南京地鐵十號線環(huán)控系統(tǒng)能耗分析及控制策略優(yōu)化

段誠偉

摘 要：地鐵作為高能耗的城市軌道交通，其能耗的降低優(yōu)化一直是節(jié)能工作中有巨大潛力可以挖掘的重點項目。本文針對地鐵環(huán)控系統(tǒng)的節(jié)能改造，以南京地鐵十號線為例，對環(huán)控系統(tǒng)中通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)PLC的各設(shè)備運行時間、運行參數(shù)等進行修改，降低環(huán)控系統(tǒng)能耗并對改造效果進行統(tǒng)計分析，為后續(xù)的節(jié)能工作提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;環(huán)控系統(tǒng);通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng);節(jié)能

中圖分類號：TP311.52

概述

地鐵是一種綜合利用地下空間，兼具快速、準(zhǔn)時、大載客量等特點的公共交通方式，對緩解城市交通壓力有著巨大作用。截至2020年，我國城市軌道交通的年耗電量近400億千瓦時，占全國總耗電量的5%。作為高能耗的城市軌道交通工具，地鐵的主要能耗項目為動力用電和環(huán)控用電，環(huán)控用電通常占比25%-35%，濕熱地區(qū)甚至可達40%[1]。

一、南京地鐵十號線及地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)概況

1.南京地鐵10號線概況

南京地鐵10號線于2014年7月正式運營，由安德門站至雨山路站，共計14座車站，小行站為地上站，其余均為地下站。

2.地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗簡述

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)屬于環(huán)控系統(tǒng)（BAS）的一部分，包括隧道通風(fēng)系統(tǒng)和車站通風(fēng)系統(tǒng)，車站通風(fēng)系統(tǒng)由公共區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)（即大系統(tǒng)）、車站內(nèi)設(shè)備房空調(diào)系統(tǒng)（即小系統(tǒng)）及空調(diào)制冷循環(huán)系統(tǒng)等組成。其中，水系統(tǒng)作為車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，其能耗占比約為整個通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的50%，具有較大的節(jié)能改造空間。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗主要受客流量、行車班次、新風(fēng)量等因素影響[2]。

二、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗改造優(yōu)化

1.改造背景

十號線各地下車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)施工設(shè)計，在空調(diào)季根據(jù)單一的溫濕度控制參數(shù)進行自動啟?？刂?，其制冷量不能根據(jù)站內(nèi)實際溫濕度進行控制調(diào)整，造成車站溫度過低，引起乘客體感溫度較低、站臺門出現(xiàn)水霧、通風(fēng)管道外壁與出風(fēng)口大量出現(xiàn)冷凝水等情況，同時也造成巨大的能源浪費。環(huán)控系統(tǒng)在空調(diào)季主要是PLC以回風(fēng)口的溫度為依據(jù)，通過改變KT柜和HPF風(fēng)機的頻率對站廳站臺的送風(fēng)量進行調(diào)節(jié)，從而控制車站溫度。但實際情況是空調(diào)季因為冷機制冷量過大，即便風(fēng)機始終以最低頻率運行，車站溫度依然會過低。同時大空調(diào)風(fēng)機（KT）和大回排風(fēng)機（HPF）的控制方式也較為粗糙，根據(jù)PLC程序的初始設(shè)定，只要系統(tǒng)同時處于自動狀態(tài)和車站運營時間（5：30-0：30），四臺風(fēng)機就會處于工作狀態(tài)。冷水機組作為全站的制冷源，在空調(diào)季運營時段保持冷凍水溫度設(shè)定在7℃。冷站負荷調(diào)整的依據(jù)是冷凍水的回水溫度，車站溫度過高，則冷凍水溫度也會升高，使得冷站提高制冷量。當(dāng)冷凍水溫度低于7℃，冷機會逐步降低負載直至停機，現(xiàn)實情況是冷凍水溫度可能遠未降到7℃車站溫度就已經(jīng)很低。

