地鐵通風(fēng)空調(diào)節(jié)能與智能化控制問題探討

鄭雷

：地鐵是城市建設(shè)的重中之重，它直接關(guān)系到城市公共交通運(yùn)輸?shù)男屎退?。同時(shí)，地鐵也是衡量一個(gè)城市實(shí)力的重要指標(biāo)。但是地鐵在運(yùn)營(yíng)過程中需要消耗大量電能，其中以通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)消耗的電能最高，最高能達(dá)到地鐵每年總能耗的50%，因此，做好地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗對(duì)于地鐵交通運(yùn)輸有著非常重要的意義和作用?；诖?，文章對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的組成進(jìn)行了分析，進(jìn)一步探究了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用，以供參考。

：地鐵通風(fēng)空調(diào);節(jié)能;智能化控制

通過大量統(tǒng)計(jì)表明，在城市地鐵交通車站運(yùn)營(yíng)中，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗總比最高能夠達(dá)到將近40%～50%，甚至更高。結(jié)合美國(guó)ASHRAE中的冷水機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)，制冷性能系數(shù)（COP）未超過3.5的都應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)改造，但是通過調(diào)查分析表明，在現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)的地鐵車站中，大部分COP都會(huì)超過3.0，這說明在現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)地鐵交通建設(shè)中，仍必須積極進(jìn)行節(jié)能改造，并且也具備較大的節(jié)能潛力。雖然在現(xiàn)階段技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)備設(shè)施性能的不斷提升，高效節(jié)能技術(shù)、節(jié)能產(chǎn)品不斷增多，但是在具體地鐵車站建設(shè)中普遍存在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)高能耗的問題，所以在當(dāng)下仍需要進(jìn)一步做好對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中智能化控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，不斷提升地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果和效率，積極響應(yīng)國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的目標(biāo)。

地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的組成極其復(fù)雜，其不僅包括隧道通風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)也包括公共區(qū)域、車站機(jī)房、設(shè)備用房等區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)以及制冷循環(huán)系統(tǒng)，其中公共區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)也被稱之為大系統(tǒng)，而車站機(jī)房及設(shè)備用房中的通風(fēng)系統(tǒng)被稱之為小系統(tǒng)。隧道通風(fēng)包括活塞風(fēng)以及機(jī)械通風(fēng)兩部分，其可以結(jié)合是各種隧道的情況滿足各種通風(fēng)需求。大系統(tǒng)在地鐵車站中主要負(fù)責(zé)公共站臺(tái)、大廳等區(qū)域的通風(fēng)制冷，在出現(xiàn)問題時(shí)，大系統(tǒng)能夠迅速作出反應(yīng)，將空氣中的煙霧或者有害氣體進(jìn)行排出，確保車站內(nèi)人員安全;而小系統(tǒng)則主要為各項(xiàng)設(shè)備設(shè)施以及車站工作人員提供良好的工作環(huán)境，控制空氣的溫度在一定范圍內(nèi)。制冷循環(huán)系統(tǒng)作為通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的冷源末端設(shè)備，其通過水作為冷熱交換的媒介，所以也被叫做空調(diào)水系統(tǒng)^[1]。在地鐵車站運(yùn)營(yíng)中，只有個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合才能夠?yàn)榈罔F車輛、設(shè)備設(shè)施等的操作運(yùn)行，以及乘客和工作人員提供最為良好的環(huán)境。并且在車站出現(xiàn)火災(zāi)、空氣質(zhì)量較差等情況時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)還可以及時(shí)進(jìn)行排煙、換氣，以免因煙氣積聚而造成車站內(nèi)人員中毒，為地鐵車站內(nèi)的人員撤離營(yíng)造良好條件。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)規(guī)模龐大，系統(tǒng)中包括了各種各樣的設(shè)備，并且各設(shè)備間彼此影響，影響空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)和變量非常多。其具體特點(diǎn)包括下述幾點(diǎn)：

