地鐵車站通風(fēng)空調(diào)BAS控制方案優(yōu)化分析

胡振亞，楊 卓，李韶光，譚慶慧，王 旭，李曉鋒

（1. 南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司，南寧 530029；2. 北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100085；3. 清華大學(xué)，北京 100084）

1 研究背景

截至2020年底，中國(guó)內(nèi)地共有45個(gè)城市開通城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路244條，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度7 969.7 km，全國(guó)累計(jì)投運(yùn)車站總計(jì)4 681座，創(chuàng)歷史新高[1]。地鐵運(yùn)營(yíng)線路的持續(xù)增加，導(dǎo)致地鐵運(yùn)行能耗在整個(gè)社會(huì)能耗中的占比變得不可忽視。根據(jù)國(guó)內(nèi)地鐵運(yùn)營(yíng)期能耗情況來看，雖然通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的造價(jià)僅相當(dāng)于地鐵投資的8%～10%，但運(yùn)營(yíng)過程中通風(fēng)空調(diào)能耗卻占到40%左右[2]，對(duì)于廣州、南寧等炎熱地區(qū)，這一比例甚至高達(dá)50%[3]。地鐵通風(fēng)空調(diào)的控制系統(tǒng)，對(duì)其運(yùn)行能耗有重要的影響[4]，因此對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化研究，有利于減少地鐵車站能源消耗及所導(dǎo)致的間接碳排放，有利于實(shí)現(xiàn)中國(guó)2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和的目標(biāo)。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)通常采用環(huán)境與設(shè)備控制系統(tǒng)(building automatic system，BAS)方案。近幾年風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制應(yīng)用逐漸增加，其中，風(fēng)系統(tǒng)由BAS進(jìn)行控制，水系統(tǒng)由冷站群控系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要的設(shè)備參數(shù)可以通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)控制，但風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)控制之間的相互關(guān)聯(lián)性弱。風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制為風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)控制均交給同一個(gè)廠家，實(shí)現(xiàn)風(fēng)水系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制，所有的模式和設(shè)備參數(shù)控制均由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。相關(guān)學(xué)者對(duì)兩種控制方案的優(yōu)劣進(jìn)行了研究，普遍認(rèn)為風(fēng)水聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)控制是比傳統(tǒng)BAS控制更加節(jié)能的控制方案。鄭奕認(rèn)為，引入風(fēng)水聯(lián)動(dòng)智能控制系統(tǒng)對(duì)車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)，才是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的有效手段[5]；楊卓對(duì)比分析了某車站風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)定流量控制系統(tǒng)的實(shí)測(cè)運(yùn)行能耗，風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)單日運(yùn)行能耗降低28%[6]；王曉保分析了風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)風(fēng)變頻/水變頻模式，相比風(fēng)工頻/水工頻運(yùn)行能耗降低30%[7]。

由于目前國(guó)內(nèi)仍然有大量的地鐵車站采用常規(guī)BAS控制方案，其改造成風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制方案需要大量的成本投入，因此研究常規(guī)BAS控制方案在實(shí)際運(yùn)行過程中普遍存在的問題，在不改變硬件配置的情況下，僅通過控制策略的優(yōu)化和改進(jìn)，使其節(jié)能率能夠明顯提升，取得良好的節(jié)能效果，具有非常重要的意義。

通過調(diào)研國(guó)內(nèi)多條地鐵線路常規(guī)BAS控制方案實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)實(shí)際運(yùn)行中常見的問題進(jìn)行總結(jié)分析，提出控制策略方面的優(yōu)化改進(jìn)方案。選取南寧地鐵典型車站，運(yùn)用控制策略優(yōu)化方案對(duì)BAS進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)比分析改進(jìn)前后的運(yùn)行能耗變化情況，驗(yàn)證節(jié)能效果。該優(yōu)化方案的改進(jìn)措施和優(yōu)化方法同樣適用于國(guó)內(nèi)其他采用常規(guī)BAS控制方案的地鐵車站，為地鐵車站常規(guī)BAS控制方案的運(yùn)行優(yōu)化提供有效路徑。

