轨道交通车站通风空调智能控制与节能研究

轨道交通车站通风空调智能控制与节能研究

马 群

湖北铁路开发有限公司 湖北 武汉 430063

摘要：目前，我国轨道交通的空调系统在夏季是一个非常重要的阶段。智能控制系统将会被外部的气温所影响，环控变频设备的运行频率对设备利用效率及系统能效影响较大。因此，在建设城市轨道交通智能空调系统时，应合理调整系统，避免引起乘客不适或能源浪费。

关键词：轨道交通；通风空调；智能控制；运行调整

引言

作为一、二线城市的主要交通工具，城市轨道交通车站的公共候车区舒适性需要引起人们的重视。目前，国内各地都在进行智能空调控制，既可以实现对温度和风量的智能调节，又可以实现节能降耗。针对这一问题，本文通过对地铁车站的通风和空调系统现状的分析，探讨了其自动化控制系统和节能状况。

1 轨道交通车站通风空调系统概况

1.1 通风空调系统组成

在铁路车站的通风中，通风系统还有公共区域通风空调系统都是大系统，小系统则是车辆内部中的管理系统，同时还有设备机房中的空调通风系统。采用活塞式通风装置与机械式通风装置构成的隧道通风系统，可适应不同巷道的通风形式。大型系统在日常运行时，主要运行于站台和车站区域，一旦发生意外，系统可清除烟雾，保护乘客，使乘客和员工快速疏散。小系统解决了运营管理人员乘坐舒适度的问题，根据设备运行情况提供相应的温度。空调制冷循环系统为车站各种大小系统的末端设备提供冷源，通常以冷源为媒介，故又称空调水系统。

1.2 通风系统能耗情况

本文以 A区1号线地下标准站为例，讨论了其供水系统及各大系统的节能效果，即：采用中央空调，通风系统每年制冷装置运行5个月，通风季运行7个月，获得空调水系统设备装机容量及大系统装机容量，其中，水系统装机容量为387 kw，大系统为111 kv。通过对城市轨道交通空调系统进行分析，得出了城市轨道交通空调系统能耗高的结论。

2 车站大系统与水系统

2.1 车站大系统简介

轨道交通车站公共区域通风空调系统（简称“大系统”）采用全空气双风机一次回风系统，空调机房一般设在车站的一端或两端，采用上送上回风的形式。设备包括：新风机，回排风机，排烟风机，组合式空调机组，风阀，通风管道，管道保温，风口等。大型风机为车站公共区域提供通风空调及排烟服务。根据系统控制模式及节能运行要求，采用无级变频调速调速系统。车站公用区通风空调系统中，每台空调机组、新风机、回排风机各配置1台变频器，通过设于回风静压室或回风总管的温度传感器输出信号，实现变频调速。

2.2 车站水系统简介

站内空调水系统分为冷冻水循环系统和冷却水循环系统两部分。主要设备包括：冷水机组，冷冻水泵，冷却水泵，冷却塔，定压补水装置，水阀，水管道，温度计，压力表，水管保温等。冷冻水系统采用全自动定压补水排气装置，实现定压补水,该设备同时具备压力控制，动态排气和补水功能。冷却水系统由补水管直接补水至冷却塔。冷冻水和冷却水采用循环水旁通处理器，并联水泵和处理器。

2.3 车站夏季运行模式简介

采用焓值控制的大系统。夏季运行模式如下：空调季节室外新风焓值大于车站回风点焓值时，采用空调新风运行。关闭全新风阀，开启小新风机，关闭回风阀，开启回风阀，使回风和小新风混合，处理后送至公共区域。站内通风空调系统在小新风模式下运行时，空调水系统通过管路上设置的各种阀门来调节供水量。

