广州地铁二号线空调系统改造可行性和节能效果预测

摘要：地铁的客运量大、速度快、安全准点以及舒适的特点日益显现出来，并迅速得到了广大市民的欢迎，取得了巨大的经济和社会效益。加强对地铁的研究有助于我们更好的怎么写作于城市建设，本文介绍了广州地铁二号线车辆空调系统的改进的背景条件、空调系统的通风、空调机组、自动控制系统等结构，并且针对存在的不足，提出改进意见。
关键词：地铁；空调系统改造；可行性；节能效果

一：背景条件概述
随着国内外能源短缺的困境日益突显，在国际上，节能减排已经从“倡导理念”层而深化进入到“身体力行”层面，中国是全球最大发展中国家，其GDP在全球所占的比例与其能源消耗不成正比，用能效率与发达国家相比仍有

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很大差距，我国节能成排降耗工作任重道远，在政府部门的业绩考核指标中，碳排放指标已经成为一个重要的指标。
据不完全统计，我国每年比发达国家多消耗1768.3亿千瓦时的电能，这其中空调和制冷设备的电力消耗根据区域不同，约占总电力消耗的20%~40%，而空调又是其中的重中之重。
近10年来空调的用电负荷以30%的速度增长。分析建筑能耗成，一般空调能耗约占整个建筑总能耗的50%以上，对于商场和综合大楼则高达60%以上。在欧美等一些发达国家空调耗电量甚至占了其城市用电总量的1/3以上，所以空调系统的节能非常重要。
广州地铁二号线采用集中冷站水冷式冷水机组制冷给空调末端供应冷水的方式进行以人体舒适性为目的的空气调节，投入运行以来现有的系统主要存在以下的运行问题：

1.末端站台或站厅的空调不能达到设计的湿度要求；

2.无论冷冻水、冷却水，水量普遍偏大。

显然，系统的输送能耗高于设计值。
因此，对广州地铁二号线的空调系统进行的节能改造，即要解决空调质量的问题，还要求系统在最节能的条件下运行。
二：系统节能改造的关键问题
针对空调的节能研究，国内外的研究及施重点为三个方面：

1、主机的节能，主机的节能研究方向分为两个方面

a、节能冷媒的研究
b、主机的变频

2、水系统的变频节能

3、送风系统的变频节能

在上述几个节能研究方向中，每一个方向都有比较深入细致的结论，做为节能应用的指导理论。但是一旦将这些理论与方法应用于实际的工程往往而事与愿违，主要因为如下几方面的原因。

1、实际具体工程的制冷需求与理论模型有差距

2、风系统的节能控制会造成水系统能耗增加

3、水系统的节能控制会造成制冷主机的能耗增加

4、自动控制系统的控制策略因不了解被控制冷设备的运行特点而造成实际的制冷系统运行偏离设计值较远，使系统设备不能正常有效的发挥其特定的功能。例如：表冷器换热量不够，水泵工作点效率下降等。
三．节能改造的目标
综上所述，空调系统的节能需要对主机、水泵、风机（柜）及冷却塔的节能进行统筹的考虑，达到的最终目的是：

1.制冷系统保值保量完成制冷任务，即保证用户端的温度、湿度达到设计指标；

2.制冷系统的综合能耗最低。

达到以上两个目的的最直观有效的判定方法便是：

1.满负荷时系统的供回水温差达到设计值，供水温度达到设计值；

2.部分负荷时系统的供回水温差达到设计值，供水温度达到设计值。

四．节能方案的确定与实施
改造过程需要力求深入的挖掘当前空调系统，采用变频节能和先进的控制系统时，所出现的各种问题，通过将理论分析和工程实际相结合，以期找到解决上述问题的切实可行的方案。
地铁二号线的冷站系统运行普遍存在的问题是：

1、制冷机出水温度过高，冷冻水供回水温差远小于设计值10℃；

2、二次冷冻水泵及冷却水泵的水量偏大，直接导致系统输送功耗升高；

3、冷冻二次侧过大的水量导致一次侧水量偏大，一次泵功耗增加；

4、本站站台温度低于设计值，制冷效果是“阴冷”而不是设计的“干爽“，即站台湿度偏高；

5、本站站厅不能满足设计值；

6、末端系统需要更大的冷量，而主机的制冷量由于不在最佳工况而不能给出足够的冷量。

针对这些问题，首先需要解决的是：

1、找出制冷主机的冷却水量水温及冷冻水量水温与主机能耗之间的定量的关系；

2、在一个已投入运行的制冷系统中确定找出上述定量关系的方法，这个方法可应用于BAS系统的软件设计中；
3、解决二号线集中冷站无法有效控制冷冻水量的问题。解决这个问题，便可以有效解决系统

一、二次侧冷冻水量过大的问题。

1)阀门的问题；
2)末端加载卸载压差程序控制的问题；
3)二次冷冻水泵频率压差控制方式。
本项节能改造涉及的技术手段包括传感技术、信号处理技术、自控技术、软件技术等，在其他领域均有广泛成熟的应用，其难点在于综合利用这些技术，和空调的理论和具体特性相结合，寻找到有效的、适合地铁行业空调系统的综合控制方式方法。仅就技术手段而言，可充分利用目前的成熟技术来解决问题。
五．节能效果预测
以地铁二号线鹭江冷站为例，可达到的效果应为：

1、冷冻水量降低、供水温度降低，使空调系统能有效的完成除湿目的；

2、制冷系统的冷量输送功耗降低：

按主机的冷量及10℃温差，冷冻水量为483.84m3/h, 现有系统运行一次泵总流量639.1 m3/h，二次泵总流量为610.9m3/h。一次泵水量与设计值比为

1.32，即比设计值大了32%，二次泵水量与设计值比为26，即比设计值大了26%。

如不考虑变频，依靠阀门控制，按水泵功率与流量的正比关系，一次冷冻泵节能为：

二次泵节能为：
支路1：
支路2：
支路3：
当下运行一二次泵输送功率比设计工况能耗高出31.29KW，考虑地铁运行时间从早上7点到晚10点，每天运行16小时，每天总耗电增加约为500度，全年运行电费增加10万多度。如果考虑变频，按管路系统中流动阻力与流量的平方关系。
一次泵节能为：

二次泵节能为：

这样，考虑变频效果以后，系统的输送功耗每小时增加为67.59度，每天节电108

1.4度，每年节电超过20万度。

六．结语
针对广州地铁二号线集中冷站空调系统能耗的综合节能研究，并对比其它各条线的制冷系统的运行特点，本研究将给出确定的针对地铁冷站的空调节能运行控制方法，这个方法可应用于指导国内地铁冷站的BAS系统的设计，同时，将其应用于现有的在运行的系统的节能改造，使地铁的制冷系统变得真正的高效而节能。
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