地铁车站水冷式中央空调节能技术应用

创新与实践ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ

Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．６，２０１９

地铁车站水冷式中央空调节能技术应用

莫富雄

（深圳地铁运营集团有限公司，广东深圳５１８０００）

摘　要：随着我国城市化进程的加快，地铁作为城市重要的公共交通工具，其发展也越来越快。随着地铁线路不断增加，地铁站点不断加多，地铁站点内的服务设备设施也越来越多，其能耗也越来越大。据统计，车站的各个专业机电设备系统中，通风空调系统的能耗占比最大，地铁车站的空调系统亟待优化。主要根据地铁站的水冷式中央空调的原理及现状，讨论其节能技术在地下车站的应用。

关键词：地铁车站；水冷式中央空调；节能技术；应用ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．０６．０１６概述

地铁地下车站建于地面以下，一般分为站厅、站台层，每层又划分出公共乘车区、设备和管理用房区。站厅与地面间设有乘客通道和风井，站厅与其他换乘站间设有换乘通道，站台与区间设有隔离站台门。

整个地下车站内部形成相对密闭的空间，而乘客到车站内乘车需要营造相对舒适的出行环境，因此地下车站空间环境及环境监测与控制显得格外重要。

地铁车站环境控制系统（通风空调系统，简称环控系统）一般由公共区通风空调系统（兼防排烟系统，简称大系统）、车站管理及设备用房通风空调系统（兼防排烟系统，简称小系统）、隧道通风系统、空调水系统组成，是地铁车站机电设备工程中的重要组成部分。车站环控系统空调冷源设备一般采用水冷式中央空调机组、

ＶＲＶ集中供冷机组等，近年来随着磁悬浮直膨技术的发展，专业市场上高效率的磁悬浮直膨空调机组也逐

步等到应用。

一直以来，机电设备工程技术人员致力于对地铁车站环境控制特点与控制策略的研究，期望通过采用先进控制技术，提高设备制冷效率，降低能源消耗，为地铁管理人员及乘客提供安全、卫生、舒适的运营环境，为车站设备的运行提供良好的工作条件，同时实现节能环保。

　水冷式中央空调的基本原理及现状

水冷式中央空调是地铁车站公共区域使用的主要空调，其组成部分分别为空气调节系统以及冷热源系

统，其中包括了分集水器、管路、冷热源和空调末端等部分。其中，空气调节部分的冷热源部分是通过管路与冷媒相连通的，管路内的水通过水泵循环起来，以这种方式促进冷热量之间的交互。其原理图如图１

。图１　水冷系统原理图

目前，我国地铁车站的水冷式中央空调的耗能阶段大致为三个阶段，分别是设计阶段、施工阶段以及运行管理阶段，这三个阶段都会影响水冷式中央空调的运行能耗。其中，在设计阶

段，供大型公共建筑使用的空调机房几乎全部是按照最不利的条件选型设计的，这就导致了在实际的使用过程中，空调系统将会造成巨大的浪费。在施工阶段，由于各阶段之间缺乏必要

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的沟通和联系，导致在空调系统的建设中主要以施工单位为主，对设计单位的设计进行执行。在运行管理阶段，只有空调系统完工之后，相关的运行管理团队才会出现，主要为交接设备。这三个阶段严重脱节，导致地铁中央空调能耗过高。

　地铁车站水冷式中央空调节能技术应用

３．１　冷冻水泵的变流量

冷冻水泵的工作是要在空调末端的冷量供需平衡之后，末端的冷量载体———水流量就会随外界温度变化。冷冻水泵在工作过程中，其实际的流量供应通常会比工频定流量情况低，这样就能够达到让水泵能耗降低的目的。分析冷冻水泵的日常工作流程，一次冷冻泵为串联、工频控制，二次冷冻泵为并联、变频控制。

３．２　空调的末端的冷量平衡

现阶段，水冷式中央空调的系统大部分为定流量系统，特别是在地铁车站这种公共场合，空调末端的供冷量大于空间的实际需求量，存在一定的能量浪费，保证空调末端的冷量平衡，相关管理者可以通过在地铁车站各个区域的支管路位置加装电动调节阀，以便统一调节符合具有一定相似形的统一区域的冷水流量供应，并注重冷水泵的运行频率或水泵台数，调节整个中央空调系统的流量供应。

３．３　冷却水泵以及冷却风机的优化

水冷中央空调主机的冷凝冷却系统主要由冷却水泵与冷却塔构成，是主机运行环境的保障系统，分析相关数据可知，水冷式中央空调的主机与冷却系统的功耗与冷凝温度是呈非线性关系的，随着冷却系统温度的降低而降低，这之间存在一个功耗的最优点，该最优点被称为最佳冷凝温度。所以在进行节能控制工作时，需要围绕该最优点进行冷却水及冷却水泵的运行控制，以保证主机冷凝冷却系统的功耗降低至可控范围内的最低点。

３．４　冷水机组的节能控制应用

第一点是利用比较水冷式冷水机组的ＣＯＰ，进行数据冷水机组的实际运行耗能分析，评估机组的实际能耗情况。第二点是合理的选择冷水机组，在地铁车站中，相关管理人员要结合地铁车站的实际规模与人员流动量等进行冷水机组的节能控制，可以从两个方面思考问题，首先要根据实际空调系统负荷进行冷水机组运行台数的选择，一般来说负荷减少，实际运行台数也可以对应减少，但需要考虑对冷水机组台数的增加，单机制冷量减少的情况，针对同系列的机组，单机制冷量对应的ＣＯＰ也较小，不利于节能运行，所以在实际管理中，要注重多角度分析机组的运行台数与负荷之间的关系，可以借助专业软件中的智能算法进行冷水机组的运行台数与负荷之间的关系计算。

