CN108791341A - 干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统及其控制方法，送风风井通过风道接入蒸发冷却机组和直膨机组，蒸发冷却机组通过风道接入送风风机再通过风道接入站厅及站台内的送风风管，直膨机组通过风道接入站厅及站台内的送风风管；站厅及站台排风兼排烟管和上下行线轨行区的排风兼排烟管通过风道接入排风兼排烟风机，排风兼排烟风机通过风道接入蒸发冷却机组和排风风井；各路风道均设置有电动风阀。该系统不但夏季及过渡季节，能最大限度利用当地气候特点，达到节能目的，并且冬季能主动和被动的有效利用列车产生的废热，很好的解决严寒地区冬季车站温度过低、环境不达标、系统运行能耗高的难题。
Description
技术领域
本发明涉及地铁通风控温技术领域，具体涉及一种干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统。
背景技术
近十几年来，我国地铁工程得到快速发展，截至到2017年底，全国已经有30多个城市开通地铁，其中有10个为北方城市，特别是严寒地区的哈尔滨、沈阳、长春等地开通地铁以来，由于列车运行时活塞风的影响，冬季造成车站温度普遍偏低，不但不满足人体热舒适的要求，还易使管道设备产生冻结，给地铁的安全运行带来极大的风险，严寒地区及相似地区的地铁车站热环境倍受关注。
在我国的干燥、寒冷地区，车行区和站台之间往往会设置全高半封闭站台门系统（常称“安全门系统”），夏季室外较为炎热，过渡季节时间长，为了更好的利用室外空气降温，夏季和过渡季活塞风井开启，迂回风道关闭，采用开式运行。冬季，室外温度比较低，设有安全门系统形式的地铁车站往往会打开上、下行线之间的迂回风道，关闭活塞风阀，实行闭式运行模式。但此种运行模式，虽然能提高区间温度，但车站温度仍然较低，见图1。在地铁运行时，为了提高车站温度，常常在出入口加设热风幕或门帘，由于活塞风效应引起的出入口压力变化很大，加设热风幕对车站温度提高效果不太明显，而且消耗大量的电能；加设门帘等构件，一定程度上能改善车站热环境，但仍不能满足规范12度的要求，见图3和图4，且会造成车站CO2浓度提高，超过规范规定的1500ppm，空气质量下降，见图2。
发明内容
本发明的目的是提供一种干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统及其控制方法，该通风空调系统不但夏季及过渡季节，能最大限度利用当地气候特点，达到节能目的，并且冬季能主动和被动的有效利用列车产生的废热，很好的解决严寒地区冬季车站温度过低、环境不达标、系统运行能耗高的难题，大大节省通风空调运行能耗。
本发明所采用的技术方案为：
干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
包括送风风井、蒸发冷却机组、直膨机组、送风风机和站厅及站台送风风管，还包括站厅及站台排风兼排烟管、上下行线轨行区的排风兼排烟管、排风兼排烟风机和排风风井；
送风风井通过风道接入蒸发冷却机组和直膨机组，蒸发冷却机组通过风道接入送风风机再通过风道接入站厅及站台内的送风风管，直膨机组通过风道接入站厅及站台内的送风风管；
站厅及站台排风兼排烟管和上下行线轨行区的排风兼排烟管通过风道接入排风兼排烟风机，排风兼排烟风机通过风道接入蒸发冷却机组和排风风井；
各路风道均设置有电动风阀。
直膨机组包括直膨机室外机和直膨机室内机，其中直膨机室内机与蒸发冷却机组并联，直膨机室外机位于车站两端上下行线之间的迂回风道内，直膨机室外机和直膨机室内机通过冷媒管相连，迂回风道上设置有电动风阀。
地铁的出入口通道上设置有地铁出入口无组织进风控制装置。
站厅及站台送风风管上设置有多个送风风口。
站厅及站台排风兼排烟管和上下行线轨行区的排风兼排烟管上均置有多个排风兼排烟口。
直膨机室内机与蒸发冷却机组均安装于地铁的空调机房内。
站厅及站台内的送风风管自送风风机和直膨机组分两路分别进入站厅和站台，两条总路和两条分路均设置有电动风阀。
站厅及站台排风兼排烟管包括站厅和站台两路，合并后接入排风兼排烟风机，总路和两条分路均设置有电动风阀。
上下行线轨行区的排风兼排烟管包括上行线轨行区的排风兼排烟管和下行线轨行区的排风兼排烟管，合并后接入排风兼排烟风机，两条分路均设置有电动风阀。
如所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统的控制方法，其特征在于：
夏季启动蒸发冷却机组，对地铁车站公共区进行降温；
冬季启动直膨机组，对地铁车站公共区进行升温；
过渡季节采用机械通风和自然通风相结合的模式对地铁车站公共区进行降温。
本发明具有以下优点：
