50-2006,《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》广东省实施细则[S].广州:广东省建设厅,2006.
[5] 刘桂兰. 地铁环控系统的设计探讨[J]. 制冷与空调,2012,26(1):36-39.
[6] 陆亚俊.暖通空调[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[7] GB 50243-97,通风与空调工程施工与验收规范[S].北京:中华人民共和国建设部,1997.
[8] 薛殿华.空气调节[M].北京:清华大学出版社,1991.
[9] 金文,张永生.空气调节技术[M].北京:电子工业出版社,2007.
京公网安备 11010202007575号