轨道交通通风空调系统改造研究

时间:2023-05-12 09:41:42

关键词: 轨道  交通  系统 

摘要:以重庆某条轨道交通线路为对象,结合通风空调设备运营现状和能耗现状,论述其改造的必要性。从工程投资、实施难度及实施效果等方面对通风空调系统更新改造方案进行对比分析,推荐采用局部更新改造与地下站通风空调系统节能改造相结合的方案,为后期更新改造项目提供设计参考。

轨道交通通风空调系统改造研究

关键词:轨道交通;更新改造;通风空调;节能改造

1研究背景

国内城市轨道交通建设自2010年便进入建设高峰期,若机电产品的使用寿命按照15a考虑,国内城市轨道交通已逐步进入既有线路通风空调系统改造高峰期。本文研究的改造线路以高架车站为主,通风空调设备、系统已使用超过14a,设备运营现状及能耗现状如下。

1.1设备运营现状

本线路已运营十几年,通风空调系统均不同程度呈现出设备本身、系统制式方面的相关问题:1)地下车站的电动螺杆冷水机组均不同程度的出现了密封圈老化漏油、漏氟,过滤器堵塞油路不畅,冷凝器管壁结垢严重,加减载电磁阀损坏等问题;2)离子棒型电子水处理器难以满足对冷却水去除杂质、防垢去垢及杀菌灭藻等要求,且冷却塔出现填料陈旧、结垢现象,散热效果不佳;3)组合式空调机组和柜式空调机组表冷器锈蚀、阻塞严重;4)设备用房临时采用分体空调代替多联机空调系统。

1.2系统能耗现状

由图1可知地下车站夏季空调用电量较大,占车站动力照明总耗电量的比重较高,导致全年动力照明耗电量变化较大(用电量最低月份仅为最高月份的51%);而高架车站夏季空调耗电量较小,对全年动力照明耗电量的影响甚微。总能耗分析得出高架车站年平均能耗仅为地下车站的28%;动力照明能耗约占总能耗的40%,且既有用电计量系统无法对动力照明用电进行分项计量。从现实经济意义上来看,能源消耗(主要是电力消耗)成本是轨道交通运营的主要成本之一。对于以地下为主的线路,电力消耗成本占总运营成本的40%以上;而本文研究以高架车站为主的改造线路,电力消耗成本约占总运营成本的20%~30%,如节能3%~5%,将节约运营成本1%左右。可见,对既有线进行大修和更新改造的同时,利用新节能技术和通过设计优化进行节能改造非常必要和迫切,并对改造完成后的运营效益有着重要影响。

2大修与更新改造

城市轨道交通的修复一般分为大修和更新改造两类。大修是指运营单位为了改善和恢复既有固定资产的性能状态和生产能力,以此保障运营安全和设备可靠,依据相关维护规程和设备状态对固定资产实施周期性修复工作;更新改造是指以新建、新购固定资产替换需报废、拆除的原固定资产而进行的综合性技术改造和采取重大技术措施,以及对既有固定资产进行系统性改造、改良升级更新[1]。与新建项目不同,更新改造工程设计内容更复杂,不同线路、站点的既有系统现状各不相同,且需要在保证正常运营的前提下开展更新改造工作,实施难度较大。而本线路的通风空调设备、系统已使用超过14a,所有地下车站、地上车站、车辆段、人防通道的通风空调系统均不同程度的呈现出设备本身、系统制式方面的相关问题,不仅影响使用功能需求,还存在消防安全隐患。

3更新改造方案分析

3.1整体更新改造方案

本方案为全部更换已损坏或达到使用寿命的既有设备,需对已损坏的通风空调风管、阀件等进行更新改造。优点是完全能够达到空调系统的设计能力,人体舒适度增加,节能效果较明显,缺点是投资高昂,实施难度大且施工工期长,会对车站正常运营带来一定的影响[2-3]。

3.2局部更新改造方案

本方案仅针对已损坏或老化的设备进行更新改造,即优先考虑对设备进行维修,当维修不能满足使用功能需求或成本较大时,才考虑整体更换。优点是投资较低,实施难度小,对车站运营影响较小,施工期比全部更新改造短,缺点是车站整个通风空调系统能耗节约效果不太明显。

3.3方案对比分析

首先从建设、维护成本及施工难度、周期等方面对两种更新改造方案进行了对比分析(如表1所示)。其次以一个地下车站为例,在对设备进行更新改造的基础上,整个通风空调系统进行节能改造的技术经济比较见表2。以一个地下站的冷水系统和公共区一次回风空调系统设备配置(额定功率分别为120kW的电动螺杆制冷机组,15kW和22kW的冷冻及冷却水泵,30kW的组合空调器及18.5kW的回排风机,所有设备数量均为2台)为例,以重庆空调季170d,非空调季195d,系统每天运行18h估算,该地下站的空调系统节能控制改造后每年可节约电耗约20万kW·h,节省电费约14万元(按0.7元/kW·h考虑),增设的节能控制系统投资增加约60万元。在满足“公共建筑节能改造后,应具备室温调控功能”的前提下,节能控制系统改造的投资回报周期约为5a,符合《公共建筑节能改造技术规范》的相关要求。综合以上比较分析,可得出以下结论:

