地鐵車站通風空調系統電氣部分節能改造方案分析

安徽省綜合交通研究院股份有限公司

摘要：城市軌道交通是城市公共交通網絡中的一個不可或缺的組成部分，對于緩解城市的交通壓力、推進城市的發展起到了重要的作用。我國擁有地鐵的城市越來越多，同時還有越來越多的城市也正在籌建地鐵。在地鐵的總能耗中，超過1/4為通風空調系統的能耗。在設計地鐵車站的通風空調系統時往往留有較大的裕量，難免會造成電能的浪費。本文結合實例對地鐵車站的通風空調系統的電氣部分進行了節能改造，希望能夠獲得較好的節能效果，為地鐵車站的通風空調系統的電氣部分節能改造提供一些參考。

關鍵詞：節能改造；電氣改造；通風空調系統

在整個地鐵總能耗中，約有25%-35%為通風空調系統能耗，而通風空調系統用電量中，通風系統的用電量約占65%，空調系統的用電量約占35%?？紤]到中遠期的客流情況和一些極端情況，在設計地鐵車站的通風空調系統時都要留出較大的裕量，這主要是為了在滿足車站所需的制冷量和風量的前提下，盡量不使之處于滿負荷狀態，但這也造成了巨大的浪費。通過多變量的模糊控制技術、高精度傳感器、變頻控制設備，能夠實現對通風空調系統冷卻水泵、冷凍水泵和隧道風機各設備的智能控制，從而達到節能的目的。

1.節能改造實例

北京地鐵對某車站的通風空調系統電氣系統進行了改造，主要體現在3個方面：改造控制系統，加裝傳感器，并設置了一套節能控制系統；改造空調水系統冷卻水泵，加裝變頻控制設備；改造隧道風機，安裝變頻控制設備。該車站的水系統原本有6臺冷凍水泵和4臺冷卻泵水泵，冷凍水泵Pe=15kW、冷卻泵水泵Pe=30kW，主要由車站綜控室進行控制，運行狀態和故障信號都會在車站綜控室中進行顯示。所有的水泵都為工頻運行、直接啟動，對其進行節能改造的主要措施是加裝變頻控制設備。在改造中設置了操作箱和雙電源切換電源柜，放置在隧道風機旁，并在該處設置了操作箱，仍然由車站中控室進行控制故障信號和運行狀態，并返回車站中控室進行顯示，由FAS、BAS系統控制。對于工頻運行、星三角啟動的隧道風機則加裝變頻控制設備[1]。

2.地鐵車站通風空調系統電氣部分節能改造的原則

在地鐵車站通風空調系統的電氣節能改造的過程中，涉及到了地鐵車站的空調水系統和隧道風機，這二者都會對地鐵乘客的乘車感受造成一定的影響。因此節能改造最重要的原則就是不能影響地鐵運營的安全性，并且保障設備耐用可靠，不能影響系統運行的可靠性，也不能對原有系統的運行模式進行輕易的改變。對地鐵車站通風空調系統電氣部分進行節能改造涉及到對空調水系統和隧道風機系統的改造，這都會對乘客的直接乘車感受造成影響，而且一旦發生火災也必須使用隧道風機。根據這一原則，在節能改造中可以設置水泵和隧道風機的節能運行模式，或者增加單獨一套節能控制系統。根據實際工況和運營需要，在工頻運行模式和節能運行模式之間進行切換，從而保障對設備和原系統的運行工況不會被改變，原系統運行模式也不會受到節能改造的影響。一旦發生火災，隧道風機會受到 FAS 系統的監控，自動切換到火災工況運行模式[2]。

3.地鐵車站通風空調系統電氣部分節能改造的措施

3.1地鐵車站通風空調系統的節能改造

參照上文的節能改造實例，地鐵車站通風空調系統的節能改造主要是將溫度傳感器和壓力傳感器安裝在風機的回風道上，并且將環境溫度傳感器安裝在站臺和站廳的公共區域，這樣一來能夠有效地采集壓力和溫度數據，并向節能控制系統上傳。節能控制系統可以根據實際需要來對風機的運行狀況進行調節，既達到了節能的目的，又能夠保障系統運行所需風量得到滿足。通過遠程控制終端，能夠完成變頻和工頻運行模式的自由切換，從而遠程調整隧道風機的運行工況。將變頻控制設備加裝到冷凍水水泵和冷卻水水泵中，同時將溫度傳感器安裝在相應的管道上，監測系統的實時溫度，并對水泵的運行情況進行調整。

