南京地鐵一號(hào)線加裝安全門(mén)系統(tǒng)后通風(fēng)空調(diào)節(jié)能運(yùn)行策略

肖 波 ，毛 緯

1.南京地下鐵道有限責(zé)任公司建設(shè)分公司，江蘇 南京 210000

2.南京地下鐵道有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)分公司，江蘇 南京 210000

1 概述

南京地鐵一號(hào)線環(huán)控系統(tǒng)地下車(chē)站采用閉式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)由環(huán)境監(jiān)控自動(dòng)管理系統(tǒng)（Bui1ding Automation System簡(jiǎn)稱BAS）自動(dòng)控制?？照{(diào)系統(tǒng)在空調(diào)季節(jié)為全線地下車(chē)站供冷，保持地鐵車(chē)站的夏季清涼，送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的核心設(shè)備，采用變頻控制，它對(duì)于提高乘客舒適度、保障設(shè)備可靠運(yùn)行都必不可少。

隨著一號(hào)線站臺(tái)門(mén)加裝工程的逐步完善，全線通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的變化，站臺(tái)與區(qū)間隧道的氣流交換方式由原來(lái)的直接連通變成了通過(guò)站臺(tái)門(mén)的通風(fēng)百葉進(jìn)行連接，車(chē)站的密閉性增強(qiáng)。如果仍然延用之前的通風(fēng)工藝，勢(shì)必會(huì)造成能源的浪費(fèi)。因此，在噸相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)測(cè)，整理和分析的基礎(chǔ)，對(duì)車(chē)站現(xiàn)有的 工況進(jìn)行分析論證，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，在滿足車(chē)站正常的舒適度的前提下 ，節(jié)能降耗。

加裝安全門(mén)前 夏天所有車(chē)站送風(fēng)機(jī)均以40Hz的頻率投入運(yùn)轉(zhuǎn)，排風(fēng)機(jī)的頻率按照送風(fēng)機(jī)頻率的80%投入運(yùn)轉(zhuǎn)，基本能夠滿足車(chē)站的降溫要求；安全門(mén)加裝后，安全門(mén)格擋了大量的活塞風(fēng)進(jìn)入車(chē)站，由于壓強(qiáng)的變化，原先由出入口泄出的低溫空氣將變少；同理，當(dāng)列車(chē)出站時(shí)，安全門(mén)又格擋了部分冷量流入?yún)^(qū)間隧道，出入口灌入的高溫空氣也將變小。綜上所述，由于車(chē)站熱負(fù)荷變小，送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量可以縮小，風(fēng)機(jī)頻率也可以相應(yīng)的降低。

2 地鐵內(nèi)部熱濕負(fù)荷組成及計(jì)算方法

對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗進(jìn)行分析，就是要分析地鐵內(nèi)部的熱濕環(huán)境及其影響因素，歸根結(jié)底就是要對(duì)其熱濕負(fù)荷的組成進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)之上加以量化，從而準(zhǔn)確地得到系統(tǒng)運(yùn)行能耗情況。

如前面所述，影響地鐵內(nèi)部熱濕環(huán)境的因素非常多，同時(shí)就決定了其熱濕負(fù)荷組成也十分復(fù)雜。為了表述方便，首先將地鐵內(nèi)部環(huán)境劃分為車(chē)站和區(qū)間隧道兩個(gè)部分。車(chē)站的熱濕負(fù)荷組成主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱傳濕、列車(chē)運(yùn)行及其設(shè)備發(fā)熱、出入口空氣交換熱濕負(fù)荷、室外新風(fēng)負(fù)荷、車(chē)站設(shè)備及照明發(fā)熱、車(chē)站人員散熱散濕等等；區(qū)間隧道的熱濕負(fù)荷組成主要包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱傳濕、列車(chē)運(yùn)行及其設(shè)備發(fā)熱、峒口空氣交換熱濕負(fù)荷、隧道設(shè)備及照明發(fā)熱等。車(chē)站和區(qū)間熱濕環(huán)境通過(guò)空氣流動(dòng)相互影響。以下對(duì)熱濕負(fù)荷組成的主要方面進(jìn)行詳細(xì)的分析計(jì)算。

