第27卷第 2期
2008年 4月
建 筑 热 能 通 风 空 调
Building Energy&Environment
V0l-27 No．2
Apr．2008．69-72
文章编号：1003—0344(2008)02—069—4
地铁运行初期通风空调系统能耗模拟与分析
丁大勇 1许玲 ：朱培根 何长洪
(1解放军理工大学工程兵工程学院；2南京市地下铁道总公司运营分公司)
摘 要：以南方某无屏蔽门地铁通风空调系统为研究对象，通过软件模拟，分析了地铁运行初期其通风空调系统
能耗状况，研究了系统全年能耗分布及构成。结果认为，空调耗能是整个系统耗能的主要表现形式；在地铁运行初
期，除了大系统能耗占了绝对比重外，小系统能耗比重超过了30％，对小系统的节能研究是体现整个系统节能效
果的另一个关键点。
关键词：地铁 通风空调 能耗 模拟
Energy Consum ption Sim ulation and Analysis of Ventilating and Air
Conditioning System of Metro during it’S Primary Stage Service
DING Da-yong ，XU Ling2，ZHU Pei-gen ，HE Chang-hong
1 Engineering Institute of Engineering Cops．PLA University of Science& Technology；
2 Nanjing Metro Company Limited Affiliated Company of Operation
Abstract：Selecting a ventilating and air conditioning system of metro without Platform Screen Door(PSD)in the south
ofChina as study object，the distribution and constitution ofwhole year energy consumption were analyzed．According to
the result，energy consum ption of air conditioning was the major part in the whole system．During primary stage service
of metro，the proportion of energy consumption in metro small system was more than 30％．The energy efficiency of
metro small system was the other key point to contribute to the low energy consum ption．
Keywords：metro，ventilating and air conditioning，energy consum ption，simulation
0 引言
1969年北京地铁建成通车，我国第一条地铁线路
建成。之后，天津地铁和上海地铁分别于 1984年和
1995年建成通车[1】。但是，地铁运营的高费用某种程度
上制约了地铁的发展。一般认为空气调节设备的用电
相当于整个地铁运营总能耗的40％t2~。在空调和机械
通风运行期间，其能耗在全部的地铁能耗中占相当大
的比例，甚至超过了列车的牵引能耗[31。随着全球能源
的日益紧缺，地铁通风空调系统节能的呼声越来越高。
地铁运行年段可划分为三个阶段，即初期、近期
和远期。一般认为初期 7年，近期 15年，然后进入远
期。初期至远期，客流量增加，发车对数增多，地铁内
部温度逐步升高趋于稳定，通风空调系统能耗也相应
变化。对不同时期通风空调系统能耗的模拟分析，有
助于发现该时期系统节能的关键部位，本文就无屏蔽
门地铁运行初期通风空调能耗情况进行探讨。
1 地铁通风空调系统组成
地铁通风空调系统一般分为：车站站厅站台公共
区通风空调系统，以下简称大系统；车站管理、设备等
附属用房通风空调系统，以下简称小系统；区间隧道机
械通风及活塞通风系统 ，以下简称隧道通风系统。
以南方某无屏蔽门地铁车站为例，大系统共设空
调机组4台，送风机全频工作 50 Hz，单台功率 55 kW，