3.2改造冷卻水泵、冷凍水泵和隧道風機的一次回路

改造冷卻水泵、冷凍水泵和隧道風機的一次回路的具體措施是將變頻器柜電源回路并聯在配電回路主斷路器的下口。將變頻器旁路加裝到隧道風機上，這樣只要對變頻器和源控制柜的旁路部分的接觸器進行控制，就能夠切換變頻和工頻。而且變頻器旁路接觸器和原控制柜內的接觸器必須相互鎖定，這樣能夠保障切換的順利，又不會影響系統二者的正常運行[3]。

對冷卻水泵和冷凍水泵進行一次系統的改造，主要是增設變頻器旁路，具體改造過程類似于隧道風機的改造。

3.3改造地鐵車站的BAS、FAS系統

在地鐵車站中，存在著獨立運行的BAS和FAS系統，BAS系統主要負責對隧道風機的日常運行狀況進行控制和監視，一旦發生火災，BAS 系統的控制電源就會被自動切掉，FAS系統會對隧道風機進行控制。在正常的工頻狀態下，隧道風機設備正常運行。而在變頻狀態下，FAS、BAS系統會發出啟停指令，來對節能系統進行控制，設備的運行狀態、故障信號都會被BAS、FAS系統返回到綜控室進行顯示。一旦發生火災，如果此時隧道風機在變頻狀態下運行，那么FAS系統就會將系統的控制電源切斷。如果此時隧道風機在工頻狀態下運行，FAS系統會將 BAS 系統的控制電源切斷。由于變頻系統的失電，風機會逐漸停止運行，那么系統又會自動切換到工頻狀態。具體情況見圖1。

為了使以上功能得以實現，在變頻切換電路中連接一組正 / 反啟動命令閉合點，使用強制復位清零節能控制系統。在控制器故障狀態采集點中并入水泵變頻器的故障狀態點，一旦工頻回路或者變頻器旁路出現問題，那么BAS 系統就會得到故障反饋。在中間繼電器控制點中并入變頻器的運行狀態點，由控制器來對水泵的運行狀況進行采集。在變頻切換模塊中并入風機現場控制器，采集輸出的啟/停命令、停止狀態、故障狀態、運行狀態，系統復位清零或者切換到工頻狀態時，BAS 界面就會得到停滯狀態、故障狀態和工頻運行狀態的反饋，從而對工頻起停進行有效的控制。

圖1 隧道風機火災工況控制圖

4.地鐵車站通風空調系統電氣部分節能改造效果

2012年北京某地鐵車站進行了通風空調系統電氣部分的節能改造，運行至今取得了較好的改造效果，BAS/FAS 系統運行正常、功能完善。由于該節能改造方案涉及到了地鐵車站的排煙工況，因此改造了FAS 系統對隧道風機的控制部分，運行以來沒有出現異?，F象。通過消防測試確定IBP 盤控制風機啟停、排煙系統工變頻切換等功能運行良好。對于節能改造工程中加裝的節能系統，其各種控制設備和部件投入運行之后均運行穩定，在試運行階段，BAS/FAS 系統和通風空調系統均未反饋故障信息。對該車站實行通風空調系統的電氣部分節能改造之后，通過測試發現綜合節能率超過30%，節能效果良好。

5.結語

對地鐵車站通風空調系統電氣部分進行節能改造是非常必要的，其具有良好的經濟性、可行性，并且能夠達到節約能源的目的。通過變頻節能控制，能夠實時調節設備負荷，從而調節整個地鐵車站通風空調系統。當前地鐵車站通風空調系統電氣部分的節能改造已經在越來越多的城市的地鐵改造中發揮了重要的作用，實現了節能減排的目的。

參考文獻：

[1] 徐馳，劉英杰. 大連地鐵通風空調系統方案研究與分析[J]. 鐵道工程學報. 2012（10）

[2] 李金法. 綜合監控系統參與通風空調系統的節能優化控制流程研究[J]. 科技創新與應用. 2014（16）

[3] 龔偉，宋潔. 上海軌道交通車站設備用房通風空調系統問題的調查研究[J]. 城市軌道交通研究. 2013（01）

作者簡介：

姓名：章家亮，工作單位：安徽省綜合交通研究院股份有限公司。