焓值控制在地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

摘? 要：針對呼和浩特地鐵一期工程車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)焓值控制技術(shù)的應(yīng)用，分別從設(shè)備安裝、焓值運(yùn)算、二通閥PID調(diào)節(jié)、站廳、站臺公共區(qū)（大系統(tǒng)）以及車站兩端設(shè)備管理用房（小系統(tǒng)）控制工藝五方面進(jìn)行闡述，地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)焓值控制技術(shù)的應(yīng)用大幅降低了能耗節(jié)約了運(yùn)營成本并且通過調(diào)風(fēng)、調(diào)水的方法對地鐵車站環(huán)境溫度自動控制，為廣大乘客與運(yùn)維人員提供良好的乘車環(huán)境。

關(guān)鍵詞：焓值控制;地鐵車站;通風(fēng)空調(diào);PID

中圖分類號：TP273? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）24-0168-03

Application of Enthalpy Optimization in Ventilation System of Subway Station

XU Jianwen

（Beijing Hollysys System Engineering Co.，Ltd.，Beijing? 100176，China）

Abstract：Aiming at the application of enthalpy optimization technology in ventilation and air conditioning system of Hohhot metro phase I project，this paper expounds the control technology from five aspects：equipment installation，enthalpy calculation，two-way valve PID adjustment，station hall，platform public area（large system）and equipment management room（small system）at both ends of the station. The application of enthalpy optimization technology in ventilation and air conditioning system of subway station greatly reduces energy consumption，saves operation cost，and automatically controls the ambient temperature of subway station by adjusting air and water，so as to provide a good riding environment for the majority of passengers and operation and maintenance personnel.

Keywords：enthalpy optimization;subway station;ventilation and air conditioning;PID

0? 引? 言

呼和浩特的地理環(huán)境復(fù)雜，具有四季氣候分明，晝夜溫差大等氣候特點，保證站內(nèi)良好的乘車與工作環(huán)境的同時又要節(jié)約能耗的需求，對通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)提出了很高的要求，基于上述問題，北京和利時系統(tǒng)工程有限公司作為本工程自動化系統(tǒng)集成商，為了滿足客戶需求在此工程中通過BAS系統(tǒng)對通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用焓值控制，對冷水系統(tǒng)應(yīng)用二通閥PID調(diào)節(jié)技術(shù)，保障站內(nèi)舒適的乘車環(huán)境的同時有效地節(jié)約能耗，降低了運(yùn)營成本。

1? 工程概況

呼和浩特地鐵1號線是內(nèi)蒙古自治區(qū)第一條建成運(yùn)營的地鐵線路，全長21.7 km共設(shè)22座車站16個地下站4個高架站，1座停車場1座車輛段，地下車站焓值控制調(diào)節(jié)區(qū)域包括站廳站臺公共區(qū)，車站兩端重要設(shè)備管理用房，該控制范圍主要涉及空調(diào)大系統(tǒng)、空調(diào)小系統(tǒng)、冷水系統(tǒng)、儀器儀表系統(tǒng)等，主要設(shè)備有車站溫濕度傳感器、空調(diào)機(jī)組、冷水機(jī)組、冷凍泵、電動二通閥、定壓補(bǔ)水裝置、新風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)、新風(fēng)閥、排風(fēng)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2? 焓值控制在地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1? 焓值檢測設(shè)備安裝技術(shù)要求

2.1.1? 車站溫濕度傳感器安裝技術(shù)要求

焓值測量用到的車站溫濕度傳感器通常安裝在風(fēng)井、關(guān)鍵設(shè)備房間、車站站臺站廳相關(guān)位置以及車站人員出入密集的地方。溫濕度傳感器主要分為壁掛式和風(fēng)管式，其中壁掛式溫濕度傳感器安裝在關(guān)鍵設(shè)備管理房間、車站控制室、站長室等有人員辦公房間、站廳站臺公共區(qū)等位置，一般安裝于距離地面2 m以上距離或距天花板300 cm處，遠(yuǎn)離門窗冷熱源出入口和送風(fēng)口處，同時應(yīng)考慮便于檢修;遠(yuǎn)離高電磁干擾位置，與強(qiáng)電線纜應(yīng)保持不小于1 000 mm的距離，采用暗配管方式接線如圖1所示。

風(fēng)管式溫濕度傳感器主要安裝于風(fēng)管直管段，且檢測探頭迎向進(jìn)氣方向45°安裝，新風(fēng)管、回風(fēng)管溫濕度傳感器必須安裝在閥門前，同時應(yīng)考慮便于檢修維護(hù);遠(yuǎn)離高電磁干擾位置，與強(qiáng)電電纜之間至少保持1 000 mm的距離，空間允許應(yīng)走獨立橋架采用下進(jìn)線方式接線，如圖2所示。

