中央空調節能系統集成化管理在高鐵站的應用

陳永順

摘 要：近年來，我國高鐵技術高速前進，高鐵站遍布全國。中央空調新技術飛速發展可以促進高鐵站的節能減排。本文就中央空調節能系統的集成化管理的發展背景和意義，以及其相關實際案例進行分析和討論。

關鍵詞：中央空調節能；系統集成化管理；高鐵站的應用

中圖分類號：R197 文獻標識碼：A

低碳節能的中央空調在高鐵上的運用已日趨成熟，高鐵站的設計、建設在發展過程中對中央空調系統的節能減排效果愈加重視。根據有關數據顯示，中央空調系統的能耗約占一整個大型建筑的總能耗的40%以上，高鐵站作為一個人流量天天保持巨大的服務型建筑物，需要重點考慮如何在中央空調穩定高效調節站內溫度的情況下，還能夠實現最小化的能源消耗和廢棄物排放。中央空調是高鐵站里一個必不可少的公共設施，不斷增加低碳節能是高鐵站的中央空調系統的要求，是保證社會效益、經濟效益和環境效益三者綜合效益的需要。因此，實現中央空調節能系統集成化管理在高鐵站的應用值得深入研究。

1.中央空調節能系統集成化管理應用于高鐵站的概況

1.1 中央空調節能系統集成化管理應用于高鐵站的背景

首先，我們可以直觀地感受到生活中的高鐵站越建越多，服務效果愈加人性化和舒適化，其中不可或缺的一項公共設備就是一套優質的中央空調節能系統。一套完整的中央空調系統主要由制冷機、冷卻水循環系統、冷凍水循環系統、風機盤管系統和散熱水塔組成。組成部件較多，所以必須進行有序的集成化管理制，提高節能減排效果。冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態后送蒸發器中與冷凍水進行熱交換，由冷卻水泵將帶來熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風扇對其進行噴淋冷卻，與大氣之間進行熱交換，將熱量散發到大氣中去，實現“冬暖夏涼”。現存的中央空調系統大部分存在著時滯性、非線形、時變性、不確定性和強耦合性等多個缺點。針對這些誒缺點，研究人員和相關工作人員要知道不能再簡單地把傳統的一些控制思路運用到空調系統領域，而是必須要采用一種多變性的智能控制。

1.2 中央空調節能系統集成化管理應用于高鐵站的意義

在理論和實踐中，智能樓宇應該在建筑整體結構、大小系統、服務質量、管理層面上相對普通建筑要做到技術先進、人性化、住戶體驗佳地多。智能樓宇除了核心的5A系統外筑物以及附屬部分的管理和保護工作是十分必要的，也是保證企業效益的一個重要方面。同時也關乎普通民眾的生命以及財產安全。建筑業一直都是中國的一項極具市場潛力、蓬勃發展的行業，新型建筑不斷拔地而起、處處可見，國內房價也基本是居高不下。建筑業內必須順應潮流，預測未來建筑的發展方向，積極地開發先進的智能樓宇建筑，同時配套充分利用互聯網等先進技術的設備綜合管理系統。

2.中央空調節能系統集成化管理

2.1 中央空調節能系統能耗現狀分析

我國的高鐵站建設與時俱進，同現代化的中央空調技術一起飛速向前發展。所以運用先進的中央空調節能系統的集成化管理進行能耗分析并得出相應適合的節能解決對策具有科學性，也是非常有必要的。候車室、售票廳、進站口、出站口、辦公區、機房等區域都需要設置有中央空調系統，滿足乘客進站、候車以及高鐵站工作人員的正常環境溫度和適度需求。大量高鐵站中央空調系統的調查結果表明，我國大部分正在運營中的高鐵站的空調能耗都相當大，平均約占總能耗的60%，有一部分甚至高達80%。高鐵站空調泵組設備的運行方式普遍采用恒定轉速運行。由于空調設備的信息化集成水平并不高，所以大量高鐵站都未實現與客運服務信息系統的集成控制。舉個例子，METASYS空調系統的集中控制系統自成體系存在信息孤立的問題，根據現場實際情況難以進行聯動控制。在控制方式上，辦公區域能夠做到各區域獨立控制，客運服務區域采用人工或系統集中控制。北京等大城市的高鐵站往往是全天24小時都保持運行，部分小城市則是具有固定化的營業期間。運行期間如果空調設備恒定轉速運行，能耗將一直保持在高水位。然而實際情況是運行期間的各因素都是動態的，波動性時小時大。一部分高鐵站不能結合高鐵站的營業時間、人員密度、站房、地域、季節等因素，也就是說空調的實際運轉未與客運的服務系統進行信息集成，需求供應不平衡的最終結果就是導致空調能耗較大。