1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱傳濕

2）列車(chē)運(yùn)行及其設(shè)備發(fā)熱

列車(chē)發(fā)熱量是地鐵內(nèi)部的負(fù)荷的主要組成部分，資料顯示其運(yùn)行發(fā)熱及冷凝器等設(shè)備發(fā)熱分別為地鐵內(nèi)部的第一和第二熱源[3，6]。

3）車(chē)站人員散熱散濕

考慮地鐵內(nèi)部人員的散熱量，主要就是考慮車(chē)站乘客的散熱量。與一般的建筑有所區(qū)別，車(chē)站乘客為非常駐人員。一般乘客乘車(chē)的過(guò)程是途經(jīng)站廳、站臺(tái)直至進(jìn)入列車(chē)車(chē)廂，平均停留時(shí)間為4min～5min，下車(chē)的過(guò)程恰好相反。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)必須對(duì)車(chē)站的客流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即統(tǒng)計(jì)運(yùn)營(yíng)時(shí)段內(nèi)各小時(shí)上車(chē)和下車(chē)的人員數(shù)，一旦客流量確定，人員的散熱量也基本確定。在通常地鐵客流量的預(yù)測(cè)中，由于多種不確定因素，一般僅對(duì)高峰期作預(yù)測(cè)，至于其它時(shí)刻的客流量，常常在高峰客流量的基礎(chǔ)之上乘以一個(gè)因子，即要引入一個(gè)客流系數(shù)的概念，其大小一般根據(jù)以往的統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)所得。

4）設(shè)備及照明散熱

對(duì)于未設(shè)置設(shè)備的區(qū)間隧道，由于其照明也相對(duì)較少，基本上可以忽略區(qū)間上的設(shè)備及照明散熱，主要考慮車(chē)站的設(shè)備及照明散熱。

而車(chē)站的設(shè)備及照明散熱一般是由用電設(shè)備產(chǎn)生，包括AFC自動(dòng)售票機(jī)、檢票機(jī)、自動(dòng)扶梯、垂直電梯、燈具、廣告牌等等。

地鐵內(nèi)部設(shè)備及照明散熱與一般的建筑相同，可以在統(tǒng)計(jì)用電設(shè)備用電功率及使用時(shí)間的基礎(chǔ)之上得出。

5）新風(fēng)及出入口進(jìn)風(fēng)負(fù)荷

為保證地鐵車(chē)站內(nèi)良好的空氣品質(zhì)，必須向站內(nèi)送入一定的新風(fēng)。根據(jù)《規(guī)范》要求，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，人均新風(fēng)量不得少于30m3/h；系統(tǒng)閉式運(yùn)行時(shí)，人均新風(fēng)量不得少于12.6m3/h，且系統(tǒng)的新風(fēng)量不得少于總風(fēng)量的10%；空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，人均新風(fēng)量不得少于12.6m3/h，且系統(tǒng)的新風(fēng)量不得少于總風(fēng)量的10%。

由于地鐵活塞風(fēng)效應(yīng)的影響，外界新風(fēng)會(huì)通過(guò)乘客出入口進(jìn)入車(chē)站內(nèi)而與站內(nèi)空氣混合，從而影響空調(diào)負(fù)荷。對(duì)非屏蔽門(mén)地鐵而言，出入口的進(jìn)風(fēng)量與發(fā)車(chē)對(duì)數(shù)密切相關(guān)，發(fā)車(chē)對(duì)數(shù)存在著某一臨界值，在臨界值以下，其進(jìn)風(fēng)量與發(fā)車(chē)對(duì)數(shù)基本呈正比關(guān)系[10]。

系統(tǒng)新風(fēng)及出入口進(jìn)風(fēng)攜帶的冷負(fù)荷在空調(diào)季節(jié)均由空調(diào)系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)，因此可以統(tǒng)一為一個(gè)計(jì)算公式：

