地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制的實(shí)現(xiàn)及效果

文 / 西安市軌道交通集團(tuán)有限公司建設(shè)分公司 鐘銳楠

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制策略概述

依據(jù)地鐵的負(fù)荷及能耗特點(diǎn)，本方案主要通過(guò)對(duì)控制對(duì)象采取優(yōu)化的控制措施從而實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各類變頻風(fēng)機(jī)頻率，適應(yīng)地鐵負(fù)荷的變化，節(jié)約風(fēng)機(jī)能耗；

（2）對(duì)冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)、冷水機(jī)組出水溫度、冷凍水泵頻率及電動(dòng)二通閥的調(diào)節(jié)采取優(yōu)化控制措施，降低水系統(tǒng)能耗。

通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能工藝實(shí)現(xiàn)控制策略

通風(fēng)工藝根據(jù)車站實(shí)際內(nèi)外環(huán)境，提出了準(zhǔn)確控制風(fēng)機(jī)頻率，保證車站滿足環(huán)境的指標(biāo)要求，為了實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)通風(fēng)工藝要求，本章將會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的控制策略方案分析。

空調(diào)機(jī)組頻率調(diào)節(jié)

空調(diào)機(jī)組為一次回風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)配置變頻器，通過(guò)改變頻率能夠調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)量，減少能源的消耗。

空調(diào)季空調(diào)機(jī)組控制策略。在空調(diào)季，為了使本端公共區(qū)站內(nèi)平均溫度=設(shè)定溫度，根據(jù)本端公共區(qū)站內(nèi)平均溫度與站內(nèi)設(shè)定溫度的差值及冷凍水溫度等參數(shù)進(jìn)行組合式空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)頻率優(yōu)化調(diào)節(jié)，同時(shí)根據(jù)公共區(qū)CO濃度做保護(hù)。具體調(diào)節(jié)趨勢(shì)如下：

本端公共區(qū)站內(nèi)平均溫度tn＞tset，風(fēng)機(jī)頻率提高；

本端公共區(qū)站內(nèi)平均溫度tn＜tset，且二氧化碳濃度CCO≤Cset，風(fēng)機(jī)頻率降低。

回排風(fēng)機(jī)頻率調(diào)節(jié)

地鐵通風(fēng)系統(tǒng)回排風(fēng)機(jī)配置變頻器，通過(guò)改變頻率可以調(diào)節(jié)回排風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，減少能源的消耗。

送排風(fēng)機(jī)均運(yùn)行時(shí)，回排風(fēng)機(jī)的頻率f根據(jù)組合式空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)頻率及各風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量計(jì)算得到，可以根據(jù)計(jì)算得到的頻率進(jìn)行回排風(fēng)機(jī)頻率的即時(shí)調(diào)節(jié)。計(jì)算公式如下：

f為回排風(fēng)機(jī)頻率，f1為組合式空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)頻率

Q為組合式空調(diào)機(jī)組額定（工頻）風(fēng)量（xxxm/h）

Q為回排風(fēng)機(jī)額定（工頻）風(fēng)量（xxx m/h）

Q為小新風(fēng)機(jī)的額定（工頻）風(fēng)量（xxx m/h）

具體風(fēng)量以工點(diǎn)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

只送不排時(shí)，按照空調(diào)機(jī)組頻率調(diào)節(jié)算法進(jìn)行調(diào)節(jié)。

水系統(tǒng)節(jié)能工藝實(shí)現(xiàn)控制策略

地鐵車站大系統(tǒng)和小系統(tǒng)共用一套冷水系統(tǒng)，由車站冷水機(jī)組提供冷凍水。水系統(tǒng)節(jié)能工藝主要包括：

冷機(jī)啟停控制

自動(dòng)開(kāi)機(jī)策略：

（1）系統(tǒng)當(dāng)前模式為夏季且系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間在制冷系統(tǒng)時(shí)間表內(nèi)；

（2）tw ＞ tset1；

兩個(gè)條件同時(shí)滿足且持續(xù)Tm時(shí)，向冷站系統(tǒng)發(fā)送開(kāi)啟冷機(jī)指令（開(kāi)啟其中一臺(tái)）。