2.1.2? 其他設(shè)備安裝與技術(shù)要求

車站出入口安裝空氣幕形成強(qiáng)烈下拉風(fēng)將車站與外界隔離避免產(chǎn)生大量能量交換，地鐵車站冷水系統(tǒng)、通風(fēng)大系統(tǒng)、通風(fēng)小系統(tǒng)單機(jī)接口調(diào)試完成，設(shè)備動作準(zhǔn)確無故障，通風(fēng)系統(tǒng)與BAS綜合監(jiān)控系統(tǒng)綜合聯(lián)調(diào)完成[1]。

2.2? 焓值運(yùn)算

焓值是空氣中含有的總熱量，通常以干空氣的單位質(zhì)量為基準(zhǔn)[2]，焓值用符號i表示，計算公式為：

i=1.01t+（2490+1.84t）d

其中，t為室外溫度;d為濕度，即干空氣的含濕量;1.01為干空氣的平均定壓比熱容;1.84為水蒸氣的平均定壓比熱容;2490為0 ℃時水的汽化潛熱。

其中，Kp為比例增益，Kp與比例度成倒數(shù)關(guān)系;Ti為積分時間常數(shù);Td為微分時間常數(shù);U（t）為PID控制器的輸出信號;e（t）為設(shè)定溫度值與現(xiàn)場測量溫度值之差。

2.3? 電動二通閥PID調(diào)節(jié)控制原理

當(dāng)給定值與測量值之差e（t）發(fā)生變化時，U（t）隨之產(chǎn)生線性變化，PID控制器隨著U（t）變化自動調(diào)節(jié)電動二通閥對冷量進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，冷凍水通過電動二通閥流經(jīng)空調(diào)機(jī)組與新風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行冷熱交換，來調(diào)節(jié)站內(nèi)環(huán)境溫度。當(dāng)檢測站內(nèi)環(huán)境溫度高于設(shè)定值（一般設(shè)定值27 ℃），檢測值大于設(shè)定值為正偏差時，電動二通閥負(fù)荷加大，閥門開度逐漸變大，加大冷水流量，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度;當(dāng)檢測值小于設(shè)定值為負(fù)偏差時，電動二通閥負(fù)荷減小，閥門開度逐漸變小，降低冷水流量，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。

2.4? 車站設(shè)備管理用房小系統(tǒng)焓值控制

地鐵車站兩端設(shè)備管理用房系統(tǒng)（統(tǒng)稱小系統(tǒng)）焓值控制，BAS系統(tǒng)通過兩端新風(fēng)井處安裝的溫濕度傳感器對室外溫度、濕度進(jìn)行采集并計算出室外焓值和室外空氣干球溫度，與設(shè)計單位給出的h1=65.9 kJ/kg（27 ℃、60%），h2= 102.2 kJ/kg（36 ℃、60%）焓值參數(shù)進(jìn)行比較，切換空調(diào)小系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的小新風(fēng)、全新風(fēng)、通風(fēng)模式，并配合冷水系統(tǒng)通過電動二通閥對冷水機(jī)組流量的控制，進(jìn)而控制冷熱交換，調(diào)節(jié)站內(nèi)環(huán)境溫度從而達(dá)到預(yù)期狀態(tài)，對冷水機(jī)組冷量需求由BAS判斷冷水機(jī)組設(shè)備運(yùn)行時間和實時負(fù)荷，當(dāng)Q冷（實際冷負(fù)荷）>Q機(jī)（單臺冷負(fù)荷）時兩臺冷水機(jī)組全開，當(dāng)Q冷（實際冷負(fù)荷）≤Q機(jī)（單臺冷負(fù)荷）時開一臺，當(dāng)兩臺冷水機(jī)組總負(fù)荷≤50%時關(guān)閉其中一臺冷水機(jī)組和其連鎖設(shè)備。下文以車站1端空調(diào)小系統(tǒng)焓值控制為例進(jìn)行具體說明，另外一端同理不再贅述。

2.4.1? 小新風(fēng)焓值控制

當(dāng)iw>h1時，本端空調(diào)小系統(tǒng)進(jìn)入小新風(fēng)模式，部分回排風(fēng)通過回風(fēng)閥與新風(fēng)混合后進(jìn)入新風(fēng)管，再次送回車站，其他電動風(fēng)量調(diào)節(jié)閥按表1中對應(yīng)模式執(zhí)行相應(yīng)動作，當(dāng)關(guān)鍵設(shè)備管理用房、車站控制室、站長室等人員辦公房間內(nèi)溫濕度傳感器平均值大于設(shè)設(shè)定值（一般設(shè)置為27 ℃）為正偏差時，空調(diào)小系統(tǒng)運(yùn)行XB1小新風(fēng)模式，配合PID算法通過電動二通閥調(diào)節(jié)冷水流量，與車站送風(fēng)冷熱交換后降低空調(diào)機(jī)組出風(fēng)溫度來調(diào)節(jié)車站小系統(tǒng)管理用房的溫度，反之當(dāng)關(guān)鍵設(shè)備管理用房、車站控制室、站長室等人員辦公房間內(nèi)溫濕度傳感器平均值小于設(shè)定值（一般設(shè)置為27 ℃）為負(fù)偏差時空調(diào)小系統(tǒng)運(yùn)行XB2小新風(fēng)模式，配合PID算法通過電動二通閥調(diào)節(jié)冷水流量，與車站送風(fēng)冷熱交換后提高空調(diào)機(jī)組出風(fēng)溫度來調(diào)節(jié)車站小系統(tǒng)管理用房的溫度。