3 安全門(mén)系統(tǒng)對(duì)地鐵熱環(huán)境的影響

地鐵車(chē)站安裝的安全門(mén)系統(tǒng)，由于其本身的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于在車(chē)站與區(qū)間隧道之間形成了一道屏障，雖然不完全封閉，但勢(shì)必會(huì)影響到車(chē)站及隧道的氣流組織，另外相當(dāng)于在站臺(tái)與隧道之間增加了一導(dǎo)熱熱阻，勢(shì)必會(huì)對(duì)地鐵內(nèi)部熱環(huán)境產(chǎn)生影響。由于活塞風(fēng)的作用，地鐵內(nèi)部空氣擾動(dòng)相對(duì)劇烈，因此從定性的角度上來(lái)講，因空氣對(duì)流而對(duì)熱環(huán)境產(chǎn)生的影響要比導(dǎo)熱的影響程度大得多。而空氣流動(dòng)的程度視安全門(mén)的高度而定，安全門(mén)越高，即車(chē)站與隧道間的隔絕程度就越大，空氣流動(dòng)就越困難。

1）安全門(mén)對(duì)車(chē)站熱環(huán)境的影響

在空調(diào)季節(jié)，從節(jié)能的角度出發(fā)，車(chē)站一般采用小新風(fēng)進(jìn)風(fēng)方式，即只要引入一定的新風(fēng)滿足車(chē)站人員的衛(wèi)生及舒適性要求即可。因此，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在空調(diào)季節(jié)一般采用閉式運(yùn)行，即區(qū)間與車(chē)站機(jī)械通風(fēng)機(jī)均關(guān)閉，活塞風(fēng)道、機(jī)械風(fēng)道關(guān)閉，僅依靠地鐵活塞風(fēng)作用從乘客出入口吸入室外空氣或者通過(guò)新風(fēng)機(jī)送入一定的新風(fēng)進(jìn)入空調(diào)箱。對(duì)于未設(shè)置安全門(mén)系統(tǒng)的地鐵車(chē)站，由于活塞效應(yīng)比較強(qiáng)，一般通過(guò)乘客出入口進(jìn)入的新風(fēng)就能滿足新風(fēng)量要求，但與此同時(shí)，隧道中溫度相對(duì)高的空氣，特別是列車(chē)剎車(chē)進(jìn)站?？侩A段產(chǎn)生的大量制動(dòng)熱也以空氣為載體，通過(guò)活塞效應(yīng)流入了站臺(tái)，導(dǎo)致車(chē)站溫度短時(shí)間內(nèi)迅速升高，這部分熱量也成為了空調(diào)負(fù)荷影響了空調(diào)能耗。地鐵車(chē)站安裝安全門(mén)系統(tǒng)以后，車(chē)站與隧道直接連通的面積減?。ㄆ涿娣e大小由安全門(mén)的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定），因活塞效應(yīng)進(jìn)入站臺(tái)的高溫空氣量同時(shí)減小，空調(diào)負(fù)荷降低，車(chē)站熱環(huán)境受到的影響程度也降低。

在過(guò)渡季節(jié)，由于室外溫度相對(duì)較低，無(wú)須開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)，地鐵內(nèi)部產(chǎn)生的余熱余濕可以通過(guò)引入室外新風(fēng)加以消除。對(duì)于未設(shè)置安全門(mén)系統(tǒng)的地鐵車(chē)站，可以充分利用活塞效應(yīng)而從出入口進(jìn)入的新風(fēng)冷卻車(chē)站，如果新風(fēng)不足，一般開(kāi)啟局部的送排風(fēng)機(jī)即可滿足車(chē)站熱環(huán)境要求。而當(dāng)?shù)罔F車(chē)站設(shè)置了安全門(mén)系統(tǒng)后，車(chē)站的活塞風(fēng)效應(yīng)被削弱，通過(guò)出入口進(jìn)入車(chē)站的新風(fēng)量減少，地鐵內(nèi)部的余熱余濕可能得不到及時(shí)的消除，而使室內(nèi)熱環(huán)境惡化，因此為了滿足熱環(huán)境要求，必須開(kāi)啟更多的回排風(fēng)機(jī)或者延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)間，同時(shí)這也增加了通風(fēng)系統(tǒng)的能耗。

2）安全門(mén)對(duì)隧道熱環(huán)境的影響

4 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗分析

為了得到安全門(mén)系統(tǒng)對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)能耗的影響情況，需對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和能耗作一詳細(xì)的測(cè)試分析， 包括有無(wú)安全門(mén)系統(tǒng)下的能耗，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行對(duì)比，從而分析出規(guī)律，得出結(jié)論。

