重庆市地铁车站冷源系统节能诊断与分析

摘要

近年来，轨道交通产业快速发展的同时，也带来了日益严重的能耗问题。在地铁站点用能系统中,通风空调系统能耗占比较大，而冷源系统能耗又占通风空调系统能耗的 60%以上，因此，车站冷源系统节能不容小觑。由于地铁车站与普通公共建筑相比存在负荷变化不稳定、不同时期客容量规划不一致等特点，故其冷源系统的设计、运行以及能耗特征存在一定特殊性。　　为了推动地铁车站节能工作有效开展，本课题从真实数据入手，详细诊断地铁车站冷源系统设计特点、实际运行情况、能耗影响因素及存在问题。并针对问题，对比不同设计条件下车站冷源系统能耗差异，提出相应解决方案，引导新建车站冷源系统节能设计。　　本文对重庆市不同线路的多座地铁站点进行实地调研，分析了58座地下地铁车站冷源系统各设备，包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵以及冷却塔的参数设计特点、设备连接关系和配比方案，并总结出冷源系统在设计、运行中存在的问题。为进一步验证调研结果，选取12个具有代表性的地下地铁车站进行室内环境、冷源系统性能及运行状况测试。通过冷源系统设计参数及实测分析，发现如下问题：重庆市地下车站室内环境温度普遍较低，各区域环境参数与设计值存在差异；不同车站水系统参数设置不合理，供、回水温度分布范围较广，且远高于设计值；冷水机组均按“初期+远期”负荷配置，未考虑部分负荷需求；普通水冷式冷源系统输配能耗占比过高，而蒸发冷凝式冷源系统，由于无需设置冷却塔，输配系统能耗占比明显较小；虽然实测结果显示“大小系统分设冷源”的形式冷冻水回水温度一致性较强，且冷机性能系数较高，但多数新建车站仍采用 “大小系统合用冷源”的传统设计方法，业界对不同系统形式的优缺点仍在摸索探讨。这些问题的存在，是影响冷源系统性能及能耗的关键因素。　　因此，针对调研与实测诊断的相关问题，本文利用冷水机组数学模型及DeST数值模拟的方法，分析了车站冷源系统在实际运行中参数变化对冷水机组能耗的影响，并模拟了不同冷源配置、不同系统形式以及水泵模式设置对冷源系统能耗的影响。得出如下结论：变冷却水出水温度比变冷冻水出水温度对冷机能耗及性能的影响更为明显；在高负荷率下，改变冷冻水、冷却水出水温度对冷机能耗及性能的影响更为明显；与目前车站常采用的 2 台冷机配置方案相比，车站按远期负荷配置 3 台型号相同的冷机可节约 5%~6%的耗电量，按“初期+近期”负荷配置2台型号不同的冷机可节约12%~15%的耗电量；针对模拟车站，“大小系统合用冷源”的形式与“大小系统分设冷源”的形式能耗差异并不明显；输配系统中水泵变频后，冷冻水泵在车站运营初期、近期、远期可分别节约41.8%、36.7%、30.7%的电量，冷却水泵在车站运营初期、近期、远期可分别节约37.5%、33.4%、26.5%的电量。本课题的研究结果对地铁站点冷源系统设计以及节能运行提供参考。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 地铁冷源系统简介

1.2.1 地铁站冷源系统及冷量需求特点

1.2.2 地铁站冷源系统种类

1.3 国内外研究现状

1.3.1 地铁空调系统能耗研究进展

1.3.2 地铁冷源系统能耗研究进展

1.4 研究目的

1.5 研究内容

1.6 技术路线

2 重庆市地下地铁站点冷源系统设计参数与选型分析

2.1 重庆市地铁现状与对比

2.2 重庆市地铁站点冷源调研

2.3 冷源系统设计现状

2.3.1 地铁冷源系统设计要求

2.3.2 冷源设备设计选型

2.3.3 设备配比分布

2.4 冷源系统运行现状

2.5 本章小结

3 重庆市地下地铁站点室内环境与冷源系统实测诊断

3.1 现场实测方案

3.1.1 性能测试方案

3.1.2 长期监测方案

3.1.3 测试仪器

3.2 地下车站室内环境测试分析

3.2.1 车站室内环境概况

3.2.2 站厅、站台温湿度特征

3.2.3 站内温湿度的日变化

3.2.4 室内环境存在问题

3.3 地铁站点冷源系统性能测试结果与分析

3.3.1 各站点冷源系统测试结果

3.3.2 各站点冷源系统能效分析

3.3.3 各站点冷源系统能耗分析

3.3.4 性能测试诊断

3.4 地铁站点冷源系统运行状况测试结果与分析

3.4.1 各站点冷源系统水温分析

3.4.2 各站点冷源系统能效分析

3.4.3 各站点冷源系统能耗分析

3.4.4 运行测试诊断

3.5 本章小结

4 冷源系统能耗影响因素分析

4.1 冷源参数对系统能耗的影响

4.1.1 冷水机组数学模型选择

4.1.2 冷水机组模型系数确定

4.1.3 参数变化对能耗的影响

4.2 冷源配置对系统能耗的影响

4.2.1 冷源系统能耗模型选择

4.2.2 冷源系统能耗模型建立

4.2.3 冷机配置对能耗的影响

4.2.4 系统形式对能耗的影响

4.3 水泵定频/变频对系统能耗的影响

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目

B 作者在攻读硕士学位期间参加的社会实践活动

C 学位论文数据集

致谢

声明