３．５　主机群控中的ＣＯＰ优化

分析水冷式中央空调的系统构成，做好节能技术的应用，通过主机群控中水冷主机的ＣＯＰ优化可以大大提高系统整体的节能效率。ＣＯＰ优化主要针对水冷式中央空调系统中的主机，上述设备作为系统的冷源，首先需要保证负荷需求与供应需求的匹配，并通过系统内部的流量与末端冷源的动态调节，保证主机与水泵的联动。如何提高主机的功效以及优化负荷率是ＣＯＰ优化的核心，在中央空调的日常管理中，需要通过优化主机运行台数和单机的符合率来提高主机能效，进而保证系统整体的节能。最后相关管理人员需要注意的是要在保证系统冷量需求的前提下进行水冷式主机功耗的控制。

分析水冷式中央空调的整体优化设计，可以从主机的优化入手，如表１所示，在整个中央空调系统中，主机的耗能占比较大，相关管理人员可以根据实际情况进行优化调整，关闭或更换小主机，可以有效提高主机的运行效率并在一定程度上降低能耗，根据实时监测数据ＣＯＰ分析可知，主机的负荷为８０％左右时，其能耗与效率比最高，当比例低于６０％时，机组的性能急速下降，所以相关管理人员可以根据实际监测数据进行合理调整，在不影响地铁车站内乘客与管理人员舒适度的情况下，适当降低主机的出水温度，可以明显降低电功率。其次可以对空调系统中的水泵进行调整，结合空调系统的实际运行情况与地铁车站的需求进行关闭或更换水泵，可以在一定程度上提高水泵的运行效率并降低功耗，分析水泵的流量和功耗之间的关系可知，水泵流量每减少２５％时，能耗会降低４５％，最后还可以通过控制主机流量，来提高主机出回水的温差，在一定程度上提高主机能效。

表１　水冷式中央空调主机系统的能效优化

控制策略执行环境负荷减少量／ｋｗ执行次数开小主机、关大主机正常夜间、正常转凉５０～１００６４关１台小主机高温夜间、高温转正常１００～１５０３２调节主机的出水温度白天冷负荷降低１５～４０１００

开１台大冷冻泵、关１台小冷冻泵正常夜间、正常转凉１０～２０６４关１台小水泵高温夜间、高温转正常１０～２０３２

调节冷冻水泵速度白天负荷需求升高或降低５～１０２４０

关闭１台小冷却泵正常夜间、正常转凉８～１６６４

关闭１台大冷却泵、开１台小冷却泵高温夜间、高温转正常８～１６３２调节冷却水泵速率白天负荷需求升高或降低４～８１５０

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３．６　整体的控制系统

做好地铁水冷中央空调的节能应用，就需要保证水冷空调系统中各个部分之间的正常运作，所以要对整体控制系统进行科学的设计，保证系统内各设备之间的运行效率。同样相关管理人员要注重系统内部节能控制系统的设计，做好中央空调系统内部各个设备之间运行参数的汇总，保证能源控制中心对

各设备数据之间的协调控制。注重水冷式主机的控制维度，保证对主机设备的ＣＯＰ优化。水冷式中央空调管理人员要结合地铁车站的运行实际情况进行分析，多角度思考空调机组节能技术的应用，要做到保证舒适度的情况下，最大限度进行节能减排工作。同时，要注重对中央空调的能源智能化管理，增设远程能源管理中心，对地铁中央空调进行远程控制与管理，监控设备能耗，同时要对每一个供冷区域进行冷流量的平衡控制，保证各区域间冷供需的平衡。注重对冷却泵、一次冷冻泵的变频控制改造、变流量控制，达到系统节能的要求，总之相关管理人员要多方位思考，做好整体节能控制设计。

３．７　站内空调系统自控设计

基于地铁内部空调系统的自控设计主要从以下两点出发：空调风系统的控制，冷却水系统的控制。首先分析空调风系统的控制要求，第一点要做好地铁车站等公共区域的通风控制，室内的水冷空调机组要具有温控设备，站厅层的设置温度为３０℃，站台层的设置温度为２８℃。送风机与水冷新风处理机要以空调＋通风、空调、通风三种模式运行，在一定程度上降低空调能耗，提高整体系统的节能效率。第二点是针对设备区的空调系统进行合理控制，设备内部的温度控制器要与膨胀阀进行匹配，并通过对冷媒流量的控制进行对内部的室温控制，保证机组间的连锁启停。

　结语

地铁车站内的中央空调作为主要耗能设备，做好功能优化以及技术创新对我国节能减排事业有着重要的帮助。随着我国社会经济的不断发展，国家对于节能减排事业以及可持续发展理念的贯彻重视性逐渐上升，如何保证地铁车站内部中央空调的节能降耗，优化内部设计，注重维护管理，多角度思考节能技术应用，从经济效益与运行质量上进行中央空调的设计、应用、运行管理，不断创新优化水冷式中央空调的节能技术，为提高地铁部门水冷中央空调的管理效率做贡献。

参考文献：

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参考文献：

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