4.1 理論計(jì)算

4.1.1 相關(guān)條件設(shè)定

為了便于計(jì)算，特對(duì)車(chē)站的參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)定：

1）列車(chē)進(jìn)站平均時(shí)間為15S，列車(chē)出站平均時(shí)間為10S，且列車(chē)出站時(shí)風(fēng)速約占列車(chē)進(jìn)站時(shí)風(fēng)速的60%，根據(jù)上述設(shè)定可以得出列車(chē)出站風(fēng)量（U出）占進(jìn)站風(fēng)量（U進(jìn)）的40%， 即U出=U進(jìn)*40%；

2）通過(guò)出入口泄壓、引流的氣流總量為列車(chē)進(jìn)出站時(shí)帶進(jìn)、帶出車(chē)站氣流的70%，

U泄=U進(jìn)*70%

U引=U出*70%

3）根據(jù)南京地鐵設(shè)計(jì)文件標(biāo)準(zhǔn)，夏季室外干球計(jì)算溫度（T外）取32℃，車(chē)站溫度（T車(chē)）控制在29℃，隧道內(nèi)平均溫度（T隧）取30℃，空調(diào)口出風(fēng)溫度（T空）取20℃；

4）由于車(chē)站采用水冷式空調(diào)并經(jīng)過(guò)相關(guān)處理，可以近似認(rèn)為車(chē)站的相對(duì)濕度和隧道內(nèi)的相對(duì)濕度相等；

5）經(jīng)過(guò)測(cè)量，南京地鐵一號(hào)線站臺(tái)全長(zhǎng)（L）144m，站臺(tái)高度（H）為2.5m。

4.2 相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)量

有無(wú)站臺(tái)們都將站臺(tái)兩端和站臺(tái)中央作為3處測(cè)量點(diǎn)，利用風(fēng)速儀的平均測(cè)量功能，得到該測(cè)量點(diǎn)的平均風(fēng)速。最終將3處測(cè)量的平均值作為整個(gè)站臺(tái)的平均風(fēng)速，

4.2.1 無(wú)安全門(mén)列車(chē)進(jìn)站時(shí)站臺(tái)側(cè)邊的風(fēng)量測(cè)算

次數(shù)位置 第一次測(cè)量 第二次測(cè)量 第三次測(cè)量站臺(tái)頭部 0.6m/s 0.5m/s 0.5m/s

V臺(tái)=2.1m/s

4.2.2 有安全門(mén)列車(chē)進(jìn)站時(shí)經(jīng)百葉的風(fēng)量測(cè)算

V臺(tái)'≈0.8m/s

4.3 數(shù)據(jù)計(jì)算

4.3.1 風(fēng)量計(jì)算

無(wú)安全門(mén)情況下，整個(gè)車(chē)站站臺(tái)區(qū)相當(dāng)于氣流通道，站臺(tái)長(zhǎng)144m，高2.5m，在列車(chē)平均進(jìn)站時(shí)間內(nèi)，注入車(chē)站的活塞風(fēng)量U可以做如下近似計(jì)算：

U=L*H *V臺(tái)*t=144m*2.5m*2.1m/s*15s=11340m3

有安全門(mén)情況下，安全門(mén)體百葉部分的面積約占整個(gè)站臺(tái)側(cè)面積的1/2，按百業(yè)通風(fēng)率60%計(jì)算，通風(fēng)過(guò)流面積 占整個(gè)站臺(tái)面積的 30%。考慮到站臺(tái)門(mén)接縫及站臺(tái)門(mén)頂端處漏風(fēng)現(xiàn)象， 漏風(fēng)率λ取值15%，在列車(chē)平均進(jìn)站時(shí)間內(nèi)，給車(chē)站注入的活塞風(fēng)量U′可以做如下近似計(jì)算：

U'=L*H *13/40*V 臺(tái) '*t/（1-λ）=（144m*2.5m*30%*2.1m/s*15s）/85%=4002m3

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算可知，由于安全門(mén)的存在，格擋了大量的活塞風(fēng)，風(fēng)量減少ΔU=U-U'=11340m3-4002m3=7338m3。

