城市轨道交通智能环控设备监控系统节能控制策略研究

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摘 要：车站环境的舒适度和设备运行状况与车站的温湿度密切相关，智能环控设备监控系统根据不同需求通过控制通风空调系统实现车站不同区域的温湿度要求。根据相关统计数据显示，通风空调系统是城市轨道交通系统中主要的“能耗大户”，其运行能耗与车站总能耗的占比可达到30%～50%。因此探讨城市轨道交通通风空调系统节能控制策略具有重要的经济效益和社会效益。目前智能环控设备监控系统采用自动模式控制，从而同时兼顾系统能效指标与系统稳定运行，并采用风水联动节能控制技术，将空调水系统，通风大、小系统等环控系统结合起来，进行综合节能控制。

关键词：轨道交通；智能环控设备；监控系统；节能控制；策略

1原因分析

1.1传统系统设计方案的“有心无力”

综合监控系统涵盖控制的范围很广，包括通风空调、给水排水、动力照明、自动扶梯及电梯、站台门及防淹门等诸多系统，是一个大而全的监控方案。涉及专业多、知识跨度大，BAS集成服务商很难做到对每个专业都很深入研究，尤其针对通风空调节能运行的监控点占整个BAS系统的比例不高，受重视程度不够，投入力量或调试明显不足。

1.2环控系统设备接口多、调试难度大、调试周期短

监控点维护难度高，无法保障监控效果：地铁机电安装施工往往是受土建移交、甲供设备招标及最后确保开通时间的制约，大部分城市地铁线路土建施工均会拖延，在总工期不变的条件下，机电施工安装时间往往会被压缩，留给后期的调试时间就更加紧张。根据现场经验，安装调试阶段传感器失真、控制线缆损坏率非常高，且通风空调传感器布置非常分散，核查工作量很大，加之环控专业一些阀门开度、水系统压差需要在管网完成以后进行逐个测试取值确定，系统集成承包商针对一条线数量众多的车站，能投入的有经验的调试力量非常有限，根本无法完成精细调试工作。

2城市轨道交通智能环控设备监控系统节能控制策略

2.1冷水机组节能控制策略

因空调大小系统共用一个冷冻机房，大系统和小系统使用冷水时，冷水机组均需开启。根据系统负荷的匹配性，充分分析通风系统负荷数据，通过负荷均分控制保证冷水机组在全工况下的高效运转。根据冷水机组的不同负荷工作状态，采取与之匹配的控制方案，提高节能效率。冷水机组处于高负荷运行状态下时，优先采用冷凝温度控制；处于低负荷运行状态下时，优先采用定温差控制。充分利用不同时间段温度差异的特点，采取相应的冷却水供回水温差，保持冷水机房SCOP在最高点运行。

变频冷水机组的调节区间为30%～100%，冷水机房负荷率调节区间为15%～100%，当夜间负荷低于冷水机房总负荷的15%时，智能环控系统自动启动超低负荷水蓄冷模式运行，采用冷冻泵单独运行，优先消耗冷冻水管路余冷的方式，再开启冷水机组、冷却泵及冷却塔的方式，从而提高空调水系统在超低负荷下的运行效率。

2.2节能云平台架构

在实现车站通风空调系统节能需求的前提下，基本维持了原有环境与设备监控系统的架构。在正常工况下，节能云平台系统作为环境与设备监控系统的从站控制系统，负责完成通风空调系统的风水联调智能优化控制，实现系统的节能运行;正常工况下，可通过手动切换将节能系统对设备的控制权交回至环境与设备监控系统模式;在应急工况下，环境与设备监控系统可自动切除节能系统。

2.3空调水系统

为车站大、小系统提供冷源，包含冷水机组、空调水泵、冷却塔、电动蝶阀、传感器等，目前常规的设置均采用变频，属于重点要监控的对象，纳入受控对象。

根据上述分析，最终确定相应的受控对象如下：车站大系统（组合式空调机组（变频）、回排风机（变频，带连锁风阀）、空调新风机（带连锁风阀）、温湿度传感器、二氧化碳传感器））;车站小系统（空调柜机（带连锁风阀）、回排风机（带连锁风阀）、主风管上的温湿度传感器）;空调水系统（冷水机组、空调水泵、冷却塔、自动反冲洗设备、自动在线清洗设备、电动蝶阀、温度传感器、压差旁通阀、大系统电动两通阀、小系统电动两通阀）。