夏季运行时，由于室外温度较高，本发明能充分利用夏季该地区气候干燥的特点，车站公共区域采用蒸发冷却技术，达到通风降温目的，无需采用电制冷机组，大大节约电能消耗；过渡季节运行时，加大列车运行活塞风效应对车站的影响，最大限度的利用室外空气，满足人员新风及降温要求，节约能源。冬季运行时，由于室外温度很低，关闭活塞风阀关闭，开启迂回风道电动风阀，执行闭式运行模式。在出入口安装地铁出入口无组织进风控制装置，阻止活塞风引起出入口的进风量，被动利用列车运行和刹车热量；列车运行和刹车热量在隧道中的堆积，隧道区间温度能达到10℃左右，当室外气温进一步降低时，开启直膨机室外机和室内机，根据室外温度，改变直膨机组的加热量，直膨机组的室外机置于隧道区间机房中，其冷凝端的温度较高，不但避免了直膨机室外机冷凝端温度过低造成停机保护风险，还大大提高了机组的制热性能系数COP，提高约2倍。此种工况下，能使车站温度大大提高，室内温度、空气品质满足规范要求，如图5和图6所示。且冬季无需在地铁出入口设置电热风幕，节约大量电能。
附图说明
图1为安全门闭式运行车站温度。
图2为不同措施下车站CO2浓度。
图3为常规优化措施下车站温度（a、站厅）。
图4为常规优化措施下车站温度（b、站台）。
图5为本发明的效果（a、温度）。
图6为本发明的效果（b、CO2浓度）。
图7为本发明系统结构图。
图中，1、蒸发冷却机组，2-1、直膨机室外机，2-2、直膨机室内机，3、排风兼排烟风机，4、送风风机，5、出入口通道上的地铁出入口无组织进风控制装置，6、第一电动风阀，7、排风风井，8、送风风井，9-1、第一排风风道，9-2、第二排风风道，10-1、第一新风风道，10-2、第二新风风道，11、第二电动风阀，12、第三电动风阀，13、第四电动风阀，14、第五电动风阀，15、第六电动风阀，16、第七电动风阀，17、第八电动风阀、18、第九电动风阀、19、第十电动风阀，20、第十一电动风阀，21、第十二电动风阀，22、第十三电动风阀，23、第十四电动风阀，24、站厅及站台送风风管，25、送风风口，26、站厅及站台排风兼排烟管，27、排风兼排烟口，28、上下行线轨行区的排风兼排烟管，29、迂回风道，30-活塞风井，31-消声器，32-活塞风道，33-活塞风阀。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种适用于干燥、寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，包括送风风井8、蒸发冷却机组1、直膨机组、送风风机4和站厅及站台送风风管24，还包括站厅及站台排风兼排烟管26、上下行线轨行区的排风兼排烟管28、排风兼排烟风机3和排风风井7。
送风风井8通过风道接入蒸发冷却机组1和直膨机组，蒸发冷却机组1通过风道接入送风风机4再通过风道接入站厅及站台内的送风风管24，直膨机组通过风道接入站厅及站台内的送风风管24。送风风井8、蒸发冷却机组1、送风风机4这一路的风道为第一新风风道10-1，直膨机组这一路的风道为第二新风风道10-2。
站厅及站台排风兼排烟管26和上下行线轨行区的排风兼排烟管28通过风道接入排风兼排烟风机3，排风兼排烟风机3通过风道接入蒸发冷却机组1和排风风井7。排风兼排烟风机3、排风风井7这一路的风道为第一排风风道9-1，排风兼排烟风机3与蒸发冷却机组1之间的风道为第二排风风道9-2。
各路风道均设置有电动风阀，并根据需要设置有消声器32。
站厅及站台内的送风风管24自送风风机4和直膨机组分两路分别进入站厅和站台，两条总路和两条分路均设置有电动风阀。站厅及站台排风兼排烟管26包括站厅和站台两路，合并后接入排风兼排烟风机3，总路和两条分路均设置有电动风阀。上下行线轨行区的排风兼排烟管28包括上行线轨行区的排风兼排烟管和下行线轨行区的排风兼排烟管，合并后接入排风兼排烟风机3，两条分路均设置有电动风阀。
送风风井8与蒸发冷却机组1之间为第二电动风阀11，送风风井8与直膨机组之间为第三电动风阀12。送风风机4与站厅及站台送风风管24之间的总路和两条分路上分别为第四电动风阀13、第六电动风阀15和第七电动风阀16，直膨机组与站厅及站台送风风管24的总路上为第五电动风阀14。排风风井7与排风兼排烟风机3之间为第八电动风阀17，排风兼排烟风机3与站厅及站台排风兼排烟管26之间的总路和两条分路上分别为第九电动风阀18、第十电动风阀19和第十一电动风阀20。上下行线轨行区的排风兼排烟管28与排风兼排烟风机3之间的两条分路上分别为第十二电动风阀21和第十三电动风阀22。排风兼排烟风机3与蒸发冷却机组1之间为第十四电动风阀23。
