地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用

鄭奕

（北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司）

1 引言

隨著城市的高速發(fā)展，軌道交通以運力大、受氣候影響小等多種優(yōu)勢成為了城市公共交通的新寵。但隨著城市軌道交通的建設(shè)，其高能耗的特點也逐漸顯現(xiàn)。

在整個地鐵系統(tǒng)運行能耗中，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗約占到25%～35%，僅次于列車牽引供電的能耗。因此通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的有效性對軌道交通的總體能耗的降低具有重大的意義。

2 節(jié)能控制原理

地鐵的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)包含兩個部分：風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)。地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備一般按照遠(yuǎn)期高峰小時運行情況進(jìn)行配置，在運行初期，近期客流及行車對數(shù)遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計水平，因此設(shè)備選型有較大的富余量；同樣在非高峰時段，也存在設(shè)備選型富裕的問題。

圖1 地鐵運行中各專業(yè)能耗占比

目前一般集成閉式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，公共區(qū)的風(fēng)機采用變頻控制，并由BAS系統(tǒng)按照固定的控制表來進(jìn)行運轉(zhuǎn)，如（空調(diào)季與過渡季有6h以最大風(fēng)量運行，有12h以一半風(fēng)量運行），并未根據(jù)實際的車站負(fù)荷來調(diào)節(jié)風(fēng)機的頻率，且空調(diào)水系統(tǒng)循環(huán)水泵并未采取變頻泵，只通過調(diào)節(jié)冷水機組的負(fù)荷進(jìn)行節(jié)能控制，因此通過將水泵改為變頻控制以及優(yōu)化風(fēng)機運行模式可以進(jìn)一步實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運行。

風(fēng)系統(tǒng)及水系統(tǒng)是有一定耦合的關(guān)系，當(dāng)車站公共區(qū)負(fù)荷變化時，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機頻率及送風(fēng)溫度來節(jié)省風(fēng)系統(tǒng)的能耗，同時還應(yīng)改變冷水系統(tǒng)的流量及制冷機組運行狀態(tài)以節(jié)省水系統(tǒng)的能耗。只有風(fēng)、水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)有機的結(jié)合在一起，節(jié)能才能達(dá)到最佳狀態(tài)。

風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)是指一套可以通過采集設(shè)于車站內(nèi)各處的溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器及可吸入顆粒物傳感器的數(shù)據(jù)，完成車站冷負(fù)荷最低化的運算以及通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行能耗最低化的運行方案，并制定相應(yīng)的設(shè)備控制策略，使車站公共區(qū)在達(dá)到設(shè)計環(huán)境溫度目標(biāo)值的前提下，車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)綜合能耗值達(dá)到最低值的智能控制系統(tǒng)。

因此在地下車站中，引入風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)對車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)才是實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能運行的有效手段。

3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)工藝要求

3.1 參與風(fēng)水聯(lián)動智能控制的車站通風(fēng)空調(diào)設(shè)備

1）車站風(fēng)系統(tǒng)（大系統(tǒng)）：車站送/排風(fēng)機、車站新風(fēng)閥、排風(fēng)閥、回風(fēng)閥、公共區(qū)送排風(fēng)管上的電動調(diào)節(jié)閥。

2）車站空調(diào)水系統(tǒng)：冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、電動二通閥、電動蝶閥。

3.2 風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo)

風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)車站客流變化、列車行車組織變化、室內(nèi)新風(fēng)負(fù)荷變化等室內(nèi)負(fù)荷變化量以及室外空氣狀態(tài)，完成車站冷負(fù)荷最低化的運算以及通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行能耗最低化的運行方案，使車站公共區(qū)在達(dá)到設(shè)計環(huán)境溫度目標(biāo)值的前提下，車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)COP值達(dá)到最大值。

3.3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行工況

車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行工況分為正常運行工況、阻塞運行工況、火災(zāi)運行工況。

1)正常運行工況

風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)通過負(fù)荷計算及系統(tǒng)COP值比對確定通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式。同時風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)車站送、排風(fēng)機運行頻率，并同時對空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)備實際運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2)阻塞運行工況

風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)不再執(zhí)行節(jié)能策略，水系統(tǒng)各設(shè)備保持原運行狀態(tài)，風(fēng)系統(tǒng)不再執(zhí)行節(jié)能策略，權(quán)限交由BAS系統(tǒng)控制。

