地铁通风空调系统组成与变频技术的应用

地铁通风空调系统组成与变频技术的应用

朱永洪

 佛山市轨道交通发展有限公司  广东省佛山市  528000

摘要：变频技术是一项世界领先的科学技术,在各种工程项目中应用变频器技术能够达到节省电能,增长机械设备寿命,减少噪声,改善环境质量的目的。结合地铁环控系统的特性,对环控系统的主要功能、型式、构成及其中变频调压技术在地铁环控系统中的运用,作出了简要的说明与解析。

关键词：地铁；通风空调系统；变频技术

引言：轨道交通中的空气调节的冷却设备处于正常冷却温度(制冷温度高于-120℃),其目的在于利用冷却系统向空调设备供给适当的冷冻水量,以便使冷气设备良好的工作在轨道交通列车的大小系统,以便为旅客带来满意的舒适感和为设备的良好工作提供适当的温湿度的保证。

一、地铁中通风空调系统的组成

地铁环控网络系统为屏蔽门设计,因此月台采取空气/机械通气形式,而区间道路则采取隧道通气的形式。该环控网络系统主要由如下组件构成。区间道路通气控制系统(隧洞发动机TVF控制系统):隧洞发动机、推力风机、射流风机、风阀及消防阀。月台道路排热通气控制系统(道路排发动机TEF控制系统):道路排发动机、风阀及其消防阀。列车公共区中央空调、通气兼排出控制系统(列车中央空调大控制系统):综合中央空调发动机、新发动机、回排发动机、排出发动机及其风阀。站场设施管理使用中央空调、通气兼排出控制系统(列车中央空调小控制系统):小中央空调柜机、风机、风阀及其消防阀。车站冷暖空调水管理系统(空调水管理系统):冷水机组、冷却水塔、散热器,或者水阀等管路配件。

二、地铁环控系统的目的与功能

轨道交通空气管理的主要目的在于:运用通风和空调的措施,将站台和区间内轨道的热环境限制在规定范围内,并提供了一种舒适的人工场地,以适应旅客和员工在生理和心理上对所处环境中气体的温度、湿度、质量、速度、噪音等多种要素的综合需求,同时保证了轨道车厢以及其他机械设备的顺利地运行。地铁环控系统的主要作用包括:在正常工作状态时,利用空调或通风系统的方式排出余热、余湿,给铁路旅客提供一个往返于从地面或站台至铁路车厢间的过渡性舒适环境,以最大程度的吸纳旅客;为适应地方轨道交通列车内各种设施和运行用房的工艺和业务需要创造合理的气温和湿度环境,以确保轨道内的人员和运行设施都有一个良好的运行条件,以保证轨道内交通列车正常安全运行;将地方高铁列车封闭在区间轨道内,在闭塞范围内供给适当的送、排风量,以确保列车空调冷凝器的继续工作;当地高铁内出现大火后,对撤离的乘客进行迎面新风,以引导旅客安全疏散,同时也具有排烟作用,以避免旅客和人员被热窒息。地铁通风空调控制系统装置,地铁通风空调控制系统一般分为开式系统、闭式系统和屏蔽门式控制系统。其中,开式循环是使轨道的上下连通,从而排出轨道环境中的过剩热量和湿气。它利用列车活塞风效应或机械通气的方法与外部的气体换热,进而使地铁内的空气保持畅通。在全开放式系统的地下铁路内,各站台均设置了专用的站台下排风、车顶排风口和站厅排风,并同时向各站台和站厅内输入了新鲜的压缩空气,从而使隧道内通风机对隧道实现了全方位通气,以保持整个地铁内的空气质量。