2.4.2? 全新風(fēng)焓值控制

當(dāng)iw

2.4.3? 通風(fēng)焓值控制調(diào)節(jié)

當(dāng)iw

2.5? 車站站廳、站臺公共區(qū)大系統(tǒng)焓值調(diào)節(jié)

車站大系統(tǒng)范圍包括站廳、站臺公共區(qū)，BAS系統(tǒng)通過實時監(jiān)測車站兩端新風(fēng)井溫濕度傳感器檢測值進(jìn)行運(yùn)算處理后得出室外空氣干球溫度tw，與預(yù)先設(shè)計值進(jìn)行比較，自動切換通風(fēng)大系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的控制模式[3]。

當(dāng)tw≥28 ℃時，大系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備自動切換至夏季機(jī)械排風(fēng)模式DM1，送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行;當(dāng)15 ℃≤ tw≤28 ℃時，大系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備自動切換至夏季機(jī)械通風(fēng)（變頻）模式DM2，排風(fēng)機(jī)以基礎(chǔ)頻率（一般設(shè)置30 Hz）變頻運(yùn)行;當(dāng)0 ℃≤tw≤15 ℃時，大系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備自動切換至過渡季開式節(jié)能通風(fēng)模式DM3，所有風(fēng)機(jī)風(fēng)閥全部關(guān)閉;當(dāng)-10 ℃≤tw≤0 ℃時，大系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備自動切換至冬季閉式節(jié)能通風(fēng)模式DM4，所有風(fēng)機(jī)風(fēng)閥全部關(guān)閉;當(dāng)tw≤-10 ℃時，大系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備自動切換至冬季及惡劣天氣閉式機(jī)械通風(fēng)模式DM5，送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)以基礎(chǔ)頻率（一般設(shè)置30 Hz）變頻運(yùn)行[4]，如表2所示。

3? 工程調(diào)試注意事項以及前置條件

在進(jìn)行焓值控制和PID調(diào)節(jié)之前需要完成風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥設(shè)備單體調(diào)試，冷水系統(tǒng)設(shè)備單體測試、冷水系統(tǒng)聯(lián)動測試，并且采集室內(nèi)外溫度濕度傳感器安裝調(diào)試完成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，BAS系統(tǒng)與通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、冷水系統(tǒng)完成聯(lián)調(diào)聯(lián)試，溫濕度傳感器等檢測設(shè)備安裝位置應(yīng)易于檢修、維護(hù)，遠(yuǎn)離冷熱源出口、門窗等出入口處，防止檢測數(shù)據(jù)的突然波動性，考慮到環(huán)境變化的突然性、檢測設(shè)備數(shù)據(jù)的波動性，防止通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)頻繁切換模式，焓值運(yùn)算采用0.5 h計算一次進(jìn)行模式的切換[5]。

4? 結(jié)? 論

相比傳統(tǒng)地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用機(jī)械式通風(fēng)，本工程應(yīng)用焓值控制和PID調(diào)節(jié)技術(shù)對站內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，通過BAS系統(tǒng)對冷量進(jìn)行計算合理調(diào)配冷水機(jī)組投運(yùn)臺數(shù)提高設(shè)備利用率降低設(shè)備磨損，調(diào)節(jié)效果明顯，站內(nèi)空氣環(huán)境不會因為室外季節(jié)變化、溫差等因素的影響而變化，保證站內(nèi)空氣質(zhì)量、環(huán)境溫度基本保持在預(yù)期設(shè)定范圍內(nèi)，并且降低了能耗，系統(tǒng)不足之處在于：冷水機(jī)組、電動二通閥、冷凍水泵等設(shè)備都接入BAS系統(tǒng)，造成BAS系統(tǒng)接口設(shè)備數(shù)量多，數(shù)據(jù)采集處理量大，程序控制邏輯復(fù)雜等因素，勢必對BAS系統(tǒng)性能提出較高的要求，結(jié)合本項目經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上可以將冷水系統(tǒng)設(shè)備作為獨立系統(tǒng)考慮，設(shè)立獨立控制器，控制冷水系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備，根據(jù)用戶設(shè)定值獨立進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少系統(tǒng)間交互工作量，提高系統(tǒng)控制精度，在一定程度上可以降低維護(hù)難度。

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作者簡介：許建文（1985—），男，漢族，內(nèi)蒙古呼和浩特人，助理工程師，本科，研究方向：軌道交通自動化工程實施。