直膨机组包括直膨机室外机2-1和直膨机室内机2-2，其中直膨机室内机2-2与蒸发冷却机组1并联，直膨机室外机2-1位于车站两端上下行线之间的迂回风道29内，直膨机室外机2-1和直膨机室内机2-2通过冷媒管相连，迂回风道29上设置有电动风阀，为第一电动风阀6。直膨机室内机2-2与蒸发冷却机组1均安装于地铁的空调机房内。
地铁的出入口通道上设置有地铁出入口无组织进风控制装置5，控制因列车运行活塞风作用而引起的进入地下车站的风量，增加因活塞风作用流出车站的风量。该装置为实用新型专利“一种地铁车站出入口无组织进风控制装置”（专利号：ZL201720015707.9），能利用地铁活塞风特点，被动的利用列车刹车和运行时散发的废热，提高车站温度，还能改善车站空气品质，降低车站CO2浓度。
站厅及站台送风风管24上设置有多个送风风口25，站厅及站台排风兼排烟管26和上下行线轨行区的排风兼排烟管28上均置有多个排风兼排烟口27。
夏季利用当地气候干燥的特点，在新风道内设置蒸发冷却机组1，对地铁车站公共区进行降温，过渡季节采用机械通风和自然通风相结合的模式对车站公共区进行降温，冬季在地下土建新风道或车站通风机房内设置热泵型直膨空调室内机，而直膨机组的室外机设于轨行区机房内，室内机根据内外温度情况对送入站内的空气进行处理，使得送入站内的空气满足车站热环境的要求，从而保证站内环境质量达到规范要求。
蒸发冷却机组是一种蒸发冷却原理进行降温的设备，即当水遇到流动的热空气时，开始汽化，变成气体，吸收空气中的热量，使空气降温，然后利用降温后的冷空气为车站降温，空气越干燥，降温的能力越大。蒸发冷却机组省去了传统空调内的压缩机，大大节约电能，型号如：ZKW型，AJL20-K型。
直膨机组为通过制冷剂直接跟需要处理的空气完成热交换，中间不通过二次换热的空调机组，此机组的特点为不通过二次换热，结构简单，能量利用率高。此机组冬季制热时，室外机吸入的空气温度越高，效率越高，型号如：ZRF型，WRF型。
电动风阀为控制风道的开关而设置的装置，通常只有两种运行模式，即开关模式，电动风阀主要由普通风阀和电动执行结构组成。
本发明的控制运行方法如下：
根据季节的不同，结合地铁车站站台边缘设置的站台门形式，改变列车运行活塞风对车站公共区的气流干扰程度和引起出入口处的通风量，用以控制和利用地铁活塞风。
采用设于地下新风道内蒸发冷却机组和设于新风道或机房内的热泵型直膨空调机组，对送入站内的空气进行处理，通过设于送风管道上的温度传感器反馈的送风温度来控制蒸发冷却机组和热泵型直膨空调机组的运行频率，以控制达到送风温度。
轨行区原本设置有活塞风井31，活塞风井31通过活塞风道33连接到轨行区，活塞风道33上设置有活塞风阀34。本发明平时具体运行模式如下：
1、冬季运行模式为，启动直膨机组，对地铁车站公共区进行升温：
我国严寒地区冬季室外温度很低，为了提高车站温度，满足人员舒适度要求，该系统执行冬季运行模式。此模式下，活塞风阀34关闭，迂回风道第一电动风阀6开启，出入口通道上的地铁出入口无组织进风控制装置5开启，直膨机室内机2-2和直膨机室外机2-1开启，第三电动风阀12、第五电动风阀14、第六电动风阀15、第七电动风阀16开启，直膨机组小新风直流运行，根据站台通过具体设备采集的CO2的浓度值控制直膨机组的新风量。其余电动风阀均处于关闭状态。此种运行模式的优点为可根据车站空气品质调整新风量，满足车站新风量的同时，大大提高了车站空气温度。因为直膨机组的室外机利用的是隧道内的空气温度，此温度较高，不但使直膨机组不至于冷凝端温度过低，造成停机保护，还大大提高了直膨机组制热性能系数COP，节约电能。
2、过渡季节运行模式为，采用机械通风和自然通风相结合的模式对地铁车站公共区进行降温：
过渡季节，室外空气温度清爽、适中，为了最大限度的利用室外空气，该系统执行过渡季节运行模式。此模式下，活塞风阀34开启，迂回风道第一电动风阀6关闭，出入口通道上的地铁出入口无组织进风控制装置5关闭，直膨机室外机2-1关闭，根据站台通过具体设备采集的CO2的浓度值控制直膨机室内机2-2的开启和风机转动频率。此工况运行模式下，第三电动风阀12、第五电动风阀14、第六电动风阀15、第七电动风阀16开启，其余电动风阀均关闭。该模式运行的优点，加大列车运行活塞风效应对车站的影响，最大限度的利用室外空气，满足人员新风及降温要求，节约能源。
机械通风为开启排风兼排烟风机3，开启电动风阀第八电动风阀17、第九电动风阀18、第十电动风阀19、第十一电动风20和活塞风阀34，关闭其他设备及电动风阀。自然通风为利用列车运行时产生活塞效应，产生的从地铁出入口通道进行的空气交换。在过渡季节，当自然通风达不到车站温度及空气品质要求时，开启机械通风，采用自然通风+机械通风联合运行模式。
3、夏季运行模式为，启动蒸发冷却机组1，对地铁车站公共区进行降温：