2 常規(guī)BAS和風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制方案對(duì)比

通過調(diào)研分析鄭州地鐵、杭州地鐵、南京地鐵、廈門地鐵和南寧地鐵等國(guó)內(nèi)多條地鐵線路空調(diào)系統(tǒng)控制方案，對(duì)常規(guī)BAS控制方案和風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制方案的差別進(jìn)行了系統(tǒng)分析和對(duì)比(見表1)，兩種控制方案的關(guān)鍵差別在兩個(gè)方面。

表1 常規(guī)BAS和風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制方案對(duì)比分析Table 1 Comparative analysis of conventional BAS and wind-water linkage control schemes

1) 控制邏輯的差別。BAS可以遠(yuǎn)程控制冷水機(jī)組出水溫度，但缺乏控制邏輯；風(fēng)水聯(lián)動(dòng)采用室內(nèi)控制溫度等多參數(shù)，自動(dòng)控制冷水機(jī)組的出水溫度。BAS和風(fēng)水聯(lián)動(dòng)對(duì)于風(fēng)機(jī)變頻、電動(dòng)閥門調(diào)節(jié)等均采用反饋控制，但控制算法略有差別。

2) 硬件配置的差別。BAS的冷凍水泵/冷卻水泵/冷卻塔均采用定頻設(shè)備，只能定流量運(yùn)行；風(fēng)水聯(lián)動(dòng)的冷凍水泵/冷卻水泵/冷卻塔均采用變頻設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)變流量運(yùn)行。BAS改造成風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制，需要增加變頻設(shè)備、風(fēng)水控制柜等硬件成本投入。

3 常規(guī)BAS控制方案運(yùn)行問題分析

從前述國(guó)內(nèi)多條地鐵線路空調(diào)系統(tǒng)控制方案的調(diào)研分析中發(fā)現(xiàn)，各個(gè)地鐵車站的常規(guī)BAS控制方案具有很高的相似性，因此在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的很多問題也具有共性。對(duì)其實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)普遍存在以下問題。

1) 冷水機(jī)組的加減機(jī)策略易導(dǎo)致加減機(jī)的誤判。冷水機(jī)組加減機(jī)控制方案通常為：加機(jī)，冷水機(jī)組平均電流百分比大于95%時(shí)，增加1臺(tái)冷水機(jī)組；減機(jī)，冷水機(jī)組平均電流百分比小于50%時(shí)，減少1臺(tái)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的冷水機(jī)組。在實(shí)際運(yùn)行中，由于冷水機(jī)組的運(yùn)行條件復(fù)雜，上述加減機(jī)條件容易導(dǎo)致加減機(jī)的誤判，比如：由于空調(diào)末端電動(dòng)水閥處于不調(diào)節(jié)狀態(tài)和水泵定流量運(yùn)行、水系統(tǒng)處于流量偏大狀態(tài)等原因，導(dǎo)致空調(diào)末端通常處于過量供冷狀態(tài)，末端過量供冷，將導(dǎo)致冷水機(jī)組開啟2臺(tái)時(shí)仍然處于高負(fù)載狀態(tài)，無法觸發(fā)減機(jī)條件；單臺(tái)冷水機(jī)組的高負(fù)載率運(yùn)行工況，常會(huì)出現(xiàn)冷凝器排氣壓力偏高的情況，冷凝器排氣壓力偏高，會(huì)觸發(fā)冷水機(jī)組冷凝器壓力保護(hù)，導(dǎo)致冷水機(jī)組最高運(yùn)行負(fù)載率受限，只能達(dá)到80%～85%，無法觸發(fā)加機(jī)條件。

