地铁站通风空调系统能耗测试与分析
地铁站通风空调系统能耗测试与分析 【摘要】对南京某地铁站通风空调系统的空气温湿度、 空调水进出口温度、风量、空调水的流量进行测试与分析, 提出了减少地铁通风空调能耗的可行方案。通过对改进后 地铁通风空调系统能耗测试和对空调区温湿度及C02浓度 进行监测。结果表明,在满足地铁通风空调要求情况下, 地铁站通风空调系统能耗明显减少,为南京地铁其它各站 通风空调节能提供一定的指导意义。 【关键词】大系统;风机频率;C02浓度;空调能耗; 测试与分析 0引言 一号线南京站位于铁路南京站下,为地下二层岛式车 站[1,2]。该站运营五年来,发现部分空调房间冷量不够, 风量分配不能满足使用要求导致室内闷热、设备容易受损, 尤其是部分设备用房,如信号设备室、票务室等存在结 露、滴水等现象。另一方面空调能耗大,因此有必要对南 京站通风空调系统送回风量、温湿度,空调水系统的流量 分配、进出口温度进行测试,找出原因所在。 地铁站通风空调大系统主要保障站厅和站台等公共区 内的空气环境,能否达到预期的运营状态,取决于系统风 量、冷量及其在各系统的分配[3,4]。本文还对地铁站空调 大系统的风量、送回风状态、站台和站厅温湿度、公共区 C02浓度进行检测[5],并进行分析对比,提出改进的通风 空调运行模式。 空调系统中的热平衡 在空调系统中存在着下面两个热平衡: 冷机部分 冷却水带走的热量=冷冻水放热量+冷机产热量 空调箱部分 表冷器前后空气放热量=表冷器冷冻水吸热量 测量思路 通过测试冷冻水总管的进出口温度和冷冻水总流量得 到冷机的总冷量,再除以冷机的电功率得到冷机的COPo还 可以通过测量冷却水总管的流量和冷却水进出口温度得到 冷却水带走的热量,从而验证所测得的数据是否正确。 空调箱部分,可以测量表冷器前后空气的培值以及风 量得到送到站厅站台内的冷量,同时可以通过测量进出表 冷器冷冻水的流量和温差进行验证。 2测试内容 制冷机组测试 制冷机组测试包括冷冻水系统和冷却水系统,需测试 的参数有: 冷机冷冻水进出口温度、流量; 冷机冷却水进出口温度、流量; 制冷机组用电量。 制冷机组产冷量,等于冷冻水送、回水能量的变化。 机组冷量可按式计算: 式中:Qs为冷水机组冷量,kW; Ls为冷冻水流量, m3/h; P s为水的密度,计算时取1000kg/m3 ; cps为水的 比热容,计算时可取/(kg *°C) ; th为回水温度,°C; ts为 送水温度,°Co 冷水管道送、回水温度可由温度仪表直接读取。流量 采用超声波流量计测取。 空调机组测试 空调机组需测试的参数有: 冷冻水进出口温度、流量; 进出口空气温湿度、风速和断面尺寸。 空调机组的冷量,可按空气侧或冷冻水侧测量与计算, 空气放出的热量按式计算: 式中:Q为空调机组冷量,kW ; L为空调风量,m3 /s; P为空气密度,计算时取/m3; i为空气培差,kj/kg o 空调房间冷量测试 测量系统送入各空调房间的冷量,需测试空调房间送、 回风量及状态。计算出湿空气的培值后,利用公式计算送 入室内的冷量: 式中:F为送入房间冷量,kW; L为送风量,m3/h; P 为空气密度,计算时取而3; h为热空气培值,kJ /kgo 3测试结果与分析 大系统风机风量测试 对于站厅、站台这样的公共区,人员数量变化幅度大, 必须采用变风量调节,以保证人员高峰时的卫生需求以及 人员低谷时的节能需要。图1示意了电机变频调速方法的 节能性。