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浅谈BAS系统节能控制

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：贺律

[导读] 摘要：随着地铁的迅猛发展，有越来越多的研究人员开始专注于研究地铁系统。

        （长沙市轨道交通集团有限公司）
        摘要：随着地铁的迅猛发展，有越来越多的研究人员开始专注于研究地铁系统。目前，社会各界公认BAS系统属于高效自动化系统，其应用及发展具有重大意义。为此，本文将结合火车东广场实际案例，详细地介绍地铁BAS系统节能控制方式，目的使地铁能源使用控制水平得到有效提升，有效确保地铁系统实现可持续发展。
        关键词：节能控制；地铁；能源；BAS系统
        BAS（BuildingAutomationSystem）的简称为BAS，BAS是系统地监控与自动化管理，管理建筑中的自动扶梯、给排水设备、通风空调设备等，有效保证设备在高效、安全、节能、安全的运行状态中正常运行的系统。在大型建筑系统内应用BAS，将现代化技术优势全面发挥出来，建立起完善的、合理的网络体系，创设安全、舒适、可靠程度高的环境，起到节能效果，具有巨大的研究意义。
        BAS系统是借助现代计算机、软件技术与网络技术等研发制造出来的，能结合软件程序自主管控设备，从而有效确保系统处于稳定、正常的运行状态上。同时，其还能有效减少人力、物力的消耗量，尽最大限度地减少运营费用。以通风空调系统为例；可以结合室内外焓值自动地切换空调系统运行模式，从而有效调节设备运行频率，确保环境舒适，从而使节能效果达到预期状态。合理地调节建筑内环境的温度、湿度与二氧化碳浓度，从而提高舒适度。此外一旦发生意外，那么系统会自动切换至通风模式，第一时间采取应急方案，隔离不安全因素，管控灾害引起的损失，确保建筑物内人身安全。
        一、工程概况
        火车东广场空调区域总建筑面积18030㎡；其中南栋7668㎡，北栋7710㎡。地下服务用房（公交车站和的士停靠服务）：地下配套用房2392㎡，南栋一层信息机房150㎡，北栋一层消防控制中心110㎡。本工程采用两管制一次泵变流量空调水系统，空调水立管为异程式，水平管为同程式。空调水系统按不同使用功能区域及要求分为多个环路，分、集水器设在制冷机房内，各回水总管在进入集水器前设置温度计。由于地上建筑层高较高面积较大的房间空调末端设备采用柜式空气处理机组，面积较小的房间采用卧室风机盘管，新风处理机组采用全热交换新风换气机；地下建筑的服务用房层高较高，均采用高静压变频多联机组。同时，采用多台制冷主机组合，同时对用户合理分区，空调系统在建筑部分负荷和部分空间利用时不降低能耗使用效率。由于某市的四季温差比较显著，一年四季的气象也存在着显著差异，系统可以结合室内外焓值自动地切换空调系统运行模式，从而有效调节车站设备运行频率，确保乘客的乘车环境良好，从而使节能效果达到预期状态。
        二、地铁BAS系统节能控制方式
        1空调风系统节能控制实施机组频率器控制
        对AHU变频器频率进行优化调整，从而合理地调节送风量，从而使末端温度被管控于合理的状态中。同时，要采用变频器以实现节能的目的。依据电动机相似机理，功率三次方和转速二者呈正向相关性。因此，在转速处在较低状态下的情况下，其耗费的能量会伴随着它不断减少。现阶段使用频率较高的机组变频控制方案主要包括两种，即：温差控制与静压调节。
        2实施风管电动风阀控制
        通风系统通常处在大系统的空调机组送风管的位置，为了采取单闭环方式进行控制，应将调节阀安设于回风管与排风管的位置。倘若公共区温度传感器通过测定获取到的温度未符合预期要求，意味着热负荷偏低，此时要将回风阀调大、排风阀和新风阀调小，从而实现闭环控制。倘若策略温度超标，则意味着热符合增加，这种情况下应将回风阀调小、新风阀和排风阀调大，使系统得到高效地管控。然而因为电动风阀调节范围较小，所以可考虑在末端进行迅速调节风阀，从而防止产生风机效率浪费的问题。
        3地铁空调水系统控制方式
        地铁空调水系统运行方式为一次泵定频末端阀门变流量运行，系统仅仅依靠末端阀门开度控制水流量，而水泵始终在额定工况下运行，大量能量浪费在阀门，
        使得水泵不节能，本工程地铁空调水系统采用两管制一次泵变流量系统就显得尤为重要。如果可以把这种变频节能方法应用到地铁空调水系统中，将会大大减少系统的能耗，节省大量的资源。
        地铁空调水系统控制方式主要分为 3 种，分别为阀门开度控制、压力控制以及温度控制。阀门开度控制是以历史数据作为参考制作规则表，依靠阀门开度大小来调节流量的控制方式。这种方式只是依据一定的规则表来进行阀门开度的调节，并不是依据末端实际需要冷负荷来实时调节流量，不能很好地反映实际冷量的需求，且水泵始终以额定工况运行，浪费大量能源。
        在空调系统中，以供回水压差作为变水量系统控制信号的称为压差控制。压差控制主要分为干管定压差和末端定压差两种方式。在压差控制系统中，由于水泵不满足相似定律，因此水泵功率与流量的 3次方成正比的结论不再成立，节能效果会大打折扣。在实际运行中，考虑到不同的工况、电机的效率等情况，水泵能耗还要增大。
        以DN400的空调水管供水温度、回水温度的差值作为控制信号的控制方法称为温差控制，温差示意图如图 1所示。