2) 缺少冷水機(jī)組出水溫度設(shè)定值的控制策略。冷水機(jī)組出水溫度設(shè)定值通常控制在一個(gè)固定值，不隨實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整，缺少相關(guān)的控制策略。在實(shí)際運(yùn)行中，冷水機(jī)組的出水溫度控制過低或過高都會(huì)帶來一些問題：過低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在一些不需要除濕的工況除濕，增加除濕負(fù)荷；過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在一些工況下無法除濕，可能會(huì)出現(xiàn)室內(nèi)結(jié)露的情況。

3) 缺少冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔的變頻控制。目前很多地鐵車站冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔無法實(shí)現(xiàn)變頻控制，大部分車站是由于未設(shè)置變頻器，也有少部分車站設(shè)有變頻器但仍無法實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行，其主要原因包括：系統(tǒng)缺乏變頻控制策略；變頻控制的PID控制程序未整定；未設(shè)置延時(shí)和上下限保護(hù)，導(dǎo)致水泵變頻運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)水系統(tǒng)振蕩、冷水機(jī)組低流量故障報(bào)警等問題。地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備通常按照遠(yuǎn)期負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中空調(diào)系統(tǒng)大部分時(shí)間均運(yùn)行在較低負(fù)荷率工況下，如冷凍泵、冷卻泵和冷卻塔無法實(shí)現(xiàn)變頻控制，則會(huì)導(dǎo)致較多的能耗浪費(fèi)。

4) 缺少冷卻塔的臺(tái)數(shù)控制。地鐵車站空調(diào)水系統(tǒng)通常會(huì)設(shè)置聯(lián)鎖控制關(guān)系，一臺(tái)冷水機(jī)組對(duì)應(yīng)一臺(tái)水泵和一臺(tái)冷卻塔運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行中，缺少一機(jī)對(duì)雙塔模式，無法充分利用冷卻塔的換熱面積，導(dǎo)致冷卻水的回水溫度出現(xiàn)偏高的情況。

5) 空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)機(jī)頻率對(duì)應(yīng)的控制對(duì)象不合理?？照{(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)機(jī)頻率的控制對(duì)象通常為回風(fēng)溫度。在實(shí)際運(yùn)行中，回風(fēng)溫度傳感器安裝在回風(fēng)總管上，回風(fēng)口一般設(shè)在車站吊頂內(nèi)，由于吊頂內(nèi)設(shè)備散熱的影響，回風(fēng)溫度通常高于室內(nèi)人行區(qū)溫度0.5～1.5℃。采用回風(fēng)溫度控制空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)的頻率，在不修正控制目標(biāo)的情況下，會(huì)導(dǎo)致送風(fēng)量大于實(shí)際需求量，造成過量供冷。同時(shí)，回風(fēng)溫度傳感器通常只有1個(gè)，當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí)，會(huì)對(duì)空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響。

4 常規(guī)BAS控制方案運(yùn)行優(yōu)化

針對(duì)上述BAS控制方案實(shí)際運(yùn)行中的5個(gè)常見問題，在不改變硬件配置的情況下，可以采取以下優(yōu)化改進(jìn)措施。

1) 優(yōu)化冷水機(jī)組加減機(jī)控制邏輯。優(yōu)化后的冷水機(jī)組加減機(jī)控制邏輯如圖1所示，其主要改動(dòng)是增加了空調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)模型來確定冷水機(jī)組允許開啟臺(tái)數(shù)的范圍，同時(shí)增加了多個(gè)并行判定條件，以確保加減機(jī)符合真實(shí)負(fù)荷需求。其中，冷水機(jī)組加減機(jī)臺(tái)數(shù)的判定維持時(shí)間為30 min，以避免系統(tǒng)振蕩。