对于夏季气候干燥，室外气温较高的地区，执行以下运行模式：开启活塞风阀34，迂回风道29第一电动风阀6开启，出入口通道上的地铁出入口无组织进风控制装置5开启，蒸发冷却机组1开启，送风风机4开启，排风兼排烟风机3开启，第二电动风阀11、第四电动风阀13、第六电动风阀15、第七电动风阀16、第八电动风阀17、第九电动风阀20、第十电动风阀21、第十四电动风阀23电动风阀开启，满足站内最小新风量的同时，根据室外和室内焓值比较控制第十四电动风阀23和第二电动风阀11开启的角度。其他电动均风阀关闭。该系统的优点，充分利用当地气候的特点最大限度的减少活塞风及室外热空气对车站热环境的影响，满足人员热舒适的空气品质的同时，降低空调能耗，节约能源。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
包括送风风井（8）、蒸发冷却机组（1）、直膨机组、送风风机（4）和站厅及站台送风风管（24），还包括站厅及站台排风兼排烟管（26）、上下行线轨行区的排风兼排烟管（28）、排风兼排烟风机（3）和排风风井（7）；
送风风井（8）通过风道接入蒸发冷却机组（1）和直膨机组，蒸发冷却机组（1）通过风道接入送风风机（4）再通过风道接入站厅及站台内的送风风管（24），直膨机组通过风道接入站厅及站台内的送风风管（24）；
站厅及站台排风兼排烟管（26）和上下行线轨行区的排风兼排烟管（28）通过风道接入排风兼排烟风机（3），排风兼排烟风机（3）通过风道接入蒸发冷却机组（1）和排风风井（7）；
各路风道均设置有电动风阀。
2.根据权利要求1所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
直膨机组包括直膨机室外机（2-1）和直膨机室内机（2-2），其中直膨机室内机（2-2）与蒸发冷却机组（1）并联，直膨机室外机（2-1）位于车站两端上下行线之间的迂回风道（29）内，直膨机室外机（2-1）和直膨机室内机（2-2）通过冷媒管相连，迂回风道（29）上设置有电动风阀。
3.根据权利要求1所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
地铁的出入口通道上设置有地铁出入口无组织进风控制装置（5）。
4.根据权利要求1所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
站厅及站台送风风管（24）上设置有多个送风风口（25）。
5.根据权利要求1所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
站厅及站台排风兼排烟管（26）和上下行线轨行区的排风兼排烟管（28）上均置有多个排风兼排烟口（27）。
6.根据权利要求2所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
直膨机室内机（2-2）与蒸发冷却机组（1）均安装于地铁的空调机房内。
7.根据权利要求1所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
站厅及站台内的送风风管（24）自送风风机（4）和直膨机组分两路分别进入站厅和站台，两条总路和两条分路均设置有电动风阀。
8.根据权利要求1所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
站厅及站台排风兼排烟管（26）包括站厅和站台两路，合并后接入排风兼排烟风机（3），总路和两条分路均设置有电动风阀。
9.根据权利要求1所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统，其特征在于：
上下行线轨行区的排风兼排烟管（28）包括上行线轨行区的排风兼排烟管和下行线轨行区的排风兼排烟管，合并后接入排风兼排烟风机（3），两条分路均设置有电动风阀。
10.如权利要求1所述的干燥寒冷地区的双能源地铁通风空调系统的控制方法，其特征在于：
夏季启动蒸发冷却机组（1），对地铁车站公共区进行降温；
冬季启动直膨机组，对地铁车站公共区进行升温；
过渡季节采用机械通风和自然通风相结合的模式对地铁车站公共区进行降温。
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2018
- 2018-06-20 CN CN201810633255.XA patent/CN108791341A/zh active Pending
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