（1）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)整體能耗非常大，在地鐵運(yùn)行總能耗中的占比普遍在30%以上，并且在地鐵車站運(yùn)行中，還會(huì)出現(xiàn)客流高峰或者低峰等不同運(yùn)行階段，這就會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷出現(xiàn)較大變化，但是在具體地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷設(shè)定時(shí)，仍必須依據(jù)最大負(fù)荷來進(jìn)行確定，這樣才可以滿足各個(gè)階段及不同時(shí)期地鐵車站的運(yùn)行要求。（2）熱源波動(dòng)相對(duì)較大。地鐵車站內(nèi)的熱源參數(shù)會(huì)跟隨客流量以及外界空氣環(huán)境溫度的變化而發(fā)生較大變化。（3）地鐵車站熱源會(huì)隨著空間的擴(kuò)大而進(jìn)一步擴(kuò)大，在這一點(diǎn)，地鐵車站與其他交通工具相比存在較大不同，這就要求空調(diào)大、小系統(tǒng)以及水系統(tǒng)必須具備更強(qiáng)的運(yùn)行性能。（4）地鐵車站除了地上部分外還包括地下工程，地下空間相對(duì)封閉，就對(duì)地鐵地下空間的安全性要求有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。（5）非屏蔽門地鐵車站的活塞風(fēng)通風(fēng)主要是利用地鐵車輛來充當(dāng)活塞實(shí)現(xiàn)通風(fēng)。而對(duì)于屏蔽門車站，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)則需要進(jìn)一步提升。受上述特點(diǎn)的影響，在地鐵車站運(yùn)行中，必須為通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)建更為科學(xué)合理的控制系統(tǒng)，這樣才可以為地鐵車站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供良好條件。

風(fēng)系統(tǒng)和水系統(tǒng)作為地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的主要組成部分，雖然二者的運(yùn)行控制模式存在一定差異，但是彼此間也有耦合關(guān)系，二者共同作用才完成了對(duì)地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)的控制。在地鐵車站負(fù)荷出現(xiàn)變化時(shí)，空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)為了降低能耗，會(huì)結(jié)合負(fù)荷變化進(jìn)行風(fēng)機(jī)頻率、送風(fēng)溫度、水流量等合理調(diào)整，只有確保風(fēng)水系統(tǒng)的協(xié)作配合才可確保地鐵通風(fēng)系統(tǒng)整體節(jié)能性能的提升。在以往地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)備設(shè)施的操控都會(huì)采用變頻控制，但是其并不能全面結(jié)合具體車站運(yùn)行負(fù)荷來智能調(diào)控各項(xiàng)設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行頻率和功率。因此，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，必須通過智能化控制技術(shù)來更好完成對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)高效管控。

風(fēng)水聯(lián)動(dòng)智能控制系統(tǒng)在具體應(yīng)用中，為了充分發(fā)揮節(jié)能控制的效果，必須做好對(duì)各層次、各級(jí)別以及各部分設(shè)備間的聯(lián)通，利用分布式控制確保各系統(tǒng)能夠正常獨(dú)立運(yùn)行。與此同時(shí)，該系統(tǒng)還必須通過聯(lián)合設(shè)備控制系統(tǒng)更好幫助管控人員做好對(duì)風(fēng)、水系統(tǒng)中各設(shè)備設(shè)施運(yùn)行工況情況，從完成對(duì)站內(nèi)其他空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)督管控。此外，兩種系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用還可以更好實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施運(yùn)行數(shù)據(jù)及參數(shù)的監(jiān)測(cè)，從而幫助管控人員強(qiáng)化對(duì)整個(gè)地鐵車通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)督管控，提升空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

在地鐵車站運(yùn)營(yíng)中，風(fēng)水聯(lián)動(dòng)智能控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)結(jié)合車站的行車組織、新風(fēng)負(fù)荷、客流量等變化以及室外環(huán)境溫度和空氣狀態(tài)，對(duì)車站的冷負(fù)荷進(jìn)行最低化計(jì)算，得到能耗最低的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行控制方案，確保車站內(nèi)的環(huán)境溫度在達(dá)到預(yù)期目標(biāo)值的基礎(chǔ)上，盡可能降低能耗，提升COP值。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)根據(jù)地鐵車站具體運(yùn)行情況分為正常、火災(zāi)和阻塞三種不同工況，如圖1所示。在風(fēng)水聯(lián)動(dòng)智能控制系統(tǒng)的作用下，各分區(qū)以及各部分的空調(diào)設(shè)備都能夠得到有效控制，確?？照{(diào)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。管控人員能夠利用監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控各項(xiàng)空調(diào)設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行情況，并將傳感器所采集到的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，比如運(yùn)行溫度、壓力、頻率等等，以此為基礎(chǔ)就可以準(zhǔn)確調(diào)控空調(diào)系統(tǒng)。并且風(fēng)水聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)還可以和變頻控制器直接相連，提升變頻控制的精確度和時(shí)效性，提升整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。此外，風(fēng)水聯(lián)動(dòng)智能控制系統(tǒng)的調(diào)試操控也相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于操控人員的能力水平要求相對(duì)較低。

