地铁车站环控系统运行情况分析

地铁车站环控系统运行情况分析清华大学刘晓华2017-12-11.背景3.环控节能途径.2.环控系统形式4.总结地铁车站目录21背景3|地铁车站环控系统A市（寒冷地区）某线全年能耗B市（夏热冬冷地区）某线全年能耗•我国地铁车站动力照明能耗，环控系统是最大的能耗项，约占40%1背景4|地铁车站环控系统首尔地铁站均逐月能耗日本神户供冷季分项能耗[1]神戸市交通局.鉄道施設の省エネルギービジョン[R].2016[2]HongW.AstudyontheenergyconsumptionunitofsubwaystationsinKorea[J].BuildingandEnvironment,2004.•日本神户：供冷季空调能耗占地铁车站总能耗的75%地铁车站环控系统是车站节能关键环节，尤其是供冷季•韩国首尔：供冷季的月耗电量有明显上升2环控系统典型形式5|环控系统形式•车站两端，分控两片区域•大小系统共用冷源2环控系统典型形式6|环控系统形式•混风室：混合新风与回风，并送入空调箱•排风室：排出部分回风AHU大新风阀回风机12℃7℃冷冻水送风68500m3/h回风68500m3/h排风11500m3/h新风11500m3/h排风阀回风阀小新风机2环控系统典型形式7|设计负荷：典型案例冷负荷(kW)有效面积(㎡)单位面积冷负荷(W/㎡)站厅2921454201站台213785271站台新风负荷：(3000+4000)×12.6×1.2÷12÷3600×(90-68至55）=54~86（kW）•小系统1052㎡(需供冷)+731㎡(无需)，负荷307.75kW，平均≈300(173)W/㎡•大系统房间面积(㎡)冷量（kW）单位负荷（W/㎡）计算风量(m³/h)环控电控室58.522.83895754警务室20.823.15151248站长室14.072.56181196男更衣室12.012.11175211配电间8.9810.7812002700大小系统设计负荷200~300W/m22环控系统典型形式8|环控系统能效比EER能耗总供冷量冷机能效冷冻水输配系数冷冻水输配系数空调末端能效比2环控系统典型形式9•设计工况冷机末端•实测工况（夏热冬冷地区）冷机末端COP=6COP=4.4EER冷站=5.2EER冷站=3.4EER系统=2.5EER系统=4.5设计工况实测工况3.环控节能途径103.1冷源能效3.2大系统耗冷量3.3小系统耗冷量3.1冷源能效11|提高冷源能效2017年7月某站•供冷季，空调系统冷源能耗占到总能耗＞50%•提高冷源能效COP是环控系统节能的重要途径~40~6~30~153.1冷源能效12|冷源COP寒冷地区夏热冬冷夏热冬暖平均=4.5平均=3.6平均=4.0•各气候区供冷季实测冷源COP均偏低•总体平均4.0，显著低于额定值~6.03.1冷源能效13|大小系统环控需求差异额定能效比5.91额定能效比6.0A站B站供冷季白天：A和B站单台冷机运行，负荷率40%~50%供冷季夜间：单冷机运行，负荷率~20%冷机COP在负荷率1的区间内，随负荷率的上升而上升3.1冷源能效14|大小系统环控需求差异车站控制室、站长室、警务室、会议室、更衣室等房间冷水机房、环控机房等通讯驻点站、警用通信设备室、FAC设备室等站厅、站台小系统大系统T≤30.0℃;RH40-70%CO2浓度≤1500ppm按办公房间标准人员活动状况与办公房间类似设备发热为主几乎无人员排除热量为主，24小时运行环控要求最低仅人员巡检作业乘客短暂停留环控需求房间特点3.1冷源能效15|大小系统冷源分离小系统：多联机等形式，满足不同类型房间的不同需求大系统：采用直膨式离心机组常规方案：磁悬浮离心冷水机组+空调箱冷却水温度负荷点制冷量合计功率能效比29.4100%355.17104.413.4023.975%266.8172.823.6618.350%166.2944.583.7318.325%90.3033.252.72冷却水温度负荷点制冷量合计功率能效比29.4100%355.1789.673.9623.975%266.8156.414.7318.350%166.2931.375.318.325%90.3023.953.77改进方案：磁悬浮直膨机组整体性能提高30%以上3.1冷源能效16|大系统：磁悬浮直膨式机组图片来源：常晟，地下车站通风空调节能解决方案，杭州地铁会议，2016电控箱消音段送风段均流段风机段主机蒸发段过滤段取消了制冷机、冷冻水泵，单站节约地下面积150~200m23.2大系统耗冷量17案例介绍：同一条线路，渗风负荷不同造成能耗差异显著|大系统：渗风负荷3.2大系统耗冷量18|有效风量-出入口渗风新风量/m3*h-17.177.187.197.207.21早午晚早午晚早午晚早午晚早午晚既送又排全新风全回风双冷机全回风单冷机不送不排全回风单冷机机械新风量通道渗风新风量×人员新风需求量设计尖峰新风需求23000m3/h•新风量远远超过人员需求•机械新风会抑制通道渗风3.2大系统耗冷量19|新风量=机械新风+出入口渗风量AHU大新风阀回风机12℃7℃冷冻水送风回风排风新风排风阀回风阀小新风机AHU回风机12℃7℃冷冻水送风回风回风阀全回风小新风3.2大系统耗冷量20|有效风量-测试车站•全回风能够满足新风需求•全回风，减少运行设备，且减少新风引入量。