对地铁通风空调系统的优化控制的探讨

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1、对地铁通风空调系统的优化控制的探讨南京地铁运营有限责任公司江苏南京210000摘要：木文分析了地铁运营时的负荷特征，通过分析发现地铁通风空调系统节能减排还具有非常巨大的潜力可供挖掘。通过分析地铁通风空调系统常规的定风量变流量控制方式存在的缺陷和不足，提出了更为优化的变风量变流量控制模型。关键词：地铁；通风空调系统；优化控制；反馈控制1地铁通风空调系统介绍1.1地铁通风空调系统组成及原理地铁车站通风空调系统由大系统、小系统和水系统构成，三部分组成一个有机的整体，共同作用完成车站环境参数的自动调节。大系统和小系统负责车站公共区和设备管理用房的通风、排风以及车站温湿

2、度的控制等。水系统为车站空调系统提供冷源，使组合空调机组完成热交换过程，从而实现地铁车站温度调节。车站通风空调系统运行的原理如图1所示。在地铁运营时，空调新风机负责向站内输送新风；回排风机负责站内排风；组合空调机组兼具送风和制冷两个方面的功能。组合空调通过冷冻水回路和空调水系统相连，将制冷后带有设备热负荷的冷冻水通过冷冻泵输送到空调水系统的冷水机组，冷水机组通过热交换将冷冻水热量转移到冷却水，通过冷却水回路和冷却塔将热量排放到大气中。同时冷水机组将热交换后形成的冷源（不带热负荷的冷冻水）回馈到空调机组以便站内制冷。图1地铁通风空调系统原理图另外，地铁列车在进站

3、、停站、出站时都会产生大量的热量，这些热量不仅对列车车体造成损害，也会使隧道内的温度升高而危及隧道设备的安全，隧道通风系统利用列车运行吋产生的活塞风和站台下风U、轨顶的风U以及射流风机将这部分热量排出。1.2地铁通风空调系统负荷特征及常规设计1.2.1负荷特征地铁车站负荷主要包括设备负荷(照明、电梯、自动售票机等设备的散热量)、列车和人员负荷、新风负荷。其中车站设备负荷在地铁运行期间相对稳定，基本是一个定值。站内负荷的变化主要是由乘客数量变化和屏蔽门开启引起的，屏蔽门开启的频率与行车对数奋关，而行车计划又是根据客流量的变化来制定，因此站内负荷变化与客流变化存在

4、近似正比关系。新风负荷的选取，要满足人员要求的最小风量、维持最小换气次数、维持站内正压、奋害物质浓度控制新风量中的最大值，且新风负荷不应该小于系统总风量的10%。从上面的描述可以看出，地铁通风空调系统的负荷具奋以下特征：①空调负荷变化大，会对系统形成较大的干扰；②空气的调节过程是高度非线性的，各个执行机构的动作过程也是非线性的；③空调设备会老化和更换，车站的热环境也会发生变化，导致系统参数的变化；③地铁站厅、站台的空间很大，温度的变化缓慢，具有非常明显的滞后性。1.2.2空调系统冷负荷计算的一般原理向站内送冷风，送入站内的冷量Q=C×P×

5、;L×(tn—ts)(1)式中：C空气的比热容，［kJ/(kg?°C)］；P空气密度，kg/m3；送风量，m3/s；室内温度，°C;送风温度，°C;tsQ吸收(或送入)室内的热流量，kW。设L为一常数，由式(1)可知，为了吸收站内相同的热量，可改变送风温度ts，ts越小，吸收室内热流量就越大，因此，通过改变送风温度可适应室内负荷变化，维持室温不变。这就是定风量变流量吋的工作原理。也可以通过改变风量定流量来适应室内负荷的变化，维持室温不变，即变风量定流量控制。单独采用定风量变流量控制或变风量定流量控制都是有局限性的，比如：在变风量定流量控制中，最低送

6、风量中的最小新风量必须满足换气的要求，既要保证一定的新空气量，又要能维持站内正压。因此，地铁通风空调系统采用变风量变流量的控制方式可以显著地实现节能增效，这也是未来地铁通风空调系统发展的趋势。2系统的优化控制2.1优化控制思路由于传统的空调控制系统的控制方式属于粗放式的控制，造成了极高的能源耗费，因此必须寻找一种更加优化的控制方式来代替。地铁列车及苏空调冷凝器的发热量、新风负荷、人员负荷随行车密度及客流量波动，不同吋期、不冋时段所需要的轨道排风量、.午.站所需的新风量和冷量都会因行车密度、客流量及屏蔽门开启吋间的变化而有很大差异。地铁列车及苏空调冷凝器的发热量

7、占地铁总发热量的2/3以上，人员负荷和新风负荷占车站大系统负荷的40%以上，因此，负荷变化人导致需要的风量和冷量变化人是地铁通风空调系统的一人特点。风机的风量、消耗功率与转速有下述关系：V2/V1=N2/N1(2)P2/P1=(N2/N1)3(3)式中：V1,P1分别为N1转速下的风机风量和消耗功率；V2，P2分别为N2转速下的风机风量和消耗功率。由式（2）、（3）可知：风机风量与转速成正比，消耗功率与转速的立方成正比。因此，为了节能，应使射流风机、空调风机、新风机、回排风机的转速随风量需求进行调整。要达到这一要求，相关风机就均应采用变频器驱动，这样就可实现风

8、量的连续调节，能耗下降明显，而且还能够