圖1 冷水機(jī)組加減機(jī)控制邏輯Figure 1 Addition and subtraction control logic of chiller

關(guān)于地鐵車站空調(diào)負(fù)荷的預(yù)測(cè)，相關(guān)學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算空調(diào)負(fù)荷[8-9]。通過預(yù)測(cè)空調(diào)負(fù)荷，限定冷水機(jī)組允許開啟臺(tái)數(shù)的范圍，避免由于溫度傳感器故障、水閥故障等導(dǎo)致系統(tǒng)反饋控制失調(diào)而多開冷機(jī)。增加冷水機(jī)組出水溫度和室內(nèi)溫度等多個(gè)判定條件，可以避免因空調(diào)末端過量供冷而導(dǎo)致冷水機(jī)組無法減機(jī)。將冷水機(jī)組運(yùn)行負(fù)載率判定由唯一條件改為可選條件，可以避免因冷水機(jī)組出力受限而導(dǎo)致無法加機(jī)。

2) 增加冷水機(jī)組出水溫度控制邏輯。如圖2所示，增加的控制邏輯是將冷水機(jī)組出水溫度設(shè)定值范圍與室外濕球溫度進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，同時(shí)根據(jù)室內(nèi)含濕量，在設(shè)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)冷水機(jī)組出水溫度的設(shè)定值。其中，PI參數(shù)設(shè)置比例增益Kp設(shè)為0.8，積分時(shí)間Ki設(shè)為30 s，采樣周期T設(shè)為10 s，控制執(zhí)行周期設(shè)為5 min(不同品牌PLC需要根據(jù)其PID控制程序重新整定)。

圖2 冷水機(jī)組出水溫度控制邏輯Figure 2 Chiller outlet temperature control logic

室內(nèi)濕負(fù)荷和室外濕球溫度有直接的關(guān)系，因此需要采用室外濕球溫度，以控制冷水機(jī)組出水溫度設(shè)定值的合理范圍，避免單純根據(jù)室內(nèi)含濕量來控制出水溫度而導(dǎo)致冷水機(jī)組出水溫度大范圍波動(dòng)。由于地鐵車站小系統(tǒng)房間主要是設(shè)備用房，小系統(tǒng)負(fù)荷主要是設(shè)備發(fā)熱量，小系統(tǒng)的熱濕比比較大。大系統(tǒng)由于大量人員散濕、出入口滲風(fēng)所帶來的室外濕源等因素，其熱濕比小于小系統(tǒng)的值，因此小系統(tǒng)相對(duì)于大系統(tǒng)而言，除濕需求更少，其冷凍水的供水溫度可以高于大系統(tǒng)的值，二者比較后都是以大系統(tǒng)來確定出水溫度。

3) 冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔變頻控制。由于大部分車站未設(shè)置變頻，所以這里不做討論。

4) 增加冷卻塔臺(tái)數(shù)控制。其邏輯如圖3所示，通過冷水機(jī)組電流百分比和冷卻水回水溫度等多個(gè)條件，設(shè)定冷卻塔的開啟數(shù)量。

圖3 冷卻塔運(yùn)行數(shù)量控制邏輯Figure 3 Cooling tower’s control logic

在冷水機(jī)組負(fù)載率較高時(shí)，開啟2臺(tái)冷卻塔，可以充分利用冷卻塔的換熱面積，有效降低冷卻水的回水溫度，提高冷水機(jī)組的運(yùn)行效率。在絕大多數(shù)情況下，冷水機(jī)組降低的運(yùn)行能耗大于多開1臺(tái)冷卻塔增加的運(yùn)行能耗，避免采用復(fù)雜的尋優(yōu)控制算法，提高控制穩(wěn)定性。

5) 優(yōu)化空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)機(jī)頻率對(duì)應(yīng)的控制對(duì)象。其控制邏輯如圖4所示，優(yōu)化后的主要改動(dòng)是將空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)機(jī)頻率控制對(duì)象從回風(fēng)溫度改為室內(nèi)溫度，室內(nèi)溫度為站廳+站臺(tái)溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)去掉其中最大值和最小值后的算術(shù)平均值。其中，PI參數(shù)設(shè)置比例增益Kp設(shè)為0.8，積分時(shí)間Ki設(shè)為30 s，采樣周期T設(shè)為10 s，控制執(zhí)行周期設(shè)為10 min(不同品牌PLC需要根據(jù)其PID控制程序重新整定)。