        图1温差控制
        由于温差控制只是测量水温，对水力系统没有影响，使得水系统始终保持在相似变换的状态下。当水泵频率发生改变时，水泵的输送能耗同频率呈 3 次方的关系，因而能够最大限度地节省系统能耗。考虑到地铁环境单一、房间功能简单、系统负荷变化趋势易预测等特点，本工程选取冷冻水温差控制方式。
        4季节模式控制方式
        季节模式控制方式指的是风机频率调节和风阀调节方式相结合的一种调节方式，其依据季节变换自助转变运行模式，从而对温度进行有效调节。比方说，在夏季系统会自助切换至小新风模式，缩减站内流量的流失量，从而实现站内空间的高效交换。在此过程中，BAS系统会对冷水机组、新风阀、回风阀等进行持续性控制，把一些回风排出至车站内，促进新风和一些回风实现混合，然后通过表冷器冷却后输送至相应位置。站中的控制质量和最小新风量存在着紧密联系。
        在夏季与秋季节交替时，经常会用到空调季全新风模式，借助程序设定，将转换时间确立下来。室外温度比室内温度低当采用全新风模式，那么就叫做非空调季，此时应把冷水机组关闭，使外部空气通过新风阀输送至建筑中，然后在经过排风阀被排除，从而有效提高通风舒适性。
        集中冷站和冷水机组
        不断优化调整系统冷水机组运行台数，从而使机组运行高效、符合负荷规定。一般情况下，个人认为宜采用冷量控制冷水机组运行台数。20台机组编组，10台小组编组构成的，使用变频系统温度控制传感器检测冷热负荷情况，适时多台启动，依托BAS系统程序对其运行时间段进行管控，合理控制高峰、非高峰时期，对运行设备台数进行合理地优化调节，从而可以在不同季节模式下进行自动管控和调节，继而有效确保系统运行模式均能在理想状态下运行，缩减非必要的能源损失。
        4焓值自动控制模式
        焓值指的是存在于空气内的全部热量，在计算焓值时，应以干空气单位质量为依据进行计算，因此又叫比焓。在进行BAS系统的设计的过程中，首先要把空气内的焓值确立下来，从而由此判定建筑内部温度的科学性与合理性，进而据此进行优化调节，使车站的舒适度达到最佳状态。当焓值确定下来之后，要确定其使用模式，从而有效减小能耗。再者，要依据焓值进行管控，提高控制成效，依据外界温度的变化情况随时调整并转换模式，科学地管控并调整相关数值，比方说时间表、温度等，避免产生非必要的能源损耗。
        表1车站空调系统模式判断转换过程

        其中 Iw 为车站室外焓值数值，Ir 为车站回风焓值，To为车站调送风温度，而 Tw 则表示室外空气的温度数值。
        5结语
        综上所述，相关部门必须对BAS系统的优势形成正确的认识，依据地铁的运行需求与运行实况，高效使用系统出台有效的节能控制措施，从而实现季节控制、对冷水机组运行设备的数量进行优化调整，充分发挥出系统在控制能耗方面的作用，推动地铁系统朝着节能化、绿色化的方向不断发展。
        参考文献：
        [1]肖宾杰，黄亮亮.夏热冬冷地区地铁车站通风空调系统节能控制系统——以汇金路站为例[J].城市道桥与防洪，2019（03）：210-213.
        [2]赵建伟.某地铁车站空调水系统节能控制系统设计及节能测试数据分析[J].暖通空调，2017，47（05）：9-14.