3 通风空调自动控制系统

3.1 大系统优化调整

设定目标回风温度28.9℃，采用自动控制系统调整组合方式，调整空调机组的运行频率，控制公共区域的冷量，调整回风机的运行频率。

3.2 水系统调整方法

在启动水系统时，首先要打开冷却塔的冷却水泵和冷却塔的连锁蝶阀，再打开冷却塔风机、冷水泵、冷机连锁蝶阀，使冷水机组开启。在停水系统中，首先关闭冷水机组，接着关闭冷机链式蝶阀、冷泵、冷却塔式风扇、冷却塔式和蝶式冷却器。①制冷泵的控制方法：变频调速泵可采用同频调速，并将调速与冷凝水进出口压力差相结合，将冷凝水进出口温度差控制在3℃以内，回水温度低于12℃，此阶段不会增大，若回水温度超过12℃，进出水温差超过3℃，则不会降低频率。制冷水泵在运转时发生故障时，能自动启动下一次的制冷水泵。三个同一型号的冷冻泵，若能轮流启动，将极大地改善机组的运行可靠性。②控制水泵的方法：制冷水泵和制冷装置在运行时是联动的，如果水泵发生故障，智能系统会自动停转。三个相同的冷却水泵在运转时，按轮换启动模式，确保了工作时间的一致性，确保了装置的稳定运行。③冷却塔的控制：采取同频控制，根据出塔水温的不同，智能调整频率，使冷却台的出水温度在35 Hz以上。根据冷却塔的实际构造，2个冷却塔可以有2个，但是冷却片是共享的，所以当冷却塔运转时，调节成一个单一的冷水机，2个冷却塔的最低工作频率是25赫兹。当冷却塔发生故障时，下一台冷却塔将会自动启动，采用循环运转方式，以保证装置的可靠性。

4 通风空调智能系统节能情况

4.1 节能措施

关闭小新风机需要注意夏季空调的使用状况和新风量。在节能设计中，经常会出现一些偏差，而且在实际使用中，送回风机的风量与设计的要求并不一致。在大型系统运行时，需要对其进行风量的监测，仅考虑入口的渗风负荷是远远不够的，还需要对屏蔽门的漏风进行观测。通过对屏风和进出风口的新风流量进行了统计，发现这些新的空气流量超过了设计的最大值。对此，在没有必要时，无须打开新风机，因为新风机一打开就会造成站内新风的负载。为了实现节能目的，可以在运行期间增设新风机的方案。根据统计，由于站厅和月台的气温偏低，为了保障旅客的乘坐舒适性，将列车的冷库温度提高2℃，可以使机组的能源消耗减少4%-8%。

4.2 节能效果

2019年7月-9月，在用电节约方面A线的1号和3号线在2018年节约了98.54度电。而传统的大系统设计主要是以负荷中的最大值进行的设计，不能满足部分小负荷。在实际的运作当中，大系统会造成一定的能源浪费，因为大系统在大多数的时间中都是处在局部负荷的状态中，其负荷率一般是在25%-75%之间。为了达到节能减排的效果，因此设计了智能空调控制系统，将风量的大小改变，同时还可以自动控制小新风机以及冷水机组。但是想要达到这两种状况就必须要满足以下两个条件。（1）保证车站的问题是在30摄氏度以下的；（2）站内的换气次数不能低于5次。在风季的时候，大系统智能控制单元根据室内温度、二氧化碳浓度、换气次数等选择风阀，调整送风机，以保证室内正压，使回/排风机与送风机同步运动，并根据实际情况配置小风机，达到节约能耗的目的。

5 结语

综上所述，为改善候车区乘客舒适性，在夏天启动空调制冷循环水系统，将送往车站公共区的新风与空气处理机组的回风混合后送入车站站厅、站台公共区，但若新风量取值不当，不但会影响乘坐舒适性，还会造成不必要的能耗损失。某地铁采用 PID技术，对车站大系统、水系统进行动态智能调整，既能满足乘客乘坐的舒适环境，又能降低能耗。本文详细阐述了夏季空调的运行调节和数据的比较，并就如何在夏季进行空调系统的节能调节进行了分析。

参考文献：

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