圖4 空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)頻率控制邏輯Figure 4 Fan frequency control logic of air conditioning unit

通過將控制目標(biāo)由回風(fēng)溫度調(diào)為室內(nèi)溫度，避免了由于回風(fēng)溫度偏高而導(dǎo)致過量供冷的問題。同時(shí)，在將控制對(duì)象由單個(gè)傳感器改為多個(gè)傳感器后，可以最大限度地避免單個(gè)傳感器故障對(duì)風(fēng)機(jī)頻率控制策略產(chǎn)生的影響。

5 改進(jìn)后BAS控制方案效果驗(yàn)證

選取南寧地鐵典型車站作為分析對(duì)象，按照前述優(yōu)化改進(jìn)措施，對(duì)車站BAS進(jìn)行控制策略的優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)比分析優(yōu)化改進(jìn)前后的節(jié)能效果。該車站為地下兩層島式站臺(tái)車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層，站廳層公共區(qū)面積為1 550 m2，站臺(tái)層公共區(qū)面積為1 160 m2。車站大、小系統(tǒng)的冷凍水均由冷水機(jī)房提供，機(jī)房共設(shè)置2臺(tái)冷量為557 kW的螺桿式冷水機(jī)組、3臺(tái)冷凍水泵、3臺(tái)冷卻水泵和2臺(tái)冷卻塔。

該車站設(shè)有BAS控制系統(tǒng)，可采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式運(yùn)行。將設(shè)備參數(shù)不調(diào)節(jié)的手動(dòng)控制模式作為對(duì)比分析的基準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱為“基準(zhǔn)模式”；將未優(yōu)化的原BAS控制模式簡(jiǎn)稱為“BAS模式”，優(yōu)化后的BAS控制模式簡(jiǎn)稱為“BAS改進(jìn)模式”。選取室外氣象條件接近的典型日，通過控制模式的切換，在該車站分別運(yùn)行基準(zhǔn)模式、BAS模式、BAS改進(jìn)模式，對(duì)比分析3種控制模式的實(shí)際運(yùn)行效果。

5.1 室外氣象參數(shù)對(duì)比分析

選取相同的車站進(jìn)行對(duì)比分析，可以排除設(shè)備性能、客流、室內(nèi)設(shè)備發(fā)熱量等因素對(duì)分析結(jié)果的影響，在整個(gè)控制方案對(duì)比的過程中，僅需要盡可能保證對(duì)應(yīng)的室外氣象參數(shù)一致。3種控制模式對(duì)比日的室外氣象參數(shù)(室外溫度、室外焓值日平均值)情況如表2所示。可以看出，3種控制模式對(duì)應(yīng)的室外氣象參數(shù)的日平均值非常接近。從溫度日平均數(shù)據(jù)看，偏差為0.1℃；從室外焓值日平均數(shù)據(jù)看，偏差為0.7%。

表2 室外氣象參數(shù)對(duì)比分析Table 2 Comparative analysis of outdoor meteorological parameters

5.2 室內(nèi)溫濕度和焓值對(duì)比分析

3種控制模式對(duì)比日的室內(nèi)平均溫濕度和焓值情況如表3所示?？梢钥闯?，3種控制模式的室內(nèi)溫度均滿足控制目標(biāo)27℃±0.5℃的要求。3種控制模式的室內(nèi)平均濕度均高于設(shè)計(jì)目標(biāo)濕度65%，實(shí)際運(yùn)行中現(xiàn)場(chǎng)未出現(xiàn)明顯的結(jié)露現(xiàn)象，運(yùn)行中均不對(duì)濕度進(jìn)行控制。3種控制模式運(yùn)行的室內(nèi)溫濕度比較接近。