4.3.2 能量與風(fēng)量折算

1）進(jìn)站時(shí)，站臺(tái)門(mén)格擋的風(fēng)量與風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的計(jì)算

列車(chē)進(jìn)站時(shí)，被格擋掉的風(fēng)原先是要消耗車(chē)站內(nèi)的冷量才能從隧道內(nèi)的30℃降為車(chē)站設(shè)定的29℃的，但是現(xiàn)在這些風(fēng)被擠入?yún)^(qū)間隧道，就不會(huì)消耗車(chē)站的冷量，所以送風(fēng)機(jī)減少送出的冷量近似等于被格擋風(fēng)量降溫所消耗的能量。故送風(fēng)機(jī)在一次進(jìn)站過(guò)程中需要少送出氣體的體積U風(fēng)1，

ΔU/U風(fēng)1=（T車(chē)-T空）/（T隧-T車(chē)）

代入數(shù)值7338m3/U風(fēng)1=（29℃-20℃）/（30℃-29℃）

得U風(fēng)1=815m3

2）出站時(shí)，站臺(tái)門(mén)格擋的風(fēng)量與風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的計(jì)算

如前所述，列車(chē)出站時(shí)的總風(fēng)量是進(jìn)站總風(fēng)量的40%，也即送風(fēng)機(jī)送風(fēng)體積也是進(jìn)站時(shí)的40%，

∵U出=U進(jìn)*40%

U出/U進(jìn)= U2/U1

∴U風(fēng)2=U風(fēng)1*40%=815m3*40%=326m3

3）出站時(shí)，出入口引流風(fēng)量與風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的計(jì)算

列車(chē)出站時(shí)，從出入口少灌入車(chē)站的風(fēng) 要消耗車(chē)站內(nèi)的冷量才能從32℃降為車(chē)站設(shè)定的29℃的，現(xiàn)在引流風(fēng)量減少，送風(fēng)機(jī)可以減少送出的冷量近似等于引流風(fēng)量降溫所需耗能。對(duì)送風(fēng)機(jī)減少的風(fēng)量U風(fēng)3，進(jìn)行如下計(jì)算：

∵U引=U出*70%

∴ΔU引=（ΔU *40%）*70%

又 ∵ v1/ v2 =Δt2/Δt1

∴ΔU引/U風(fēng)3=（T車(chē)-T空）/（T外-T車(chē)）

代入ΔU引后得：

（ΔU*60%*2/3*70%）/U風(fēng)3=（T車(chē)-T空）/（T外-T車(chē)）

2030m3/U風(fēng)3=（29℃-20℃）/（32℃-29℃）

U風(fēng)3=676m3

4）出站時(shí)，出入口泄壓風(fēng)量與風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的計(jì)算

列車(chē)出站時(shí)出入口引流風(fēng)量是列車(chē)進(jìn)站時(shí)出入口泄壓風(fēng)量的40%，也即送風(fēng)機(jī)送風(fēng)體積也是進(jìn)站時(shí)的40%，

∵U進(jìn)/U出= U引/U泄= U風(fēng)3/U風(fēng)4

∴U引=U泄*40%

U風(fēng)4=U風(fēng)3/40%=676m3/40%=1690m3

一號(hào)線目前的行車(chē)間隔是4分鐘，也就意味著平均每2分鐘就會(huì)有一班上行或下行的地鐵列車(chē)進(jìn)站，則每小時(shí)列車(chē)進(jìn)站次數(shù)M=60/2=30，綜上所述，則風(fēng)機(jī)在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，可以減少送風(fēng)量U總為：

4 數(shù)值分析

南京地鐵一號(hào)線典型地下車(chē)站均設(shè)4臺(tái)送風(fēng)機(jī)、4臺(tái)排風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率均為37KW(送風(fēng)量約100000m3/h)。

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算，可見(jiàn)對(duì)于列車(chē)進(jìn)站而言，由于站臺(tái)門(mén)的存在，格擋了大量的活塞風(fēng)（ΔU）：

