摘要：随着城市化进程的加快，城市地铁建设进入了快速发展时期，作为重大市政投资项目和高耗能公共设施的地铁，在当前能源危机多发时期及国家的节能方针和政策指引下，地铁能耗问题引起了各个地铁城市的密切关注，地铁如何节能成为亟需解决的实际问题。
关键词：地铁；车站；节能；分析
1导言
通常情况下，地铁车站的主要能耗包括：列车的动力能耗以及车站的建筑机电设备能耗两方面，而其两者各大约占据了地铁运营能耗的50%。列车运行的节能有回馈制动、最优加减速等方法，一般由列车信号系统实现。因此在本文之中，主要是针对了如何有效控制地铁车站的节能现状进行了全面的分析研究，并且在这个基础之上提出了下文中的一些内容，希望能够给与同行业进行工作的人员提供出一定价值的参考。
2机电设备能耗原理及节能控制
2.1机电设备的能耗原理
地铁环控机电设备系统的能量消耗主要是电能，通过环控系统的机电设备转化为热能、动能、光能等来满足地铁的运营需求。地铁环控系统的主要能耗设备包括冷冻机、水泵、风机、照明等，其能耗W由功率P、效率η和运行时间t决定，即：W=Pt/η。
从以上公式不难看出，如若想要降低环控机电设备的能耗可从η、P、t三方面着手考虑，但需要指出的是环控系统的节能是在满足地铁车站环境需求的基础之上的节能，如果不满足地铁运营需要的节能而关闭环控系统，使乘客感到不舒服，就失去了环控节能的意义。因此，能耗W是指在满足地铁运营需要的同时消耗的最小能量，地铁环控节能即通过η、P、t这3个参数的优化组合满足地铁的运营需求。
对于参数η来说，数值越高越好，从而提高能量的利用率，因此需要采用高效率的机电设备；对于参数P来说，通常在设计时都按最大功率设计，地铁车站空调风系统的负荷是随运营时段而变化的，如果在实际运行过程中，始终按最大功率运行，这样就会导致能量的浪费，因此需要根据负荷的变化来调节参数P满足能量需求，从而避免能量的浪费。参数P的调节是变频节能的基本出发点；对于参数t来说，环控的机电运行的时间越长，则能耗越大，因此环控系统根据地铁运营制定相关时间表来起停环控的机电设备，同时还需要考虑最优起停时间来减少能量的损失。
2.2地铁能耗概述
地铁的能耗主要包括列车动力能耗和车站建筑机电设备能耗，两者各约占地铁运营能耗的50%。列车运行的节能有回馈制动、最优加减速等方法，一般由列车信号系统实现。车站建筑机电设备系统按车站使用工艺分为空调水系统、大系统(车站公共区的通风空调)、小系统(车站设备区的通风空调)、照明系统等，这些设备种类繁多，设备之间的工艺关系又联系紧密。车站建筑机电设备系统的节能首先应取决于车站的建筑结构，如通道数量，是否可以采光等，空调工艺的选择也是节能的关键，如空调水系统采用一次泵变流量水系统，空调系统采用变风量系统等。当车站的建筑结构和空调工艺确定后，根据建筑结构和空调工艺以及车站冷负荷的规律，通过控制系统来实现节能，这也是地铁综合监控系统实现节能的主要作用，当然更需要地铁建成后的节能管理。地铁的节能工作就是在满足车站运营环境的同时，以最小的能耗完成地铁的日常运营服务。
3大系统的能耗及节能控制
3.1大系统的能耗分析
大系统的主要耗能设备是空调机组的送风机、空调新风机、回排风机的动力能耗以及空调机组的交换器。
3.2大系统的节能控制
空调机组将新风和回风混合后经过冷盘管处理成一定温度的空气，即空调机组的出口温度根据出口温度调节冷盘管上冷水阀开度来控制。车站温度通过回风温度调节送风机的风量来控制，即通过调节风量频率来改变送风量控制车站的温度。
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4小系统的能耗及节能控制
4.1小系统的能耗分析
小系统的主要耗能设备是空调器、空调器的交换器、兼排风机、风机盘管的送风机、风机盘管的交换器。
