BAS自动模式控制技术在地铁环控中的应用

BAS自动模式控制技术在地铁环控中的应用

孙建龙

郑州地铁集团有限公司，河南 郑州 475000

摘要：《地铁设计规范》里指出，BAS应能通过对环境参数的检测，对能耗进行统计分析，控制通风、空调设备优化运行，提高地铁整体的环控舒适度，降低能源消耗。本文对BAS自动模式控制技术在地铁环控中的应用进行分析，以供参考。

关键词：BAS自动模式控制技术在地铁环控中的应用

引言

轨道交通是重要的城市基础设施，当前我国城镇化建设快速发展及“一带一路”倡议全面实施，轨道交通、地铁车站建设飞速发展。列车牵引、车站动力照明是轨道交通用能体系中最主要的２个分项，而通风空调（环控）系统能耗通常在车站能耗中占比最大。已有研究指出，北方地区牵引、环控能耗分别占地铁总能耗的１／２和１／３，而南方地区环控能耗占总能耗的１／２左右。因此，地铁车站节能尤其是其环控系统节能是轨道交通节能工作的一项重点。

1自动模控工作原理

BAS通风模式控制中设置自动模控功能，采集主要位置(站厅站台公共区、新风道、冷水机组出风口、回排风静压箱、设备房温湿度等)传感器的温/湿度数值，通过焓值计算，自动模控依据焓值进行判断，对大小系统中全新风模式、小新风模式和全通风模式之间进行自动切换，并通过PID参数调节组合空调、回排风机的工作频率及动态流量平衡阀的开度。原则是先调节通风模式，后调节阀开度和风机频率来实现自动模控的控制，以用于改善车站公共区和设备房的温/湿度，实现设备节能与车站舒适度的同时兼顾。

2车站环控系统难点分析

1）计算方法不成熟。在地铁设计的相关规范、标准中缺少环控大系统的具体计算过程、方法和公式，没有行业内标准的计算方法；因此对环控大系统的风量、冷量等设计计算，更多的需要设计人员进行自主学习钻研，归纳总结。2）设计经验不足。主要体现在两个方面：一是设计人员资历浅，专业技术掌握不够深、不够广；二是设计人员工程经历少，近年来，地铁建设粗放式发展，导致新加入地铁设计行业的工作人员更多的是埋头画图，缺少跟随工程施工、验收、回访的过程。3）专业间配合复杂。地铁车站环控大系统受多种因素影响，牵涉到地质、行车、客流、建筑、结构、电力等十几个专业，同时需要地铁运营部门的经验数据指导。

3环控通风系统

测试站公共区的通风系统（下称大系统）原理，大系统采用全空气直流通风系统，车站两端各设置一条送风道和一条排风道，在送风机前布置一台冬季小新风机，每端系统设备各承担半个车站公共区的通风系统所需风量，送、排风机均为变频运行，以满足不同风量下的运营需要，轨行区排风由列车顶排风，排风口与列车空调冷凝器的位置对应，与传统的轨行区通风系统相比，取消了轨底排风。夏季正常运行时，车站大系统开启送、排风机，关闭站台门上方的电动可调风口；过渡季正常运行时，车站大系统关闭送、排风机，开启站台门上方的电动可调风口，从出入口自然补风；冬季正常运行时，车站大系统开启新、排风机，关闭站台门上方的电动可调风口，车站在冬季运行时，为防止室外冷风大量渗入，在各出入口与地面连接处加装了挡风门帘。

4环控系统设计

车站两端区间通风机房内设置2台可逆转耐高温轴流风机和相应活塞/机械风阀，活塞风道净面积16m²，机械风道净面积12.5m²，通过相关风阀的启闭，系统可进行活塞通风的转换，每端2台风机亦可通过风阀的转换，并联运作或相互备用，满足车站相邻区间隧道正常工况、阻塞工况通风降温或火灾工况时的排烟要求。车站两端排热风机房内分别设置1台排热风机，和站台下排热风道及屏蔽门处车行区顶排热风道连通（车站主体与端头井的车行区顶上设置排烟风管和排烟口，并与排热风道连通），通过风阀转换，与TVF通风系统联合运作以实现区间隧道在正常工况、阻塞工况的通风排热和火灾工况时进行排烟，站台发生火灾时，需要借助排热系统和TVF通风系统联合排烟。