除以上受控对象纳入智能环控系统受控对象以外，其余环控设备、电动风阀、传感器等均按原常规设置方案考虑。

2.4冷冻泵节能控制策略

利用冷冻水总供水管道和总出水管道的温度变送器和压力变送器采集冷冻水供回水温度，并计算出温差，为保证冷冻水供回水温差维持在预设的温差值，可以使用PID或其他智能算法来调节冷冻水泵的运行频率。当实际供回水温差高于目标值时，则提高冷冻水泵运行频率，增大水流量；当供回水温差低于目标值时，则降低冷冻水泵运行频率，减小水流量。同时智能环控设备监控系统实时监测各末端的供回水压差，如果末端最小供回水压差不够则优先提高冷冻水泵的运行频率。采用定温差和最小压差保护相结合的控制策略，从而实现对冷冻水泵运行频率的自动调节，使冷冻水系统运行在按需供应的最优状态，即大温差、小流量的工作状态。

2.5压差旁通阀控制策略

压差旁通阀的自身具备压差控制开度的功能。智能环控设备监控系统利用总管冷冻水供回水压差设定冷冻水泵调节和压差旁通阀调节的优先级。若冷冻水供回水压差低于设定值时，智能环控设备监控系统关闭压差旁通阀，再提高冷冻水泵运行频率。当冷冻水供回水压差高于设定值时，则智能环控设备监控系统减小冷冻水泵运行频率，再增加压差旁通阀开度。同时冷冻水流量不满足单台冷水机组额定流量的50%时，智能环控设备监控系统自动启动压差旁通阀，从而保证冷水机组的最小流量。

2.6空调小系统风机频率控制策略

小新风、全新风模式下智能环控设备监控系统根据小系统AHU的回风温度控制二通调节阀的开度，当二通调节阀开度小于该AHU的变风量允许开度，系统优先降低变风量小系统空调EC风机转速。当二通调节阀开度大于该AHU的变风量允许开度，系统优先升高变风量小系统空调EC风机转速。节能模块根据每台变风量小系统空调的特点设置EC风机转速下限，确保变风量小系统空调的最低风量需求。

通风模式下，小系统空调频率根据室外温度采用不同的风量定风量运行。回排风机根据风量平衡调节，确保送风量=回风量+新风量。

智能环控设备监控系统根据串级控制调节小系统送风机频率，系统负荷升高时，优先调节二通阀开度，二通阀开度达到最大后，再调节小系统送风机频率。系统负荷降低时，优先调节小系统送风机频率，小系统送风机频率达到最低，再调节二通阀开度。

2.7节能控制柜

节能控制柜是IECS的远程I/O分站，节能控制柜负责对所含受控对象的配电和控制，节能控制柜内设风机或水泵的变频器及工频旁路，节能控制柜与集中控制柜采用以太网环网连接。节能控制柜带就地手动操作功能，风机或水泵的过载、过压等保护均由节能控制柜实现。为便于设备规整布置，节约土建规模，节能控制柜采用强弱电一体化集成形式，不允许分开配置，柜内设计应考虑防电磁干扰措施，节能控制柜内强弱电应分开走线，满足相关国际、国家标准。节能控制柜主要分为水系统节能控制柜、风系统节能控制柜（大系统节能控制柜、小系统节能控制柜）。节能控制柜统一设置在环控电控室内。

结论

本文对智能环控设备监控系统的系统架构作了清晰描述，并对节能控制策略作了详细介绍。通过空调水系统节能控制策略和通风系统节能控制策略的实施，智能环控设备监控系统可实现较高的能效指标，车站的SCOP和COP全年综合值达到有效节能指标。今后可基于大数据平台，融合客流、行车、牵引负荷及用电量等多源数据，优化节能控制策略。

参考文献：

[1]赵正凯.基于BAS的地铁环控系统优化与节能设计[D].大连：大连理工大学，2018.

[2]吴炜.智能环控系统在城市轨道交通中的应用分析[J].暖通空调，2020，50（S1）：33-39.

网址：城市轨道交通智能环控设备监控系统节能控制策略研究 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/516489

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