地铁通风系统节能策略
胡海霞
【摘 要】能源消耗总量过大直接导致了地铁运营成本居高不下问题的出现.地铁主要的能耗在于列车牵引供电系统和通风空调系统.通风空调系统作为辅助系统占到了地铁总能耗的20%~30%.特别是随着地铁线路的不断增加,节能工作就显得尤为重要.通过对地铁建设各阶段对通风系统节能控制的影响进行分析,并且重点介绍了地铁的节能通风模式,探讨如何实现通风系统节能和降低运行成本. 【期刊名称】《机电工程技术》 【年(卷),期】2017(046)007 【总页数】3页(P155-157)
【关键词】地铁;自动调节;变频变风量调节;超调;通风工况 【作 者】胡海霞
【作者单位】深圳达实智能股份有限公司,广东深圳 518000 【正文语种】中 文 【中图分类】U231.5
地铁的环境空间比较密闭，一旦发生火灾等紧急事故，外部施救非常困难，绝大程度上需要依靠自身系统来确保安全，在灾害情况下进行通风、排烟、排毒、排热。因此作为辅助系统的通风系统具有了比日常运营时给乘客提供舒适环境的更高要求[1-2]。合理地确定通风系统的服务水平，将节能的总要求贯彻在设计、设备采购、施工、现场调试及后期运营的各阶段过程中，提出设备系统运营的节能模式，实现
自动调节功能可以很大程度上降低地铁运营的能源消耗。
（1）在满足地铁功能需求的前提下，合理确定与车站功能匹配的空间规模。尽量避免设置不必要的地下空间，高架站尽可能采取自然通风，减少通风设备的容量。即减少了工程投资，也为后期运营节能创造条件。
（2）在设备采购阶段：选用电缆电线时，注意经济电流密度，选择合适的导体截面，合适的电气产品型号，合理的设备布置，以及完善灵活的控制方式，降低运行中的电能损耗。变频技术在国内工业与民用自动控制领域也已推广应用了多年，特别的在负荷变化和电机频繁启动的情况下采用变频调速不仅能大量节省能源而且对设备的运行工况也有极大的改善[3]。但是车站小系统的容量较小采用变频调速的意义不大，而隧道通风系统TVF风机运行时间比较少，在火灾排烟时全速运转，于是节能潜力小也可以不作变频考虑。因此主要考虑大系统的空调机组和回排风机。变频变风量控制是空调节能常用的一种行之有效手段。
（3）地铁空间小，专业多，设备安装时间短等特点。通风管道安装工程时常不能按设计的位置实施。要尽量避免绕梁或者绕其它专业的管槽，否则会导致运行时风压增大，电功率增加的情况，造成耗电。
另外在运营阶段，工作人员要及时清除通风系统设备滤网的灰尘，避免因为清理不及时风压增大，消耗电能。 3.1 PID智能控制
PID调节是一个动态的闭环回路控制解决方式。它根据现场的实际检测值与设定值进行比较得出偏差，由偏差值的大小推动控制器的输出，使偏差进一步减小，直到等于零[4]。PID闭环回路控制流程图如图1所示。
由于室外温度是随着天气的变化在不断变化的，地铁车站内的散热散湿量也随全日客流变化而有较大变化。PID控制既能避免站内温湿度超调量过大，浪费能源，又能提高站内温湿度控制效果，达到人为设定适合人们行动的舒适温湿度值。
车站大系统配备有温湿度传感器、空调机组、风机、变风量调节阀、电动两通阀等设备。空调机组和风机均设有变频器，因此可以实现变频变风量调节控制，就可节约大量的电能。当需要时，让电动机高速运行以达到工况要求；当不需要时，可使电动机低速运转节约电能。同时，可根据需要而调节变频器以及变风量调节阀门，以满足我们的工作要求。PLC控制器根据设定值与现场传感器采集回来的实际温湿度经过PID计算得出输出值，输出信号将控制相关的变频器输出频率，以达到稳定工况及提高风机效率和节能之目的。需要注意的是：因为采用变频变风量调节的都是地下车站，空间相对密闭，为了防止气流组织恶化，变频器必须设定频率下限，保证必要的通风量。
大系统空调机组（AHU）、回风机（RAF）均采用变频器控制，其调节的是站厅和站台公共区。使用变频器后，风机可软起软停、减少设备机械冲击、延长设备使用寿命、降低设备的维修费用。对风机采用变频变风量运行控制，以车站温度作为变风量控制目标。由现场控制器根据实际温度与设定温度的差异，决定风量调节的方向及幅度，由变频器执行，风机变频调速，实现变风量运行。