5地铁环控风系统性能参数

5.1实测方案

空调箱主要实测参数为进出风温湿度、送回风风量和输入功率，回排风机主要测试参数为风量与输入功率。计算空调系统供冷能效比还需测定冷水机组、冷却塔、水泵的输入功率。上述参数均需在正常空调设计工况下测定，参数稳定１５ｍｉｎ后开始测量。依据国家相关空调检测标准，所有设备功率均从地铁车站环控电控室机柜上读取，并用钳形功率表检测机柜后面相关线路进行核对。

5.2空调系统供冷能效比随运营年限变化特征

通过对１８个车站冷水机组、冷却塔、空调箱、水泵、回排风机功率的实测，计算得到地铁运营近期、中期和远期的空调系统供冷能效比。体温度为２０～２５℃），导致空调季车站冷负荷较小，而地铁站内换热设备空调箱、冷水机组及冷却塔的容量多依据远期最不利工况（即车站冷负荷最大）来选定。故在运营近期空调箱等换热设备均在较低负荷率下运行，大马拉小车现象严重，导致设备总耗功率最大，运营近期地铁车站的空调系统供冷能效比最低。地铁车站运营中期，由于车站负荷率较高，换热设备在能效较高的状态下运行，空调箱、冷水机组和冷却塔等设备的换热效果良好，空调系统供冷能效比较高。而到了远期，虽然车站空调季的负荷率仍很高，但是随着运营年限的增加，空调箱、冷水机组和冷却塔等换热设备的换热效率明显下降，导致设备总耗功率增大，引起空调系统供冷能效比下降。因此，总体上呈现地铁车站运营近期和运营远期空调系统供冷能效比较低，运营中期较高的变化特性。

6 BAS自动模式控制技术在地铁环控中的应用

6.1温/湿度传感器数值校核阶段

自动模控中焓值数值的计算关键在于车站主要位置的温湿度传感器的数值，传感器数值准确度对自动模控运行有很大的影响，通过将手持式温湿度传感器(精度高于或者等于现场安装的传感器)放置在已安装温湿度传感器附近，待传感器显示数据稳定后(5min左右)，记录手持式温湿度传感器数值和目前综合监控界面显示对应温湿度的数值，记录温度和湿度偏差大(温度偏差＞1℃，湿度偏差大于4%RH)的设备，对偏差大的传感器进行处理，如果经过处理的传感器经测量还达不到要求，则需要更换新的传感器，保证地铁中运用的传感器精度都满足自动模控运用的要求和标准。

6.2自动模控程序验证阶段

通过在夏季通风季车站大小系统通风模式执行自动模控，验证自动模控运行效果。是否能够达到自动调节车站的温/湿度，乘客对公共区温/湿度能不能达到一个满意的效果，并通过采集高能耗设备电量数据和温湿度数值，与往年同期的设备能耗数据进行对比，即可验证自动模控能否达到运营的标准和要求。如果通过数据比对，温/湿度数据变化较小并满足乘客的舒适度要求，且设备的能耗数据也处于下降趋势，则证明BAS系统执行自动模控是控制通风设备的最优控制方式。

7论论

1）车站环控大系统计算过程中，要注重对不同城市、不同地区的基础资料进行实地考察和调研。2）车站环控大系统受多种因素影响，计算时需逐条、逐项地进行分析研究，以确定更加合理的数值。3）地下车站空气系统相对封闭、人员流动性大，需要进行现场实测，充分结合实测数据。4）地铁环控系统涉及专业众多，控制运行复杂，需要设计人员对其他相关的专业知识有所了解。

结束语

严寒地区地铁车站由于夏季室外温度较低，且土壤温度较低，公共区温度为２０．９～２４．７℃，可满足公共区温度控制要求；冬季由于室外温度过低，公共区温度为６．２～１０．７℃，略低于设计规范要求，需进一步减小冬季室外冷风渗透带来的影响；过渡季公共区温度为１８．４～２０．０℃，满足公共区温度控制要求。

参考文献

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