收稿日期：2007—10—5
作者简介：丁大勇(1982～)，男，在读硕士研究生；解放军理工大学工程兵工程学院内设教研室(210007)；
E—mail：dingdayong1982@126．tom
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建 筑 热 能 通 风 空 调 2008生
初期运行频率25 Hz；回排风机 4台，全频工作 50Hz，
单台功率 37 kW，初期运行频率25 Hz；冷水机组4
台，COP为4．7；冷冻水泵4台，单台流量 187 t／h，功率
22kW；冷却水泵4台，单台流量 190t／h，功率 26kW；
冷却塔4台，单台风机功率 7．5 kW。小系统风机均为
定速风机，所有风机总功率为 90 kW；冷水机组 1台，
COP为4．5；隧道通风系统隧道通风机(TVF风机)正
常通风为低速运行，功率 37 kW。
2 能耗模拟
2．1 通风模式及方案
对于地铁，有以下通风模式嗍：
①全线闭式运行。全部机械风井关闭，只有乘客
出人口与外界相连。利用列车活塞作用通过各车站乘
客出人口进行隧道及车站的通风换气，如图1所示。
图 1闭式通风模式
②全线开式运行。利用隧道风机(T、 风机)或者
大系统排风机排风，车站乘客出人口进风。此种通风
模式可以增加通风量，并充分利用室外新风冷却站
台，如图2所示。
图2开式通风模式
③夜间通风模式。全线采用夜间通风，在夜间列
车停运以后，关闭车站出人口，开启隧道风机隔站送
排风通风换气，消除隧道及车站内废热，如图3所示。
图3夜间通风模式
地铁运行时，根据实际情况，将以上通风模式加
以组合，从而形成具体的通风方案。
2．2 热模拟方案
《地铁设计规范}(GB50157．2003)(以下简称 《规
范》)对地铁热环境标准作了明确规定圈，特别是对隧
道及车站的温度作了具体要求。对于南方地铁，一般
除了设置通风系统外 ，还要设置空调系统 ，夏季室外温
度过高时，开启空调系统确保车站温度不超标。地铁
热模拟就是在确定通风方案及空调系统是否开启基础
之上，模拟出地铁隧道及车站的温度情况，以此检验其
是否满足要求，从而修改通风方案及空调系统启停时
间，使之最终符合要求，与此同时计算出空调系统的冷
负荷。从节能的角度出发，热模拟方案的拟定原则为：
①充分利用列车活塞作用通风，尽量减少机械通
风及空调系统的使用；
②开式运行时，风机耗能大，只要隧道及车站热环
境能满足要求，尽量不采用；
③机械通风时，如果采用大系统风机通风，由于组
合式空调机组有表冷器等大阻力管件，能耗大，因此尽
量只采用回排风机“只排不送”通风方式，以减少能耗。
根据以上原则确定热模拟方案，如表 1所示。
表 1热模拟方案表
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寝 ⅢH i
肯 岛 (7 00～l 00，t7 00～Il。00)
2_3 大系统空调冷负荷
按照热模拟方案，结合客流量、列车行车计划、设
备发热量、结构传热等一系歹0参数，采用清华大学地铁
热环境模拟软件(STESS)进行模拟，隧道及车站热环
境满足《规范》要求，其逐月空调冷负荷如表 2所示。
表2大系统模拟冷负荷
时 间
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
1O月
11月
12月
合计
2．4 大系统模拟能耗
以软件模拟的通风方案及空调冷负荷为依据，考
虑到大系统风机变频、冷水机组COP、送回风焓差、送
回水温差等一系列参数，通过模拟计算得出了大系统
的逐月能耗值，其结果如表3所示。
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第27卷第2期 丁大勇等：地铁运行初期通风空调系统能耗模拟与分析
表3大系统模拟能耗(千kWh) 3 结果分析
冷水 送
机组 风机
0 O0 0 O0
l4 78 0 79
26 74 I 44
6l 68 3 3l
l45 64 7 82
I2I 6l 6 53
793l 4 26
37 82 2∞
487 59 26l 7
2．5 小系统模拟能耗
小系统与大系统不同，它相对封闭，受地铁活塞
风等外界干扰较少，跟一般的单建式浅埋工程有相似
之处，模拟过程中采用自主开发的地下工程负荷模拟