表3 室內(nèi)溫濕度和焓值對(duì)比分析Table 3 Comparative analysis of average indoor temperature and humidity

以基準(zhǔn)模式室外焓值為統(tǒng)一基準(zhǔn)，分析3種控制模式的室內(nèi)外焓差，BAS改進(jìn)模式焓差降低25.2%，下降明顯。

5.3 實(shí)際運(yùn)行能耗對(duì)比分析

3種控制模式的實(shí)際運(yùn)行能耗如圖5所示?；鶞?zhǔn)模式空調(diào)系統(tǒng)總運(yùn)行能耗為7 126 kW·h，BAS模式空調(diào)系統(tǒng)總運(yùn)行能耗為5 940 kW·h，BAS改進(jìn)模式空調(diào)系統(tǒng)總運(yùn)行能耗為4 063 kW·h。相比基準(zhǔn)模式，BAS模式空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的節(jié)能量為1 186.1 kW·h，節(jié)能率為17%；BAS改進(jìn)模式空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的節(jié)能量為3 063.5 kW·h，節(jié)能率為43%。相比原BAS模式，BAS改進(jìn)模式的節(jié)能率有明顯提升，說明對(duì)BAS采用的優(yōu)化改進(jìn)措施能明顯提升BAS的節(jié)能率。

圖5 運(yùn)行能耗對(duì)比分析Figure 5 Comparative analysis of operating energy consumption

5.3.1 制冷量降低

3種控制模式的空調(diào)系統(tǒng)供冷量對(duì)比如圖6所示?；鶞?zhǔn)模式供冷量為20 114 kW·h，BAS模式供冷量為19 113 kW·h，BAS改進(jìn)模式供冷量為13 019 kW·h。BAS改進(jìn)模式的供冷量明顯下降，主要原因包括以下方面。

圖6 空調(diào)系統(tǒng)供冷量對(duì)比Figure 6 Comparison of cooling capacity of air-conditioning system

1) 優(yōu)化方案室內(nèi)平均溫度由基準(zhǔn)模式的26.1℃提高到27.1℃，室內(nèi)控制溫度更加接近控制目標(biāo)27℃，室內(nèi)溫濕度略有提高，室內(nèi)外焓差相對(duì)于基準(zhǔn)模式下降25.2%，新風(fēng)量下降，新風(fēng)負(fù)荷明顯下降。

2) 增加冷水機(jī)組出水溫度控制邏輯，根據(jù)室外濕球溫度和室內(nèi)含濕量，設(shè)置合理的冷水機(jī)組出水溫度。出水溫度優(yōu)化后由9℃提高到13℃，減少了不必要的除濕負(fù)荷和過量的供冷量。

進(jìn)一步對(duì)BAS改進(jìn)模式相比原BAS模式節(jié)能率提升的原因進(jìn)行分析，主要包括制冷量降低和設(shè)備能效提升兩個(gè)方面。

3) 優(yōu)化空調(diào)機(jī)組送風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)機(jī)控制對(duì)象，以室內(nèi)溫度作為控制對(duì)象，相比以回風(fēng)溫度作為控制對(duì)象，室內(nèi)控制溫度與室內(nèi)真實(shí)溫度更加接近，風(fēng)機(jī)頻率下降，風(fēng)量下降，空調(diào)末端換熱量下降，末端供冷量下降。

5.3.2 設(shè)備能效提升

3種控制模式的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能效對(duì)比如圖7所示。BAS改進(jìn)模式相比原BAS模式，冷水機(jī)組和冷凍站的能效比略有提升，主要原因是改進(jìn)方案提高了冷水機(jī)組的出水溫度及蒸發(fā)溫度，提高了運(yùn)行效率；空調(diào)系統(tǒng)的能效沒有提升，主要原因是小系統(tǒng)空調(diào)箱風(fēng)機(jī)為定頻風(fēng)機(jī)，運(yùn)行能效低，拉低了空調(diào)系統(tǒng)整體的能效。