注：

tw ：車站室外平均溫度；

tset1 ：冷機(jī)切換新風(fēng)溫度（由設(shè)計(jì)給定）；

Tm ：冷機(jī)切換新風(fēng)溫度持續(xù)時(shí)間。

自動(dòng)停機(jī)策略：（1）系統(tǒng)當(dāng)前日期不處于空調(diào)季；

（2）tw ＜ tset1-2℃，同時(shí)滿足持續(xù)時(shí)間為Tm；

上述條件滿足其一，向冷機(jī)發(fā)送關(guān)機(jī)指令。

冷機(jī)臺(tái)數(shù)及負(fù)荷調(diào)節(jié)控制

BAS系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷情況對(duì)冷機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。冷機(jī)的負(fù)荷數(shù)據(jù)是由冷機(jī)自身來(lái)提供，通過(guò)BAS與冷機(jī)的接口，由冷機(jī)將負(fù)荷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給BAS系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)檢測(cè)的冷機(jī)負(fù)荷率以及溫差的變化，來(lái)進(jìn)行冷機(jī)臺(tái)數(shù)的增減，具體過(guò)程如下：

（1）單臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)運(yùn)行冷機(jī)的負(fù)荷率大于設(shè)定負(fù)荷率m（如90%），且持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定時(shí)間t，且冷凍水供水溫度大于設(shè)定溫度T1，則增加一臺(tái)冷機(jī)投入運(yùn)行。（2）兩臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)兩臺(tái)冷機(jī)的負(fù)荷率之和小于設(shè)定負(fù)荷率m（如8：5%），且持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定時(shí)間t，且冷凍水供水溫度小于設(shè)定溫度T，則減少一臺(tái)冷機(jī)運(yùn)行。

因冷機(jī)的啟停過(guò)程需時(shí)較長(zhǎng)，啟停過(guò)程中會(huì)對(duì)水溫、壓力、水量等產(chǎn)生較大的影響，因此應(yīng)避免人為頻繁的改變冷機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)。

冷水系統(tǒng)設(shè)備控制策略

（1）冷凍水泵頻率調(diào)節(jié)。為了避免大流量小溫差運(yùn)行導(dǎo)致的水泵能耗浪費(fèi)，冷凍水泵根據(jù)冷凍水供回水溫差（設(shè)計(jì)溫差為5℃）來(lái)進(jìn)行頻率地優(yōu)化控制，當(dāng)實(shí)際溫差大于設(shè)計(jì)溫差時(shí)，提高頻率；實(shí)際溫差小于設(shè)計(jì)溫差時(shí)，降低頻率。

（2）最不利末端壓差保護(hù)。對(duì)于可能出現(xiàn)的最不利末端壓力不夠的情況，在冷凍水泵的頻率控制中，設(shè)置最不利末端壓差保護(hù)功能，控制邏輯如下：

根據(jù)壓差傳感器的測(cè)量值，當(dāng)實(shí)際壓差小于設(shè)定最小壓差時(shí)，停止按照供回水溫差進(jìn)行冷凍水泵的頻率控制，保持當(dāng)前水泵運(yùn)行頻率不變；如實(shí)際壓差小于設(shè)定最小壓差值，且持續(xù)時(shí)間t，則逐步提高冷凍水泵運(yùn)行頻率，直到實(shí)際壓差大于設(shè)定最小壓差值，停止提高頻率，水泵保持當(dāng)前頻率運(yùn)行；如實(shí)際壓差大于設(shè)定最小壓差的持續(xù)時(shí)間t，恢復(fù)按照供回水溫差進(jìn)行變頻控制。

（3）冷卻水泵臺(tái)數(shù)控制。冷卻水泵為工頻控制，為了避免大流量小溫差運(yùn)行導(dǎo)致的水泵能耗浪費(fèi)，冷卻水泵根據(jù)冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)進(jìn)行啟停控制，當(dāng)冷水機(jī)組運(yùn)行一臺(tái)時(shí)，冷卻水泵啟動(dòng)一臺(tái)；當(dāng)冷水機(jī)組啟動(dòng)兩臺(tái)時(shí)，冷卻水泵也相應(yīng)啟動(dòng)兩臺(tái)。

（4）冷卻塔風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)控制。冷卻塔風(fēng)機(jī)為工頻控制，冷卻塔風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)控制根據(jù)冷卻水回水溫度進(jìn)行控制，具體為：

當(dāng)冷卻水回水溫度大于設(shè)定低限溫度t，小于設(shè)定高限溫度t（即：t≤t≤t），且持續(xù)一定時(shí)間T，則運(yùn)行一臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)；

當(dāng)冷卻水回水溫度大于設(shè)定溫度t，且持續(xù)一定時(shí)間T，則運(yùn)行兩臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)；

