地铁通风空调节能与智能化控制问题探讨

发表时间:2019/1/11   来源:《建筑学研究前沿》2018年第30期   作者:周嘉彬
[导读] 地铁的广泛投入,其监控的各个系统存在多元化,通风空调系统作为地铁的主要组成部分,同时也是耗能大户。

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        摘要:地铁的广泛投入,其监控的各个系统存在多元化,通风空调系统作为地铁的主要组成部分,同时也是耗能大户。如何通过优化结构、合理地利用控制策略实现节能和实现社会经济效益,已成为目前的主要研究、实施课题。
        关键词:地铁;通风空调;节能;智能化
       
       
        地铁车站通风空调系统能实现调温、除湿、送风、排烟等功能,是地铁良好环境的有力保障。不过,通风空调系统能耗偏大,不利于节能。经分析,通风空调系统的设备容量一般根据地铁运营的最大长期负荷需求来选择,并保留一定的设计余量。但在实际运行中,空调负荷往往达不到最大负荷,从而浪费了许多能量。利用通风空调智能控制系统,采用有效的节能控制策略,能降低地铁站通风空调系统的能耗,实现地铁站空调系统的高效运转。
        一、通风空调对象分析
        (一)系统组成
        地铁车站通风空调系统由隧道通风系统、公共区域通风空调系统(俗称“大系统”)、车站内管理机房和设备用房空调通风系统(俗称“小系统”)及空调制冷循环系统等组成。隧道通风系统由活塞风设备和机械通风设备组成,可满足各种隧道不同通风模式的需求。大系统在正常运行时被用于公共区域车站大厅和站台;当发生事故时,大系统可迅速消除烟雾,保护乘客和工作人员快速疏散。小系统主要为运营管理人员提供舒适的工作环境,并提供设备正常运行所需的运行环境。空调制冷循环系统主要为整个车站的大小系统末端设备提供冷源,其常以水作为冷源媒价,因而又称“空调水系统”。各系统之间相互合作,不仅为乘客提供了安全、卫生、舒适的乘车环境,也为员工提供了良好的工作环境。此外,一旦车站发生火灾,通风空调系统还将承担排烟气的工作,协助车站内人员撤离,避免人员发生烟雾中毒。
        (二)水系统节能环节
        水系统作为冷源产生端,主要节能对象为冷水机组、冷动泵、冷却泵、冷却塔、二通调节阀等,二通调节阀作为与通风系统冷源的闸门,提供给通风系统的最终冷量大小由二通阀的开度大小决定。冷水系统由冷水机组循环系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统组成,3个系统之间相对独立,主要的功能都为温度的转移,同时也受到整体调控。水系统管路设计、通风系统的管路设计对调节效果的好坏也起到一定的作用。
        (三)风系统节能环节
        通风系统作为空调末端设备,主要节能对象由组合式空调风机、调节风阀等设备组成,根据运营需求分别设计了手动控制模式、焓值控制模式、时间表控制模式、时间与焓值功能结合的自动控制模式。焓值控制通过室外焓值iw、室外温度Tw、车站回风焓值ir、车站回风温度Tr、车站送风温度To等数值的采集、计算、比较决定通风运行工况。大系统通风的常规模式,空调工况与非空调工况主要依据水系统是否运行而定;火灾工况作为灾害工况不做节能调节;停运模式为收车后将通风空调系统耗能设备进行停止运行。
        二、地铁通风空调系统的智能化控制与节能
        根据目前全国各地的统计,地铁系统的日常运行中,通风空调系统能耗占到地铁系统能耗的40%左右。降低地铁环控系统的能耗,可以大大的节约能源,且能有效的降低运行成本。