3)火災(zāi)運行工況

水系統(tǒng)關(guān)閉，風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)不參與設(shè)備控制，風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備由BAS系統(tǒng)控制。

4 風(fēng)水聯(lián)動智能控制方案

4.1 系統(tǒng)方案

風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)采用與環(huán)境與設(shè)備控制系統(tǒng)（BAS）獨立并存的方式。由BAS系統(tǒng)下達(dá)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)正常或事故工況運行模式的模式選擇。風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控車站空調(diào)水系統(tǒng)，BAS系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控車站其它通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)與BAS系統(tǒng)共享空調(diào)水系統(tǒng)及公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的信息。在正常模式下，風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的監(jiān)測信息對空調(diào)水系統(tǒng)及公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)提出相應(yīng)控制策略與算法，實現(xiàn)對車站空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制。

4.2 系統(tǒng)模式

車站通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)分為3種工況（正常工況、火災(zāi)工況、阻塞工況）。風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)在正常工況下具有對空調(diào)水系統(tǒng)及風(fēng)系統(tǒng)的模式控制功能以及調(diào)節(jié)控制功能，與此之外，其它模式對通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備均不進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)。

4.3 系統(tǒng)功能

4.3.1 系統(tǒng)采集及監(jiān)視功能

監(jiān)視空調(diào)水系統(tǒng)中冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機等設(shè)備的運行狀態(tài)和系統(tǒng)管路上對應(yīng)的傳感器（如溫度、壓差等）、電動閥門狀態(tài)、流量計的參數(shù)，并可通過與BAS系統(tǒng)通訊共享相應(yīng)參數(shù)。

通過與BAS系統(tǒng)通訊采集通風(fēng)空調(diào)公共區(qū)通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)各設(shè)備的運行狀態(tài)及相關(guān)的運行參數(shù)。

采集并存儲被監(jiān)控對象電能量表計的數(shù)據(jù)。

4.3.2 控制功能

1)空調(diào)水系統(tǒng)控制

①空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能策略

風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)可根據(jù)實際的運行情況和負(fù)荷變化，通過調(diào)節(jié)閥門開度、智能化選擇冷水機組、循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機等設(shè)備運行的臺數(shù)和運行頻率，確?？照{(diào)水系統(tǒng)的高效率運行。

②空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)備控制

控制空調(diào)水系統(tǒng)中冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機、二通調(diào)節(jié)閥、電動蝶閥等設(shè)備的啟停狀態(tài)及設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。

③空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)備運行保護(hù)

設(shè)置合理的設(shè)備啟停順序及聯(lián)鎖功能、設(shè)置冷水機組超溫保護(hù)限定值，避免設(shè)備在運行過程中造成損壞或非正常停機。

2)全局協(xié)調(diào)控制

正常工況下，風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)通過與BAS的通訊采集公共區(qū)通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)變頻器頻率、公共區(qū)末端負(fù)荷等信息，對全局監(jiān)控對象進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過智能控制算法提出相應(yīng)控制策略實現(xiàn)全局協(xié)調(diào)控制，使整個通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)能協(xié)調(diào)工作、高效運行。

3)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及遠(yuǎn)程控制

在監(jiān)控平臺的流程監(jiān)視界面上實現(xiàn)對通風(fēng)空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)中的各設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，直接進(jìn)行空調(diào)冷水系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和啟停操作，如：設(shè)置冷水閥開度、冷水機組冷凍水出口溫度等。

4.4 車站系統(tǒng)構(gòu)成

在每個車站獨立設(shè)置一套風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)，采用監(jiān)控管理層、采集控制層、現(xiàn)場監(jiān)測執(zhí)行儀表層三級結(jié)構(gòu)，由集中控制器、水泵控制主裝置、冷卻塔控制裝置、以及各種傳感器件以及系統(tǒng)軟件等組成。本系統(tǒng)采用分布式控制，每個控制裝置均設(shè)置分布式控制器，各個控制柜、控制箱均完全獨立工作。

5 結(jié)論

隨著社會對節(jié)能、低碳、環(huán)保的要求的提高，軌道交通的節(jié)能運行也被日益關(guān)注，風(fēng)水聯(lián)動智能控制系統(tǒng)雖然在民用建筑上早有類似應(yīng)用，但在軌道交通工程中的應(yīng)用才剛剛起步，該技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用響應(yīng)了住建部關(guān)于“十三五”時期我國大力推動建筑節(jié)能和綠色建筑的號召，實現(xiàn)了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的智能化節(jié)能控制。