地铁空调系统全面控制与节能方案

地铁空调系统全面控制与节能方案

耿华春

耿华春南京地铁运营有限责任公司江苏南京210012

[摘要]文章以地铁空调系统中最主要的结构方案为变风量配合二次泵的空调系统为例，对该系统的构成进行了分析，然后重点对空调系统全面控制以及节能实现的技术方案进行了分析，望能够在后续的实践工作中引起高度关注与重视。

[关键词]地铁；空调系统；全面控制；节能

结合我国实际情况来看，各个地区现有的地铁线路由于在建设时期，地域气候，投资力度，以及设计理念等多个方面均存在比较大的差异，因此地铁空调系统结构的结构也有比较大的不同。在不同的地铁空调系统结构方案下，其所对应的控制与节能方案差异同样比较明显。据统计资料显示：地铁空调系统中最主要的结构方案为变风量配合二次泵的空调系统。对于此类空调系统而言，实现其全面控制与节能目标的方案有一定特殊性。文章即展开对该问题的分析工作，具体总结如下：1地铁空调系统构成分析首先，对于变风量空调风系统而言，其基本工作原理是：在送风机以及回排风机上引入变频调速机组，根据对室内风量的自动调节，以满足温度、湿度负荷变化上的要求，使室内人员能够达到舒适的感受。该系统的应用能够使风机功耗得到合理的控制，避免室内空调系统作用区域出现过热或过冷的问题，提高系统动作灵活性。

其次，对于二次泵空调水系统而言，其基本工作原理是：以桥管为载体，将其划分为两个水力工况独立的回路，其一为冷水生产，其二为冷水输送，冷源侧为定水量，确保冷水机组工况稳定，用户侧为变流量，以与用户负荷的变动相适应。

本控制盘是客室空调系统的控制中心，南京地铁采用了西门子S7-200PLC作为主要的控制单元，带有两个数字量扩展模块和两个模拟量扩展模块，配合外围施耐德接触器、继电器、空气断路器等元件共同完成空调机组的控制功能。主电源为AC400V、3φ+N、50Hz，控制电源为DC110V。设自动和手动两种功能。通过工作模式选择开关实现。

工作模式选择开关分6档：自动，通风，弱冷，中冷，强冷，停止。

正常情况下，此开关总是打在自动位，系统处于自动工况。当需要手动工况时，只需选择通风，弱冷，中冷，强冷四者之一，系统即进行相应动作。当选择停止位时，系统停机。

本系统可通过温度选择开关来选择设定温度，温度选择开关分六档：自动，19℃，21℃，23℃，25℃，27℃在自动位时，车内设定温度与外气温度的关系遵循UIC553，按下述公式计算：Ti=22+0.25*(Te-19)/℃/（Te＞19℃）Ti=22/℃/(Te≤19℃)其中Ti为车内设定温度，Te为外气温度。

每个空调机组在回风口和新风口处均设置PT100型温度传感器检测回风温度和新风温度，由EM231(2)接收每节车厢的2个新风温度传感器的温度值，经软件计算后确定设定温度，由EM231(1)接收每节车厢的2个回风温度传感器的温度值，并在软件中修正后，取其平均值作为室温。将室温与PLC内部设定的温度比较后，自动进行通风、弱冷、中冷、强冷、预冷的工作状态。

2地铁空调系统全面控制分析对于地铁空调系统而言，在其正常运行的过程当中，最终的目标是：满足建立在室内温度基础之上的室内冷量控制需求，其源在冷水机组的冷量供应之上。从系统末端自中心沿线，共设置有包括送风机、回排风机、二通阀、二次泵、冷水机组、以及冷却塔在内的六个调节点。各个调节点控制相互对应与关联，从而实现对整个控制系统的集成。其中，送风机的转动速度会直接受到室内冷量需求的影响。在送风量处于极大值但仍然无法满足冷负荷需求的情况下，需要对二通阀开度进行调节，在增大二通阀开度的条件下，使空调系统末端冷冻水流量得以增大。因此，为了保障空调系统最坏回路的压差符合标准，需要进一步对二次泵的转动速度进行调节（期间，若一台二次泵无法满足实际需求，则需要同步投入多台二次泵）。并且，在单台水冷机组负荷值＜供回水温差以及流量影响下冷量负荷值的情况下，则需要同步投入多台冷水机组。

根据对以上运行特点的分析，认为对于地铁空调系统而言，全局控制的核心思路在于：自末端入手，环环相扣，确保节点设备始终处于最高效率的运行状态下。为保障这一目标的实现，具体的调节方式为：确保送风机效率取值最高水平，同时，送风机与回排风机同步运行，确保空调系统区域压力处于恒定状态下，同时，确保二通阀开度在高效区间内，以及送风温度的取值合理。在此基础之上，根据空调系统的运行特点，对二次泵进行调整（调整的标准需要满足：确保水泵运行的高效性，同时确保管网最不利末端压差能够符合设计要求）。

最后，通过对冷水机组投入台数以及出水温度的调节控制，提高冷机制冷效率，以满足室内制冷需求。在这一过程当中，一方面能够使投入运行的地铁空调系统满足所有区域的负荷要求，另一方面能够使相关工艺设备处于最佳的运行工况下，以达到节能的效果。

3地铁空调系统节能方案从地铁空调系统运行过程当中，各个控制环节控制对象以及控制功能的角度上来说，为实现系统节能的目标，需要采取的节能方案有以下几个方面：第一，对于室内温度控制环节而言，节能目标的实现方案为：引入送风机的无极调速功能，确保送风量具有无级变化的特点。通过调整送风量的方式，使整个地铁车站内的空调吸热与放热量达到均衡关系，以控制室内温度。该方案的实现需要依赖于构建闭环PID调节回路系统的方式完成。

第二，对于室内压力控制环节而言，节能目标的实现方案为：在对送风机送风量进行调整的过程当中，需要确保室内正压的取值合理。实现节能的方式在于：形成与回排风机相对应的随动控制系统，构建建立在PID基础之上的闭环调节回路，实现回排风机的变频调速改造，根据送风量匹配回排风量，从而使空调区域内的空气压力取值维持在恒定状态。

第三，对于送风温度控制环节而言，节能目标的实现方案为：在空调系统末端二通阀定压差条件下引入变流量控制系统，外环设置为送风温度控制回路，以送风温度作为控制量，回路前置扰动设置为室外新风温度的变化。同时，内环设置为水量控制回路，以二通阀开度作为控制量，可达到消除系统延迟以及惯性问题的目的。通过对该节能措施的应用，能够避免室内温度受到室外空气变化的影响，使室内温度易于控制，引入允许送风温差，达到节能目标。

第四，对于冷源流量控制环节而言，节能目标的实现方案为：基于冷量控制冷水机组的运行台数，以达到节能的目标。其基本原则是：确保冷水机组设备长期处于高校运行状态下，优先启动累计运行小时数较少的机组设备，以满足用户侧低负荷运行的需求。在对机组进行调试的过程当中寻找最佳的启停切换点，确保机组始终处于最佳效率点周围。

4结束语地铁是城市公共交通系统中至关重要的构成部分之一，在促进国民经济发展中有着相当重要的意义与价值，但同时，地铁运营中所产生的能耗问题也是比较严重的。其中，空调系统的耗电量占到了地铁运营系统整体耗电量的50％左右。由此可见，对地铁空调系统进行节能控制是至关重要的，其节能潜力巨大。文章即以地铁系统中比较常见的变风量＋二次泵结构空调系统为例，对其实现全面控制与节能目标的技术方案展开了分析与探讨，望能够在后续的实践工作中引起关注与重视。