在上述原因的共同作用下，空調(diào)季車站空調(diào)出風(fēng)口的出風(fēng)溫度始終過低，與站內(nèi)溫度差較大，繼而導(dǎo)致了風(fēng)管和出風(fēng)口的凝露滴水和站臺門玻璃結(jié)霧的現(xiàn)象的產(chǎn)生。而冷機在溫度不高的天氣下運行又會因為負荷過低導(dǎo)致頻繁報警和頻繁啟停。

南京地鐵空調(diào)季為每年的5-10月，經(jīng)手動控制模式調(diào)試并結(jié)合站廳站臺溫濕度測試儀數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在不開冷機的情況下，每年空調(diào)季里車站溫度在相當(dāng)長的時間里都不超過26℃，此時冷機如果始終大負荷運行，必然導(dǎo)致車站始終處于過低的溫度。南京七、八月氣溫最高，站廳站臺的溫度才會較高，此時需要冷水機組較大負荷運行。六月和九月，一臺冷機輕載運行基本可滿足制冷需要。五月和十月，僅個別異常天氣造成車站較濕熱時需要運行冷機。

2.改造思路

通過冷水量與風(fēng)量的聯(lián)合控制來實現(xiàn)車站溫度合理控制，解決此前由于車站溫度過低引起的的問題，同時避免冷機低負荷時的頻繁啟停。為BAS程序新增冷凍水閥自動調(diào)節(jié)功能（包括大系統(tǒng)和小系統(tǒng)），通過改變各子系統(tǒng)的冷凍水的供給量來調(diào)節(jié)表冷器的制冷量，從而有效控制各子系統(tǒng)的出風(fēng)溫度。

3.方案設(shè)計

對BAS系統(tǒng)的程序進行調(diào)整，確保在調(diào)節(jié)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)程序時不對其他部分程序造成影響，然后分離源程序，實現(xiàn)KT和回排風(fēng)的獨立控制，最后添加相關(guān)限定參數(shù)，先構(gòu)建風(fēng)量閉環(huán)控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建冷水閉環(huán)控制系統(tǒng)，使得通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在空調(diào)季得以實現(xiàn)風(fēng)水聯(lián)調(diào)的雙閉環(huán)控制模式。其中風(fēng)機運行時間段延用車站運營時間段，仍為5：30至次日0：30，冷水機組運形時間段修改為6：30至23：30。風(fēng)機及冷水機組啟停條件參數(shù)設(shè)置見表1，表中參數(shù)均為自動模式下設(shè)定，手動模式和事故模式優(yōu)先級均高于自動模式。雙閉環(huán)系統(tǒng)控制流程圖見圖1。

三、改造效果對比分析

十號線通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制策略優(yōu)化于2018年年中正式改造完成，并在后續(xù)工作中對各項參數(shù)進行微調(diào)，使其在滿足地鐵環(huán)控系統(tǒng)參數(shù)要求的同時，與各車站現(xiàn)場情況更加貼合。改造完成后，對2017年-2019年十號線環(huán)控系統(tǒng)的總耗電量情況進行了對比分析，見表2、表2。

十號線通風(fēng)空調(diào)控制策略經(jīng)2018年完成改造并投入使用后，對比2017年全年能耗情況，用電量減少1543020.32kWh，整體能耗降低21.5%，2019年通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)全年都采用改造后的控制策略運行，相比2018年用電量減少2891700.5kWh，整體能耗降低40.3%，在節(jié)能減排方面取得重大突破。

四、結(jié)語

南京地鐵十號線通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制策略項目改造，主要通過修改環(huán)控系統(tǒng)中通風(fēng)空調(diào)部分的PLC程序參數(shù)來完成，在不對現(xiàn)場硬件進行新增、改造的情況下完成改造并在節(jié)能方面取得較大成果，同時使得空調(diào)系統(tǒng)的運行更加貼合現(xiàn)場情況，提高了乘客和車站工作人員舒適度，做到了低投入高回報，為其他地鐵線路地下車站的節(jié)能改造提供了可行性證明與重要參考數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]張金花.地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行現(xiàn)狀及能耗調(diào)研分析[B]通風(fēng)與空調(diào)，1002-3607（2020）04-0052-04.

[2]蘇子怡.夏熱冬冷地區(qū)全高站臺門地鐵環(huán)控負荷分析[A]都市快軌交通.1672-6073（2020）05-0123-07.