當(dāng)冷卻水回水溫度小于設(shè)定溫度t，且持續(xù)一定時(shí)間T，則關(guān)閉所有冷卻塔風(fēng)機(jī)。

（5）電動(dòng)二通閥調(diào)節(jié)控制。BAS系統(tǒng)二通閥開(kāi)度采用定時(shí)調(diào)節(jié)功能，具體調(diào)節(jié)方式按以下規(guī)則進(jìn)行：

大系統(tǒng)二通閥可根據(jù)送風(fēng)溫度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)

當(dāng)送風(fēng)溫度大于設(shè)定溫度，且持續(xù)一定時(shí)間T時(shí)，要減小二通閥的開(kāi)度；

當(dāng)送風(fēng)溫度低于設(shè)定溫度，且持續(xù)一定時(shí)間T時(shí)，二通閥開(kāi)度增大。

節(jié)能效果檢驗(yàn)方案

針對(duì)地鐵線路在開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后，為了檢驗(yàn)節(jié)能方案實(shí)施效果，特采取以下檢驗(yàn)方案：

在地鐵線路選取一座典型車站，在一定時(shí)間內(nèi)該站BAS系統(tǒng)按照通風(fēng)空調(diào)節(jié)能控制策略方案運(yùn)行BAS系統(tǒng)設(shè)備，并記錄該方案下能耗數(shù)據(jù)。再在接下來(lái)同樣的時(shí)間段內(nèi)，使該站BAS系統(tǒng)按照非通風(fēng)空調(diào)節(jié)能控制策略方案（與其它既有線路車站的控制方式相同）運(yùn)行BAS系統(tǒng)設(shè)備，并記錄該方案下的能耗數(shù)據(jù)。對(duì)相同時(shí)間段內(nèi)兩種運(yùn)行方案下記錄的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即可判斷節(jié)能的實(shí)際效果。

說(shuō)明：該方案數(shù)據(jù)能耗為同一個(gè)站點(diǎn)，車站空間、設(shè)備數(shù)量、通風(fēng)工藝設(shè)計(jì)均相同，滿足節(jié)能效果檢驗(yàn)的所有條件，數(shù)據(jù)比較也就更有說(shuō)服力。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方案及節(jié)能率

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方案

空調(diào)季，在該車站每7天一個(gè)周期選擇時(shí)間表模式和節(jié)能模式運(yùn)行，分別記錄在這兩種模式運(yùn)行下電表的數(shù)據(jù)，按1個(gè)月的數(shù)據(jù)為周期進(jìn)行記錄，通過(guò)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而計(jì)算出節(jié)能率。在正常時(shí)間表模式下，只要進(jìn)入空調(diào)季，通風(fēng)空調(diào)和水系統(tǒng)就會(huì)按照事先排定的時(shí)間表進(jìn)行模式運(yùn)行；當(dāng)采用節(jié)能模式運(yùn)行后，在外部環(huán)境溫度變化時(shí)，控制策略會(huì)通過(guò)溫度、濕度及二氧化碳濃度對(duì)空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)、冷凍泵頻率和二通閥開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)可對(duì)冷水機(jī)組、冷卻塔風(fēng)機(jī)的加減載進(jìn)行調(diào)節(jié)，在需冷量加大時(shí)增加風(fēng)機(jī)頻率及二通閥開(kāi)度，當(dāng)需冷量降低時(shí)減少風(fēng)機(jī)頻率及二通閥開(kāi)度，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下：

經(jīng)過(guò)一個(gè)月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，最終采集的空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組、冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔等通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備在非節(jié)能模式下的總能耗數(shù)據(jù)為：113706.99，節(jié)能模式下的總能耗數(shù)據(jù)為89627.13。

節(jié)能率計(jì)算

節(jié)能率=[1-（節(jié)能模式下的能耗數(shù)據(jù)/非節(jié)能模式下的能耗數(shù)據(jù)）]*100%

經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)計(jì)算得出該典型車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率約為21.18%。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制策略的引進(jìn)及以上計(jì)算數(shù)據(jù)分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）BAS通風(fēng)空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和空調(diào)水系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)，既保證了車站營(yíng)運(yùn)所需的正常通風(fēng)，同時(shí)也達(dá)到了減少能耗，節(jié)省能源的目的。

（2）通過(guò)對(duì)節(jié)能模式下空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)、冷凍泵、二通閥等實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的分析，表明BAS系統(tǒng)節(jié)能控制策略的引進(jìn)，通過(guò)控制調(diào)節(jié)使得以上設(shè)備啟動(dòng)一段時(shí)間后在低頻下運(yùn)行并保持穩(wěn)定，降低設(shè)備損壞的幾率，減少了運(yùn)營(yíng)及維護(hù)成本。