小新风全回风020406080100123平均有效新风量(103m3)出入口渗风机械新风新风需求设计高峰新风需求020406080100120123平均有效新风量(103m3)123123A站B站7:30-8:3011:30-12:3017:30-18:307:30-8:3011:30-12:3017:30-18:303.2大系统耗冷量21|公共区域CO2浓度StationAStationB小新风全回风•全回风工况下，出入口渗风能够满足公共区域新风需求，使CO2浓度维持在300~600ppm之间，远低于限值1500ppm020406080100120NormalconditionRAAconditionNormalconditionRAAcondition冷负荷(W/m2)人员设备照明机械新风出入口渗风05001000150020002500NormalconditionRAAconditionNormalconditionRAAcondition日耗电量(kWh)冷却塔冷冻水泵冷却水泵公共区风机冷机StationAStationAStationBStationBStationAStationAStationBStationB3.2大系统耗冷量22|能耗对比小新风小新风小新风小新风全回风全回风全回风全回风•实际负荷50~100W/m2，远小于设计负荷200~300W/m2•全回风模式相较于小新风模式，可以节约近20%的能耗A站A站A站A站B站B站B站B站3.2大系统耗冷量23注：Wi代表出入口|神户测试：出入口渗风测试3.2大系统耗冷量24注：Wi代表出入口|神户测试：出入口渗风测试3.2大系统耗冷量25注:()代表一辆列车经过，引入/流出的风量•测试结果表明，出入口渗风可以满足公共区域新风需求|神户测试：新风供需汇总需求:3.2大系统耗冷量26|公共区域CO2浓度[1]神戸市交通局.鉄道施設の省エネルギービジョン[R].2016[2]Moreno,T.Subwayplatformairquality:Assessingtheinfluencesoftunnelventilation,trainpistoneffectandstationdesign[J].AtmosphericEnvironment,2014.[3]Cheng,Y.,Yan,J.Comparisonsofparticulatematter,CO,andCO2levelsinundergroundandground-levelstationsintheTaipeimassrapidtransitsystem[J].AtmosphericEnvironment2014.[4]Kim,G.S.,Son,Y.S.,Lee,J.H.,Kim,I.W.,Kim,J.C.,Oh,J.T.,Kim,H.Airpollutionmonitoringandcontrolsystemforsubwaystationsusingenvironmentsensors[J].JournalofSensors,2016city公共区域CO2(ppm)首尔1383-832首尔2390-810首尔3403-578首尔4500-1000台北427-919北京390-905巴塞罗那391-561•各地地铁车站CO2浓度较低，送风量足够•存在减少新风供给的空间以室内CO2浓度为指示指标（新风量）3.3小系统耗冷量27|小系统典型房间-室温与供冷量实际温度设计温度实际冷量设计冷量22.920.824.320.921.618.926.60.05.010.015.020.025.030.0配电间(一)男更衣室综控室交接班室综控室环控机房男更衣室室内温度（℃）6186571386592340100200300400配电间(一)男更衣室综控室交接班室综控室环控机房男更衣室供冷量(W/㎡)25.027.027.026.026.025.027.0272120188224307176A站B站4总结28|环控系统能耗|环控系统节能途径•环控系统占到全年地铁站动力照明能耗的40%~50%•环控系统中，冷源能耗占到供冷季环控系统能耗的60%•供冷季冷负荷中，新风负荷占到30~40%•提高冷源效率：将大、小系统冷源分离大系统直膨式磁悬浮机组，小系统多联机等形式•减小大系统耗冷量：公共区域新风过量供给，利用出入口渗风，全回风CO2浓度超过设定值，运行小新风模式•减小小系统耗冷量：小系统存在过量供冷现象，实际负荷远小于设计