4.2小系统的节能控制
小系统主要是满足设备区的环境要求，因此在满足小系统的环境温度的基础之上应尽量调小阀门开度，减少冷源的损耗，在过渡季节，可通过全新风运行满足小系统的空气环境要求。
5空调水系统的能耗及节能控制
5.1空调水系统的能耗分析
空调水系统由冷源系统和水系统组成。如果环控系统设置冰蓄冷系统，即冷水机组为双工况机组，则可将冰蓄冷系统纳入此处。相对于常规冷源系统，冰蓄冷系统需增设载冷剂输送泵及相关控制阀。空调水系统的主要耗能设备是冷水机组、冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机等，其中冷水机组的容量一般为200-300kW，对于几十kW的风机、水泵来说是地铁环控系统的最大能耗设备，其能耗主要反映在供回水温差上；冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机等动力设备的能耗反映在其运行功率上，即运行的实际功率越大，则能耗越大。
5.2空调水系统的节能控制
冷水机组根据冷冻机供/回水温度控制其起停台数，冷水机组内部自身可自动实现能级调节，供/回水温度的高低反映了空调系统的负荷大小。目前，冷冻机组内部的控制通常由冷冻机厂商完成，与冷冻机组内部的控制器集成通信的数据也仅仅用于集中显示，因此如何将冷冻机内部的数据与地铁运营需求结合成为节能控制的关键问题。应在满足地铁运营需求的基础上，通过优化冷冻机组运行参数来达到节能目的。当冷负荷很小时，空调二通阀开度很小，大部分压力消耗在调节阀上，此时若适当升高冷水机组出水温度，有利于提高机组的性能系数，降低能耗；当冷负荷很大时，机组可能超负荷运行，此时若适当降低机组出水温度，既能满足末端需求，又能保持机组的高COP值。
根据供/回水温度计算车站冷量需求，判断是否需要加载/卸载机组，通过城市轨道交通综合监控系统整合制动辅助系统所有的冷水阀位信息。作为冷冻机组出口温度的设定值控制，冷冻机组出口温度的设定值控制可根据车站空调系统的冷水阀位，采用反比例阶梯函数进行控制，目的是使所有末端的冷水阀开度维持在70%～90%，这样冷冻水循环的阻力最小，系统损耗也最小。冷却泵和冷却塔风机根据冷却供/回水温度来控制起停台数或调节其转速，其中采用变水量的变频调速是最具节能效果的方法。
6照明系统的能耗及节能控制
6.1照明系统的能耗分析
照明系统一般由灯具、整流器等组成，照明系统的主要能耗设备是灯具，灯具的功率数值可反映能耗大小。
6.2照明系统的节能控制
对于照明系统，可采用调光技术或亮度控制技术，在满足地铁运营环境照度的基础上，调节灯具的照度输出，即调节灯具的输出功率或开关，从而减少照明系统的能耗。
7结论
节能控制能降低地铁的运营成本，缓解当前的能源危机，迎合国家的节能方针和政策。地铁节能是一项系统工程，应从节能规划、节能控制、节能管理、节能改造等多方面着手。作为地铁运营管理的综合监控系统，既是节能控制和节能管理的有效平台，同时其运行数据也能为节能改造提供有效的数据支持。节能规划是地铁节能工作的开端，是地铁节能运行的基础；节能控制是地铁节能工作的执行过程，节能的实现是靠节能控制来实施的；节能管理则在某种意义上是地铁节能工作的监控，一方面检测地铁的节能情况，另一方面又为地铁的节能起到改进和指导作用。
参考文献
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论文作者:唐国强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/29
标签：节能论文; 地铁论文; 系统论文; 车站论文; 机组论文; 机电设备论文; 风机论文; 《基层建设》2017年第15期论文;