同时，空调工况（含小新风和全新风）下，根据室内焓值实测调节风机频率及二通阀的开度。两个变量的运算原则为：减载时\"先风后水\"，加载时\"先水后风\"。系统测检测室内的焓值或二氧化碳浓度，当检测焓值或浓度大于设定控制值时，此时采用空调季正偏差模式，将调大水阀开度，增大冷量供应，降低室内温度，如果水阀开度达到100%检测焓值或浓度仍然大于设定控制值，则升高风机频率；当检测焓值或浓度小于设定控制值时，此时采用空调季负偏差模式，先降低风机频率，至变频下限后风机保持该频率值，再逐渐关小二通阀的开度，减少冷量供应，减少能耗。 3.2 焓值控制
根据温湿度传感器采集的室内、室外气象参数计算出室内、室外空气焓值，分析室内热湿负荷的变化情况，对通风系统提出合理的调节方案，自动选择运行适当的通
风工况，保证通风系统在焓值控制方式下总能以最经济合理的方式运行，满足室内温湿度设计要求。空气焓值计算公式为：
式中：1.01—干空气的平均定压比热，kJ/(kg·K)；t—空气温度℃；2500—0℃时水的汽化潜热，kJ/kg；1.84—水蒸气的平均定压比热，kJ/(kg·K)；d—空气的含湿量，kg/千克干空气。焓值控制流程图如图2所示。
车站焓值控制主要应用在通风系统的正常工况模式自动控制中，车站站厅、站台等公共区的通风空调，防排烟系统简称为车站大系统，其正常工况分为小新风空调、全新风空调、通风、夜间工况[5]。车站小系统是指设备及管理用房的通风、空调、防排烟系统，其正常工况也分为小新风空调、全新风空调、通风、夜间工况。 焓值模式控制中车站大系统会根据车站具体情况在小新风工况、全新风工况或通风工况三种工况下运行[6]。其执行的条件如下。
（1）室外空气焓值大于站厅、站台设计参数平均值的焓值时（室外新风热能＞室内空气热能），为了节约能量，充分利用室内回风，通风系统采用最小新风量降温除湿工况。采用此工况时，开启回风机将站内空气一部分从排风井排出，另一部分通过混风室与新风一起回到站内，减少室内冷量的散失，保护室内环境。 （2）室外空气焓值介于室内焓值与机器露点焓值时（室内空气热能＞室外新风热能＞设定值），按全新风空调工况运行；回风机关闭，尽量采用温湿度更低的室外新风来降低室内温度，利用正压从楼、扶梯口及出入口通道排风至站外，减少能耗。 （3）室外空气焓值小于机器露点焓值时（室外新风热能＜设定值），按通风工况运行；回排风机、冷水机组以及两通阀关闭，同样利用正压从楼、扶梯口及出入口通道排风至站外。
车站小系统在焓值控制方式下的工况转换的关键同样是室内、外空气焓值的计算和比较判断；只是一般情况下小系统不会单独设置混风室，也不会跟室外有太多的通风道，所以小系统回排风机与送风机应该工作在相同效率，避免风压增大。其执行
调节如下。
（1）室外空气焓值大于室内空气焓值时，系统运行小新风工况。开启小系统新风机与回排风机，并利用回风阀将回排风机排出的一部分室内冷空气与新风一起送回站内，减少室内冷量散失。
（2）室外空气焓值介于室内空气焓值跟设定值之间时，系统运行全新风工况。开启小系统新风机与回排风机，关闭回风阀，利用热量较低的室外新风来保证室内温度。
（3）室外空气焓值低于设定值时，系统运行通风工况。
为避免工况频繁转换，减少对设备的磨损，每种工况连续运行不应小于设备正常动作的安全时间（可调）。
地铁通风系统的节能控制理念应该贯彻在设计、设备采购、施工、现场调试及后期运营的各阶段。把握好各环节的衔接工作，合理确定系统服务水平，采用变频变风量的自动调节方式是通风系统节能的关键。节能控制在地铁建设各个阶段中需要做大量的工作，只有各专业协同合作，更加全面地考虑节能措施，节能工作才能收到实效。
【相关文献】
［1］GB 50157-2013.地铁设计规范［S］.
［2］王菁，路勇.地铁环境与设备监控系统的设计［J］.铁路计算机应用，2011（12）：58-60. ［3］孟宪磊.地铁空调通风节能方式浅谈［J］.科学与财富，2010（5）：50-50.
［4］李勇.地铁车站环控系统控制模型研究［J］.建筑热能通风空调，2012（3）：13-16. ［5］高煌.浅谈地铁车站公共区通风空调系统设计［J］.山西建筑，2011（9）：135-136. ［6］陈伟，王彬.地铁车站环控系统维护管理分析［J］.科技与创新，2014（22）：106-106.