圖7 空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能效對(duì)比Figure 7 Comparison of energy efficiency of air-conditioning system

優(yōu)化冷水機(jī)組加減機(jī)控制策略，通過負(fù)荷預(yù)測(cè)預(yù)設(shè)冷水機(jī)組的開啟數(shù)量，根據(jù)冷水機(jī)組的電流百分比、出水溫度和室內(nèi)溫度等多條件判定，全天開啟1臺(tái)冷水機(jī)組就可以基本滿足需求，有效避免了原BAS系統(tǒng)持續(xù)開啟2臺(tái)冷水機(jī)組的情況，冷凍水泵、冷卻水泵的開啟數(shù)量由2臺(tái)下降到1臺(tái)，因此冷水機(jī)組和水泵的運(yùn)行能耗明顯下降。

綜上分析，BAS通過控制策略方面的改進(jìn)優(yōu)化，新風(fēng)負(fù)荷下降，供冷量明顯下降，冷機(jī)設(shè)備和冷凍站能效略有提升，空調(diào)系統(tǒng)能效無提升，冷機(jī)、水泵設(shè)備的開啟數(shù)量明顯下降，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗明顯降低。相較于基準(zhǔn)模式，節(jié)能率為43%；相較于原BAS模式，節(jié)能率為32%。節(jié)能效果顯著，超過文獻(xiàn)[6-7]中風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制方案28%～30%的節(jié)能效果。

6 結(jié)語(yǔ)

過去的研究普遍認(rèn)為，引入風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)車站空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)，才是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的有效方法。但是，國(guó)內(nèi)仍有大量地鐵車站采用BAS控制方案，其改造成風(fēng)水聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的成本較大。因此，在不改變硬件的情況下，對(duì)控制策略采取一定的優(yōu)化改進(jìn)措施，使BAS控制方案的節(jié)能率有明顯的提升，達(dá)到良好的節(jié)能效果，具有非常重要的意義。

通過調(diào)研國(guó)內(nèi)多個(gè)地鐵車站常規(guī)BAS系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，分析實(shí)際運(yùn)行中常見的問題，在不改變硬件配置的情況下，對(duì)BAS的控制策略進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，提出了一種BAS改進(jìn)優(yōu)化控制方案，包括：根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)和冷水機(jī)組電流百分比、出水溫度、室內(nèi)溫度等多條件，控制冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)；根據(jù)室外濕球溫度和室內(nèi)含濕量，聯(lián)合確定合理的冷水機(jī)組出水溫度；增加一機(jī)對(duì)雙塔運(yùn)行模式，通過室內(nèi)溫度控制空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)頻率。

為驗(yàn)證改進(jìn)方案的節(jié)能效果，選取南寧地鐵的典型車站，對(duì)原BAS模式和BAS改進(jìn)模式的運(yùn)行效果進(jìn)行了對(duì)比研究。從數(shù)據(jù)對(duì)比分析結(jié)果來看：相較于基準(zhǔn)模式，BAS改進(jìn)控制模式的節(jié)能率為43%；相較于BAS模式，BAS改進(jìn)模式的節(jié)能率為32%。由此可見，BAS改進(jìn)模式的節(jié)能率明顯提升，說明冷機(jī)加減機(jī)控制、冷機(jī)出水溫度控制、冷卻塔臺(tái)數(shù)控制和空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)頻率控制等BAS控制策略改進(jìn)優(yōu)化方案，帶來了非常好的節(jié)能率提升，節(jié)能效果顯著。

該研究成果具有成本低、易實(shí)施的特點(diǎn)，而且由于我國(guó)地鐵車站的BAS控制方案普遍相似，因此非常容易大規(guī)模推廣，從而可以獲得顯著的節(jié)能效果。同時(shí)，該優(yōu)化思路同樣適用于非地鐵車站類采用BAS控制但控制策略仍不完善的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行，可用來指導(dǎo)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行方案的制定和優(yōu)化。