        (一)系统形式的选择
        每个城市所处的地理位置都不同,如何选择一个合适的通风空调系统就成为了一个很重要的问题。何谓合理的通风空调系统呢?又如何选取合适的一个通风空调系统呢?通过不同系统形式的比较,就能得出正确的结论。闭式系统适用于寒冷地区或者当地最热月的月平均温度较低的区域。屏蔽门系统适用于严寒地区或者当地最热月的月平均温度较高的地区。根据不同的地区,不同的气象条件,合理的选择系统形式,就能从源头上实现节能,不合理的系统形式,没有节能可言。
        (二)地铁通风空调系统的智能控制
        传统的地铁空调通风系统中的大型风机、空调器、水泵等设备,采用简单的变频运行,不能根据地铁车站实时负荷的变化进行自动调节,未能达到精准节能的目标。所以,需要采用先进的技术进行智能化控制,节约各机电设备的运行能耗。变风量的控制随着季节的变化而变化着,一年有空调季(室外空气焓值大于地下车站空气焓值)、春秋过渡季以及冬季。对春秋过渡季节,地铁内部与外部的温差不会太大,所以空调系统满足每天人流量的最低空气使用,最少的换气次数和保证地铁的温度适中就可以了,来改变通风系统的运行和控制,避免不必要的能源浪费。在空调季节,同样的根据室外的气温、湿度、人流量等情况来改变风量及空调水量的输送,达到节约能耗的效果。传统的风机风量的调节是依靠阀门来实现,主要采用改变系统的阻力来调节风量,这样的方法对能源的消耗是巨大的,且对设备会造成一定的影响,而且会造成能源的浪费。目前的方案通常为设置变频器,根据地下站内测到的温湿度数据,通过变频器调节送风机和回/排风机的转速,而不能根据外界的实时温度状况来确定当前通风空调系统的运行,不能分别控制各个设备。
        目前冷水机组的群控是利用自动控制技术对制冷站内部的相关设备(冷水机组、水泵、冷却塔、阀门等)进行自动化监控,使制冷站内的设备达到最高效的运行状态。群控系统会采集和控制各类输入输出信号,实现多台冷水机组的远程管理控制,同时也把冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等联锁控制纳入管理。
        群控系统可根据需要自动调节,监控和管理空调系统,使系统处于最佳的工作状态和最少的能源消耗。每座地铁车站冷水机组系统独立设置一套群控系统,实现监控功能和连锁保护功能,达到节能的效果。
        智能化的控制首先需要采集的设备的运行数据,包括外界及站内实时的温度、湿度、人员密度等所有与控制相关的数据,通过对每个站台的所采集的大数据进行优化计算,生成最优控制方案。大数据的采集需要几个空调季,它是智能控制的基础数据和重要指标。对该技术的运用,能实现对现场设备的完全自动化的智能控制,提高了控制效率。通过对周围的环境数据进行自动化的检测,进行数据的输出和管理,完成自动调节,控制设备的运行状况,达到节能的效果。智能化控制抛弃了原有的人工设定控制的策略,达到实时、动态的控制,可以大大的优化控制模式,实现了真正的节能。
        通过以上的陈述,我们可以看出,地铁通风空调系统的智能化控制很大程度上影响着能源的消耗,需要我们进一步的优化控制,达到节能的效果。采用通风空调智能控制系统,能对空调水系统和大系统进行优化分析,并根据系统特点采取相的节能控制措施,既能使通风空调系统安全稳定地运行,满足各种工况的使用要求,又能实现空调水系统和大系统的最大化节能,从而实现降低地铁站运营成本和科学管理的目标。传统的控制方式已经被淘汰,它的缺陷和不足,增加了能源的消耗,采用智能化控制,不仅提高了整体的运行效率,还做到了节能,就目前状况,地铁通风空调系统的控制已经得到了很大的优化,但是,随着社会的进步,它还有很大的发展空间,降低能耗是不断发展研究的对象,也会得到更大的提升和进步。采用通风空调智能控制系统,能对空调水系统和大系统进行优化分析,并根据系统特点采取相的节能控制措施,既能使通风空调系统安全稳定地运行,满足各种工况的使用要求,又能实现空调水系统和大系统的最大化节能,从而实现降低地铁站运营成本和科学管理的目标。
        参考文献
        [1]王亮添,黄云材,黄国斌,李迎春.用于闭式系统地铁站的新型通风空调系统[J].制冷与空调,2018,18(07)
        [2]张敏.地铁车站地道风系统降温效果与节能性分析[D].西南交通大学,2018
        [3]吴嘉豪.关于地铁通风空调系统节能的新进展分析[J].科技风,2018(11)
        [4]张俊.地铁通风空调节能控制策略探讨[J].智能建筑与智慧城市,2018(03)

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