如采用自动阀门调节,通过改变管网阻抗而改变 管网的压力一流量曲线。采用变频调节,改变风机的性能 曲线,使得风机能真正在风量小、压力也小的状态下工作, 其节能效果是明显的[6, 7]。 根据风机的性能曲线,结合地铁车站客流量的变化, 在不同的时候选定合适的风机频率进行工作,以节省能量 :8]o C02 浓度测试结果监测点选取在人员密度较大的站台层。 监测点C02浓度变化见图2o 测点CO 2浓度受到周围人员密度、列车活塞风等诸多 条件的综合影响。图2中,浓度值呈现上下的不断波动, 是因为受到活塞风的影响。波动的频率正好等于列车的发 车频率。监测点日最高C02浓度739pp m,最低551ppm ,平 均值,符合规范要求的限值1500pp mo可知,该地铁站空 调大系统通风效果较好,公共区C02浓度在要求范围内, 车站内空气品质良好。 空调机组冷量测试 测得表冷器前后空气的温度和湿度,根据下面公式即 可算出空气的培,当t=0^200°C时: 式中:c8二一,c9 =, clO二一,cl 1=X 10-4, cl 2=-X 10- 7, c 13=o 其中,为空气在相应温度下的饱和水蒸气分压力。再 根据式,求得空气的含湿量。代入式,得到空气的培值。 空调机组内表冷器冷冻水温差测试结果见图3,表冷器前后 湿空气培差见图4。 将测到的经过表冷器的冷冻水和空气流量分别按式、 式计算,得到空调机组内表冷器的热平衡关系,测试结果 见图5。由图5可知,经过表冷器湿空气放出的热量基本等 于经过表冷器冷冻水吸收的热量,说明测试误差在可控范 围内,同时与空调机组的铭牌标注冷量也是相符的,说明 地铁站台节能重点不是在空调机组本身,应该是在空调系 统运行模式。 4通风空调模式调整 原通风空调运行模式 有夜间通风:全年4:00〜5 :00夜间通风;活塞风道: 夏季闭式,过渡季、冬季开式;空调机组为小新风通风; 迂回风道全年开启;车站送排风形式:夏季空调,过渡季 和冬季开活塞风道,早晚高峰开车站风机机械通风;站台 温度设定为28°Co 6至9月份空调季,12月、1月和2月 为冬季,其它为过渡季。 调整后通风空调运行模式 无夜间通风;活塞风道:夏季闭式,过渡季、冬季开 式;空调机组:初期和近期有小新风,远期无新风;迂回 风道:在初期和近期,空调季开,过渡季和冬季关,在远 期,全年开迂回风道;车站送排风形式:夏季空调,过渡 季和冬季开活塞风道,早晚高峰开车站风机机械通风,开 风机形式可灵活均衡使用;站台温度:设定为28°Co 5至 10月份空调季,12月、1月和2月为冬季,其它为过渡季。 该站地铁通风空调系统调整后,合理的控制风机的启 停,减少能耗,同时延长开启空调的时间,更符合南京气 候变化的特点,使该地铁站空气环境得到更可靠的保障, XX年8月调整通风空调系统运行模式后,模式调整前后实 际总用电量对比见表1。从表1可以看出节能效率达%。 5结论 通过对该地铁站通风空调系统测试、改进地铁通风空 调系统运行模式、长期的通风空调能耗监测,结果表明: 地铁通风空调大系统通过风机变频,在客流量小的情 况下低频运行,能保证公共区的换气次数要求,经济而有 效。 公共区内CO2浓度受客流量影响较大,上班高峰期时 CO2浓度将明显高于其它时刻。但高峰时CO2浓度仍没有超 过规范要求的上限,空气品质良好。 地铁站通风空调系统运行模式的改变,对环控系统节 能最为可观,经过两年多对比,通风空调用电量减少%,这 对其它地铁站具有一定的指导意义。