软件进行求解计算，由于小系统风机数量相对繁杂，
而运行时间基本相同，故各风机能耗不一一列出，空
调系统能耗简化平分到空调季 6月至 9月这 4个月
中，小系统各月总能耗如表4所示。
表 4小系统模拟能耗
2．6 隧道通风系统模拟能耗
隧道通风系统在初期运行时，主要参与夜间通
风，通风换气，排除地铁废热，时间为每日1小时，时间
为4：00~5：00，其能耗如表 5所示。
表 5隧道通风系统模拟能耗
2 22
2 22
2 22
2 22
2 22
2 22
2 22
2 22
2 22
2 22
2 22
2 22
26 64
将各系统的能耗分析情况进行汇总。图4显示了
整个通风空调系统全年能耗的分布情况。
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●
／＼
／ ＼
／ ＼
／ ＼
／ ＼
● — — _．— - — ’
图4通风空调系统全年能耗分布图
由分布图可以看出，由冬季进入过渡季，通风空调
系统能耗缓慢上升，而从过渡季进入夏季，其能耗陡然
上升。从模拟的数据上来看，仅冷水机组的总能耗就
达到了近500千 kWh，说明一旦开启空调系统，整个
系统的能耗会迅速上升 ，初期运行如此，而到了近期 、
远期运行，空调冷负荷会继续增加，其能耗也有增无
减，如何节省地铁空调系统能耗经济效益将十分明显。
在模拟数据的基础之上，将大系统、小系统以及隧道通
风系统能耗进行横向对比。图5显示了整个通风空调
能耗的构成情况。
- H - 通M^
图 5通风空调系统能耗构成图
由能耗构成图可以看出，地铁运行初期，大系统能
耗占到了绝对比重，隧道通风系统能耗则非常小，而小
系统能耗占到了30％以上，比重很大。随着地铁运行
年段的增加，大系统及隧道通风系统能耗比重将有所
增加，而小系统能耗比重则逐渐下降。因此，在地铁运
行初期，除了要很好地控制大系统能耗以外，对小系统
节能的技术研究将对整个系统的节能效果起到明显的
作用。
4 结论
本文以南方某无屏蔽门地铁车站通风空调系统为
籼 88
脚竖88㈣ ㈣ 一
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问一月月月月月月月月月月 月 帅一 堋 鲫 悯一 堋 嗍 咖甜
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建 筑 热 能 通 风 空 调
研究对象，通过软件模拟，分析了地铁运行初期通风
空调系统能耗状况，得出了其全年能耗分布及能耗组
成情况，结果表明：
①地铁运行初期，夏季能耗要远远大于冬季及过
渡季能耗 ，空调系统耗能是整个系统耗能的主要表现
形式。
②地铁运行初期，隧道通风系统能耗比例很小，
而小系统能耗占到了30％以上，除了要控制好大系统
的能耗之外，对小系统节能措施的挖掘是体现运行初
期节能效果的另一个关键点。
(上接 55页)
参考文献
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+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ 一+ -+ 一+ 一+ --4--+ -+ -+ -+ 一+ -+ 一+ -+ 一+ -+ 一+ -+ -+ 一+ -+ 一+ -+
(a)冷却塔①
(b)冷却塔②
(c)冷却塔③
图5冷却塔不同容量时地埋管换热器出口流体温度
5 结论
混合式地源热泵系统的优化是以其控制策略为
基础的，不同地区气候条件存在差异，最佳控制策略
亦不尽相同。本文选择温差控制为例，从钻孔深度 、孔
间距、冷却塔容量几个方面对混合式地源热泵系统的
优化进行了初步的模拟与分析。结果显示：增加钻孔
深度能有效改进地埋管换热性能，降低能耗，在钻孔成
本相对较低的地区宜采用80m以上的深钻；通常情况
下孔间距的最佳取值范围为 3~6m；冷却塔容量的变
化对系统运行效果和费用的影响不大，一般选择比理
论值大一型号即可。影响混合式地源热泵系统运行效
果和能耗的因素还有很多，如流体流速、埋管管径等
等，此外，当地的水文地质条件、场地大小、交通运输等
也影响到系统的初投资，因此要因地制宜，综合全面地
考虑与平衡。
参考文献
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