三、环控系统所包含的重要设备

地铁施工环控管理系统中的重要运行装置有冷水机组、冷却水塔、自动化水泵、TVF机组、TEF风机、组合式中央空调箱、回排机组、中央空调新风机等。区间隧道机械通风设备的TVF风机的功能用于火车通过区间隧道进行着火情况下排烟以及火车停机后夜间通风,进行设计模拟计算TVF风机只能在设计极限速度下进行操作,可以实现着火情况下烟雾的高效排出和提高夜间通风冷却隧道的效率。站台及轨道排热通风系统中的TEF风机,正常情况下每日在轨道交通运营开始至运营终了的时间内开始运转,为持续运转风机。其功能主要为消除旅客列车在进站、停车、出站时的所产生热能,以降低旅客列车发热量对站台和区间环境的危害,同时还兼容排烟功能。制冷空调水系统由螺杆式冷水机组、离心式冷水机组、冷却塔、水泵组成为车站空调水系统。其中小谷围冷站中设了三台离心式冷水机组以及冷却泵，冷冻泵，主要负责大学城北站，大学城南站和官洲站的冷冻水的供应，在新造站设了两台螺杆式冷水机组，其主要负责新造站的大小系统的冷冻水的供应。在地铁站的环控系统中，风机主要作为空气流动的动力设备，为地铁站的通风提供动力，从而更有利的达到制冷通风的效果；水泵则作为水流动的动力设备，为空调水系统的冷热交换提供必要的条件。

四、地铁通风空调系统组成与变频技术的应用

1.一次泵变流量系统的变频控制

当系统风量被调节至规定值时,变频控制系统将经过安装于控制系统尾部的电子二通阀门和压力调节器,将对水系统中的冷冻水量做出相应控制。如图二所显示,在冷水机中蒸发器测的冷冻水流速保持在安全工作流量范围内的,并经过变频冷冻抽水泵,再经过在该设备末端装置的冷冻水回水管路上的电动二通控制阀,对水量实现调节控制,使空调系统的总循环水量与末端需求量相吻合。并且在冷冻水供回水总管处设立旁通管(旁通管上装有压差控制阀)来平衡在蒸馏器一侧和用户侧的水流量。因为泵的功率和流量之间具有比率关系,降低系统的水流量就可减少泵的工作功率。可以降低给水设备的运营费用。冷却水系统的冷冻泵和冷水机组是一一对应,热水系统则是根据改变取水量来改变系统冷却装置的比例,从而出现了"小温差、大流量"的现象,当系统的所需冷量小于额定冷却器百分之五十后,就关闭了一台冷水机组或者一台冷冻泵,或者二个冷水机组和冷冻泵一起工作。

2.空调机组、回排风机及小新风机的变频控制

空调机组是采用PID控制方法通过车站公共区域的温度及二氧化碳测点的反馈信号，来控制空调机组的送风量，从而为站台和站厅等公共场所提供良好舒适的环境。大系统中空调机组、回排风机及小新风机在工况下正常运行时，可以根据站台、站厅和室外的温湿度及二氧化碳测点反馈的信号，利用有效的智能控制算法来自动控制和调节空调机组、回排风机、小新风机的运行频率和进风阀，回风阀、排风阀及新风阀的开度，以满足公共区不同环境的工作状态。例如当前为上午10时，此时客流低于早高峰客流，人员发热量及二氧化碳浓度较低，测量将采集到的数据传递给BAS系统，经过智能控制算法的计算，车站公共区所需的风量的需求低于额定风量，则变频系统会自动调整设备状态，以满足环境需求。

3.电路结构的变频控制

适量增加变频器的数量是实现变频节能的有效方法之一，但同时也要将变频控制方法切实应用到整个软件系统管理中。如利用可编程逻辑控制器和人机界面的集成，从而增加变频工艺的参数及相关监控的系统功能。此外，一旦变频控制的相关参数上传到车站环境与设备监控系统中，环调会通过这些系统自动实现地铁内的空气调节。

结语：采用传统控制理论中的频域法通过对实际问题的简化建模以及分析，虽然不能直接得到实际情况下极佳的整定参数，但可以让我们大概了解各参数对系统稳定性的影响，且可以获得整定参数的大体范围。所以，频域分析法对于参数的整定具有一定的指导作用。

参考文献：

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