1)工程投资方面。两种方案均不受设备供货商的限制,采购价格易控制。因本线路大部分设备已达到使用寿命期限,此类设备全部更换成本较高,从投资方面考虑,局部更新改造方案投资远低于整体更新改造方案。

2)工程实施方面。整体更新改造方案属于既有设备整体更新,会对车站系统正常使用造成一定的影响,需设置过渡方案。此外,部分车站现场情况与原有设计图纸存在差异,可能存在新设备尺寸大于既有设备,而设备更换操作空间本来就狭小,同时大型设备的运输也是难点,故在实施更新改造工程时,设备拆除、安装和调试工作都会受到较大影响。建议实施前充分调查现场,确定合理可行的运输路由,对于无运输条件的车站、设备采用散件进场,现场组装方式。

3)实施效果方面。局部更新改造方案完成后,对车站室内热湿环境具有一定的改善效果,而通风空调系统节能改造方案完成后具有以下优点:a.地下车站公共区室内环境明显改善,站厅、站台温度稳定在设计范围,乘客候车舒适度明显提升;b.可根据室内外温、湿度情况,自动选择舒适、节能的运行模式,运营维护工作量大大降低;c.组合式空调器、回排风机等采用变频技术,变电所设置温控系统,大大节约非高峰时段及非空调季的通风设备电耗。根据两种方案的对比分析结论,再结合运营需求及预算等综合比较后,本线路最终采用局部更新改造方案与地下站通风空调系统节能改造相结合的方案,满足室内热湿环境的前提下,最大限度降低系统能耗。

3.4具体设计方案

1)组合式空调机组和柜式空调机组。针对腐蚀、阻塞严重的空调机组表冷段进行更换,同时空调机组内风机与表冷器之间增加检修段位。组合式空调机组、回排风机等采用变频电机并配备变频器,非高峰时段、非空调季通风设备电耗会大大降低。

2)事故风机、排风风机。全线事故风机、排热风机考虑仅更换轴承,并进行动平衡调试和调整加油孔至方便操作的位置。

3)空调水系统。地下站采用新购一级能效变频电动螺杆冷水机组替换已损坏的设备,对应配置新的变频水泵和冷却塔,同时空调末端水管之路上补充设置电动流量调节阀以充分挖掘空调水系统的节能潜力。冷却水侧补充设置成套水处理设备和自动在线清洗装置以提高水质,解决原系统存在的除垢能力弱、耐腐蚀性差等问题。受已投运设备及管线影响,新购大型设备的运输安装成为更新改造工程中的一大难点。本工程实施前充分调查现场,确定两种可行的运输方式:一是制冷机组、公共区回排风机、组合式空调机组部件等设备考虑用轨道车将设备运至相应施工地点后,利用预留吊装孔或组合风阀结构孔洞进行吊装至站厅层,再运至机房,对于影响设备运输的组合风阀、风管和建筑隔墙,采取临时拆卸和事后复原措施;二是无运输条件的车站,设备采用散件进场,现场组装方式。

4)设备用房分体空调。对有条件安装变频多联空调的高架站和车辆段的设备用房进行空调系统的升级改造,采用变频多联机或机房专用空调替换分体空调,消除直接在走道安装空调外机存在的消防安全隐患。

5)新增通风空调节能控制系统。地下车站补充空调群控系统,同时车站空调系统还应具备根据室外和站内温、湿度调节冷冻水量和公共区空调风量的功能,以便控制站内温度,节约冷机能耗和公共区送、排风机能耗。

4结语

1)勘察阶段应仔细摸排现场问题,充分收集各类资料,明确设计文件组成内容,规范化大修及改造设计范围,是制定完备的更新改造计划和实施方案的重要基础。

2)方案设计阶段应对重点方案进行比选,编制招标清单时应充分考虑改造工程量、接口工程量及其界面划分等因素,提高施工图阶段的限额设计质量。

3)局部更新改造与节能改造相结合的方案不仅能有效改善室内热湿环境,还能最大限度节能降耗,建议作为通风空调系统更新改造的主选方案。

4)应密切关注各种新的节能要求和节能技术的发展情况,制定最能满足运营需求和最大限度节能降耗的设计方案,进一步为广大乘客提供更优质的服务。

参考文献:

[1]徐荣辉.逻辑斯蒂方程及其应用[J].山西财经大学学报,2010,3(增刊2):311-312.

[2]周鹤群.上海轨道交通更新改造工程趋势分析和特征研究[J].隧道与轨道交通,2022,36(1):80-85.

[3]徐立煜.上海城市轨道交通线路传输系统大修改造规划研究[J].城市轨道交通研究,2021,24(11):50-55.

作者:赵翔宇 向梅 单位:重庆大学建筑规划设计研究总院有限公司 北京城建设计发展集团股份有限公司重庆分公司

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