ΔU=U-U'=11340m3-4095m3=7245m3

其格擋率η=ΔU/ U*100%=7245m3/11340m3*100%≈64%可見(jiàn)其在節(jié)能方面是效果是很顯著的。

因電源頻率（F）、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（N）、風(fēng)機(jī)風(fēng)量（U）均成一次關(guān)系，同時(shí)車(chē)站共有4臺(tái)送風(fēng)機(jī)，折算每臺(tái)風(fēng)機(jī)可以減少的風(fēng)量為U總的1/4，也就是26198m3，依照典型地下站進(jìn)行計(jì)算，遂得

∵ F/F′=U/U′

∴F50/ΔF=U額/ΔU

50Hz/ΔF=100000m3/26198m3

即ΔF=13Hz

綜上所述，根據(jù)理論計(jì)算，由于站臺(tái)門(mén)的原因，可以將現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)頻率下調(diào)13Hz，但是出于對(duì)舒適度的考慮，應(yīng)保留部分送風(fēng)的余量，故令：

ΔF≈10Hz

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，可以將送風(fēng)機(jī)頻率上限設(shè)定為30Hz、排風(fēng)機(jī)仍按照送風(fēng)機(jī)頻率的80%投入運(yùn)行，以滿足運(yùn)營(yíng)需要。

5 自動(dòng)化控制修改策略

為了讓車(chē)站在夏季既能維持一個(gè)清涼的環(huán)境又能達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)，BAS系統(tǒng)需要對(duì)送、排風(fēng)機(jī)進(jìn)行智能的調(diào)節(jié)以適應(yīng)車(chē)站具體的環(huán)境變化，其具體的控制過(guò)程由三個(gè)部分組成，分別是開(kāi)機(jī)初始階段運(yùn)行過(guò)程、線性下降運(yùn)行過(guò)程和智能調(diào)節(jié)運(yùn)行過(guò)程。如前所述，排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率是送風(fēng)機(jī)的80%，故下述討論均以送風(fēng)機(jī)為例，排風(fēng)機(jī)的頻率直接按照關(guān)系比例產(chǎn)生輸出。通過(guò)之前的結(jié)論，我們需要將送風(fēng)機(jī)的頻率上限下調(diào)10Hz，即讓送風(fēng)機(jī)運(yùn)行在[20Hz，30Hz]區(qū)間范圍內(nèi)。但是一號(hào)線不同的車(chē)站有不同的結(jié)構(gòu)，而且通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)造也不盡相同，由此我們可以將這些不同抽象出來(lái)，在程序中增設(shè)一個(gè)頻率修正因子γ來(lái)體現(xiàn)。在產(chǎn)生輸出時(shí)，直接將γ值與PID輸出頻率值相加得到最終的輸出頻率?？梢?jiàn)，此次修改的難點(diǎn)在于如何確定修正因子γ的取值。下面對(duì)程序修改的各因素、各過(guò)程進(jìn)行具體的分析，以建立BAS程序中通風(fēng)系統(tǒng)的軟件模型，并給出最終控制方案。

5.1 送風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率相關(guān)參數(shù)設(shè)定

根據(jù)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，南京地鐵一號(hào)線車(chē)站夏季控制溫度為29℃，那么我們需要根據(jù)實(shí)時(shí)的溫度情況對(duì)風(fēng)機(jī)的頻率進(jìn)行相關(guān)控制。為此，要根據(jù)新需要在程序中要重新設(shè)立PID控制模塊的相關(guān)參數(shù)，需要修正的參數(shù)設(shè)定如下：

1）頻率上限設(shè)定

根據(jù)分析，送風(fēng)機(jī)的頻率上限應(yīng)設(shè)定為30Hz，下限應(yīng)設(shè)定為20Hz，這樣在根據(jù)車(chē)站溫度進(jìn)行PID智能調(diào)節(jié)時(shí)，能保證風(fēng)機(jī)的輸出頻率在無(wú)修正的情況下，可以在[20Hz，30Hz]區(qū)間范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，以達(dá)到智能的控制。