風(fēng)水聯(lián)動(dòng)智能控制系統(tǒng)在控制過程中，主要負(fù)責(zé)管控閥門、風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)組等相關(guān)設(shè)備，通過科學(xué)調(diào)控空調(diào)負(fù)荷來促進(jìn)空調(diào)機(jī)組運(yùn)行效率及穩(wěn)定性的增強(qiáng)，由于不同設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行參數(shù)存在差異，在具體通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制中，操控人員需要結(jié)合各設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行參數(shù)來確定設(shè)備的具體參數(shù)，以此來實(shí)現(xiàn)各設(shè)備設(shè)施運(yùn)行效率的最大化。同時(shí)在機(jī)組運(yùn)行中，管控人員還需要做好對(duì)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行順序和保護(hù)限定值的科學(xué)設(shè)置，可能保持設(shè)備設(shè)施連續(xù)運(yùn)行，避免設(shè)備設(shè)施在運(yùn)行中出現(xiàn)停機(jī)情況。此外，在監(jiān)控系統(tǒng)的幫助下，管控人員還可以結(jié)合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)調(diào)整各設(shè)備設(shè)施的電力消耗，以此來降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)風(fēng)、水系統(tǒng)的智能化控制，必須做好這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采集，包括環(huán)境溫度、濕度、客流量等等，然后再通過大數(shù)據(jù)對(duì)所采集到的信息進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算分析，結(jié)合控制模型制定相應(yīng)的優(yōu)化控制方案。在大數(shù)據(jù)信息的采集中，需要綜合多個(gè)不同季節(jié)的空調(diào)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行參數(shù)，這樣才能夠?yàn)榇髷?shù)據(jù)計(jì)算提供足夠的信息數(shù)據(jù)參考。在系統(tǒng)運(yùn)行中，利用各種傳感器自動(dòng)化監(jiān)測(cè)環(huán)境中的各種相關(guān)參數(shù)，然后在完成信息數(shù)據(jù)的輸出、執(zhí)行，并通過BAS系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)管路中各相關(guān)設(shè)備設(shè)施信息的通訊共享，比如閥門狀態(tài)、溫度傳感器數(shù)值、流量參數(shù)等等。在BAS系統(tǒng)的幫助下，地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中所有的設(shè)備設(shè)施參數(shù)以及環(huán)境參數(shù)都能夠得到全面有效的采集和監(jiān)控。

（1）空調(diào)水系統(tǒng)控制。1）對(duì)水系統(tǒng)中的水泵、機(jī)組、電動(dòng)蝶閥、二通調(diào)節(jié)閥等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)控。2）節(jié)能策略：根據(jù)具體的復(fù)合變化和運(yùn)行需要，智能控制系統(tǒng)能夠智能調(diào)控閥門、調(diào)節(jié)閥、風(fēng)機(jī)等的運(yùn)行參數(shù)，提升各設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行效率。3）運(yùn)行保護(hù)：通過科學(xué)設(shè)置各相關(guān)設(shè)備設(shè)施的啟停順序、超溫保護(hù)限定值到相關(guān)參數(shù)，確保各設(shè)備設(shè)施的正常運(yùn)行，減少非正常停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）全局協(xié)調(diào)控制。在智能控制系統(tǒng)運(yùn)行中，利用BAS通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器、末端負(fù)荷等相關(guān)信息的采集共享，全面關(guān)聯(lián)各相關(guān)設(shè)備設(shè)施及工作區(qū)域，切實(shí)保證通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的高效節(jié)能運(yùn)行。

（3）參數(shù)設(shè)置和遠(yuǎn)程管控。利用流程監(jiān)控界面能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行地鐵空調(diào)風(fēng)、水系統(tǒng)中各設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，確保系統(tǒng)參數(shù)處于最佳狀態(tài)，比如水溫、閥門開度等等。

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)地鐵交通運(yùn)輸行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，必須充分重視地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗，從地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各部分入手，合理應(yīng)用風(fēng)水聯(lián)動(dòng)智能控制系統(tǒng)，不斷提高地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和節(jié)能效果。

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（Jicheng Electronics Co.， Ltd， Jinan Shandong? 250000）

Subway is the top priority of urban construction， which is directly related to the efficiency and level of urban public transport. At the same time， subway is also an important index to measure the strength of a city. But the subway needs to consume a lot of electric energy in the process of operation， among them， the ventilation and air conditioning system consumes the highest power， it can reach 50% of the total energy consumption of subway every year， therefore， energy saving and consumption reduction of subway ventilation and air conditioning system is very important for subway transportation. Based on this， this paper analyzes the composition of subway ventilation and air conditioning system， the application of intelligent control system of ventilation and air conditioning system is further explored， for reference.

Subway ventilation and air conditioning; Energy saving; Intelligent control