2）PID控制模塊的各參量設(shè)定

程序中需要對(duì)PID模塊的比例參量P、積分參量I和微分參量D進(jìn)行設(shè)置。其中比例參量起信號(hào)比例放大作用，積分參量控制時(shí)間積累效應(yīng)，微分參量主要起阻止偏差變化的作用。對(duì)于南京地鐵一號(hào)線通風(fēng)系統(tǒng)的控制，我們只需要考慮比例參量和積分參量即可。由于車(chē)站公共區(qū)的面積較大，總體的熱容也較大，所以車(chē)站每升高或降低1℃所需要的時(shí)間就比較長(zhǎng)，所以從這個(gè)角度考慮，我們要縮減時(shí)間效應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)頻率的影響，換言之也就是要增大積分參量的取值，讓其控制相對(duì)“滯緩”。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和模擬驗(yàn)證。

3）控制溫度點(diǎn)和死區(qū)的設(shè)定

程序中設(shè)立的PID模塊需要根據(jù)車(chē)站的具體溫度進(jìn)行控制，為了防止輸出頻率的頻繁震蕩，需要在程序中設(shè)立一定的死區(qū)范圍，在死區(qū)范圍內(nèi)，維持現(xiàn)有的頻率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，不再進(jìn)行調(diào)節(jié)。車(chē)站溫度控制標(biāo)準(zhǔn)為29℃，在控制上，可以定義±1℃的死區(qū)范圍，讓車(chē)站溫度能夠穩(wěn)定在[27℃，29℃]，即當(dāng)車(chē)站溫度從低溫上升至29℃時(shí)，增大風(fēng)機(jī)的頻率，直到控制上限；當(dāng)溫度從高溫降至27℃時(shí)，減小風(fēng)機(jī)的頻率，直到控制下限。綜上，程序中的控制溫度點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置為28℃，死區(qū)為±1℃，以滿足溫度控制區(qū)間要求。

5.2 風(fēng)機(jī)開(kāi)機(jī)初始階段運(yùn)行過(guò)程

當(dāng)車(chē)站每天剛開(kāi)站的時(shí)候，首先為了能夠迅速地將車(chē)站溫度降下來(lái)，起初需要用大風(fēng)量給車(chē)站送風(fēng)，以南京地鐵一號(hào)線典型地下車(chē)站為例，將頻率基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定為風(fēng)機(jī)正常調(diào)節(jié)的中間點(diǎn)25Hz，將修正因子的初始基準(zhǔn)值設(shè)定為10。根據(jù)不同的車(chē)站特點(diǎn)，可以對(duì)γ值進(jìn)行二次修正，修正的原則如下：

1）對(duì)于側(cè)式站臺(tái)，γ修正-1；

2）對(duì)于車(chē)站面積較小，γ修正-2；

3）對(duì)于車(chē)站面積較大，γ酌情修正1-2；

4）對(duì)于重點(diǎn)客流大站，γ酌情修正2-5；

5）對(duì)于換乘站，γ修正1；

6）站廳站臺(tái)合一，γ修正2；

7）對(duì)于同一車(chē)站，γ的二次修正值在初始基準(zhǔn)值基礎(chǔ)上進(jìn)行矢量疊加，γ上限不超過(guò)15，下限不低于5。

那么如何確定運(yùn)行時(shí)間T、初始頻率F和修正因子γ的二次修正值呢，下面根據(jù)不同車(chē)站給出不同的取值：

參數(shù)車(chē)站運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間T（min）初始頻率F（Hz）修正因子γ二次修正 取值原因奧體中心 40 37 12 站廳站臺(tái)合一元通 25 33 8 換乘站、車(chē)站面積較小、側(cè)式站臺(tái)中勝 25 32 7 車(chē)站面積較小、側(cè)式站臺(tái)三山街 30 37 12 客流較大張府園 30 35 10 典型車(chē)站新街口 60 40 15 換乘站、客流大、車(chē)站面積大珠江路 30 35 10 典型車(chē)站鼓樓 45 37 12 車(chē)站面積大，三層玄武門(mén) 35 35 10 典型車(chē)站新模范馬路 35 35 10 典型車(chē)站南京站 45 40 15 客流大，車(chē)站面積較小

5.3 風(fēng)機(jī)線性下降階段運(yùn)行過(guò)程

當(dāng)完成了風(fēng)機(jī)開(kāi)機(jī)初始階段運(yùn)行過(guò)程后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入線性下降階段運(yùn)行過(guò)程，需要將風(fēng)機(jī)的頻率緩慢地從高頻降低至基準(zhǔn)頻率25Hz，這個(gè)時(shí)候就要按照時(shí)間逐步對(duì)功率修正因子γ進(jìn)行線性修正了。把修正因子γ看成是風(fēng)機(jī)在本階段運(yùn)行時(shí)間T1的一次函數(shù)，令γ=N-1/K *T1，其中N為上一階段γ的初始值，對(duì)于某一車(chē)站而言為定值；K為比例系數(shù)，即每K分鐘降低1Hz的頻率，典型車(chē)站K的取值為5，其修正原則與上述γ初始值的二次修正原則相同，不再贅述，下面給出各車(chē)站的K取值：

參數(shù)車(chē)站 比例系數(shù)K 取值原因奧體中心 7 站廳站臺(tái)合一元通 6 換乘站、車(chē)站面積較小、側(cè)式站臺(tái)

中勝 4 車(chē)站面積較小、側(cè)式站臺(tái)三山街 7 客流較大張府園 5 典型車(chē)站新街口 10 換乘站、客流大、車(chē)站面積大珠江路 5 典型車(chē)站鼓樓 7 車(chē)站面積大，三層玄武門(mén) 5 典型車(chē)站新模范馬路 5 典型車(chē)站南京站 7 客流大，車(chē)站面積較小

綜上設(shè)備在以初始頻率運(yùn)行T分鐘后，頻率線性下降，最終達(dá)到基準(zhǔn)頻率25Hz。當(dāng)γ＜0時(shí)，表示風(fēng)機(jī)頻率已經(jīng)降低至基準(zhǔn)頻率，也就意味著該階段運(yùn)行結(jié)束。

5.4 風(fēng)機(jī)智能調(diào)節(jié)運(yùn)行過(guò)程

在該運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率由PID智能調(diào)節(jié)模塊來(lái)計(jì)算，并保持在[20Hz，30Hz]范圍內(nèi)，以達(dá)到節(jié)能的效果，由于該項(xiàng)技術(shù)較為成熟，且都為模塊化控制，故此不在贅述。

考慮此項(xiàng)目為今年第一次測(cè)試，應(yīng)該在程序中設(shè)定一個(gè)測(cè)試偏移量α，α的取值為[-5，10]，在頻率輸出時(shí)疊加α，即讓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的頻率范圍變成[20Hz+α，30Hz+α]。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，如果車(chē)站溫度過(guò)高時(shí)可以增加α的值以獲得更高的送風(fēng)量；相反，可以適當(dāng)?shù)臏p小α的值，直到得出每一個(gè)車(chē)站的最優(yōu)頻率值。

6 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益

該項(xiàng)目可以更加合理的安排車(chē)站通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，在滿足車(chē)站降溫的前提下，達(dá)到節(jié)能降耗的效果；每年節(jié)能的費(fèi)用 如下表所示：

車(chē)站 設(shè)備功率 設(shè)備臺(tái)數(shù) 節(jié)電量（萬(wàn)千瓦時(shí)）奧體中心 37kW 8臺(tái) 11元通 37kW 8臺(tái) 11中勝 37kW 8臺(tái) 11三山街 37kW 8臺(tái) 11張府園 37kW 8臺(tái) 11新街口 55kW 11臺(tái) 2837kW 3臺(tái) 11珠江路 37kW 8臺(tái) 11鼓樓 55kW 8臺(tái) 17玄武門(mén) 37kW 8臺(tái) 11新模范馬路 37kW 8臺(tái) 11南京站 55kW 8臺(tái) 17

根據(jù)上述計(jì)算數(shù)據(jù)可得每年空調(diào)季節(jié)可以節(jié)約用電總和為：

11*8+28+16.85*2=150萬(wàn)度

按0.51元/度的價(jià)格，每年空調(diào)季可以節(jié)省電費(fèi)約76.5萬(wàn)元。

[1]趙榮義，范存養(yǎng)，薛殿華，錢(qián)以明[M].空氣調(diào)節(jié).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.

[2]機(jī)電部第十設(shè)計(jì)研究院.空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.

[3]孫一堅(jiān)，等.工業(yè)通風(fēng)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1985.

[4]何川，郭立君.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.