2.2 中央空調節能系統的節能對策

了解并借鑒歐美和日韓先進的中央空調節能系統的集成化管理經驗，并且引進它們的國際領先水平的高含量技術有利于我國的中央空調技術更上一層樓。上述已經提到引起我國大部分高鐵站的中央空調系統不節能不減排的主要原因在于“供需不平衡”，所以我們首先要做的是更準確更具體地了解并熟悉每個高鐵站具體的空調需求量。這也就要求一個節能預測專用軟件對高鐵站每天進行能耗及節能預測、大數據采集和分析。通過客運服務信息系統與空調系統的信息集成，根據客運服務管理系統所掌握的車站營業時間，實現辦公區域空調的開關及溫度的自動控制，實現營業時間空調開啟，非營業時間空調關閉，減少運行時間，提高運行效率；在車站客運服務區域，根據車站接發車、人員密度、站房設施等因素，自行調節空調的開關和溫度，達到節能與旅客舒適度的最佳性能比，進而達到節能目的。市場上已有的優質節能預測專用軟件為DCU-EMP，已經運用于南方地區的多個高鐵站進行能耗及節能預測，并取得了很好的實際效果。而且，一個大型的高鐵站往往存在多個片區，整個冷源系統如果沒有實施科學的能源智能化管控平臺，而只是操作人員依靠工作經驗，每天人為對空調機房的設備進行啟停控制，中央空調系統控制麻煩且控制不精確。集成化的中央空調節能系統管理既避免了能源浪費，同時還可以減輕管理人員工作強度。

3.中央空調節能系統集成化管理應用于高鐵站的實例

3.1 DCU SCADA800中央空調控制系統工作原理

中央空調節能系統的集成化管理發現節能效果差的主因包括冷卻水溫度未實現節能控制、冷卻塔未實現節能控制和中央空調整體系統運行低利用率。高鐵站多個片區的冷卻泵要分別準確地進行工頻控制。浙江大沖公司的DCU SCADA800中央空調控制系統冷卻水回水溫度直接影響冷水主機能效，溫度過低會增加蒸發壓力，溫度過高會增加冷凝壓力，主機COP都會降低。高鐵站各個片區的中央空調冷凍水系統、冷卻水系統都應該實現合理的變流量控制，同時每天的人工手動控制很難對主機進行基于提高整體能效值（COP）的主機群控策略和主機工況優化策略，必然造成中央空調能耗的浪費。DCU SCADA800系統以滿足各區域的冷/熱量需求平衡為控制目標，通過監測各區域的實際冷/熱量需求動態調整相應的調節裝置，使各區域獲得所需求的冷/熱量，達到一種動態的能量平衡，提高了節能效果。針對并聯水泵，在多臺水泵并聯運行中，DCU SCADA800系統的泵組優化組合控制技術是以控制系統實時監測計算的負荷所需的水流量為控制目標，并建立智能數學模型，推算出滿足該流量及壓力等條件下所需運行的水泵臺數及輸出流量，使泵組消耗的功率達到最低，達到最佳的節能效果。動態雙向變流量控制技術在空調二次泵系統中，DCU SCADA800中央空調能源管理控制系統通過動態的調節一次循環側和二次循環側流量，達到冷量平衡，消除加減機產生的梯度流量，避免平衡管產生正向或逆向流量，保證空調使用效果的同時達到最佳節能效果。

3.2 DCU SCADA800中央空調控制系統關鍵作用

對中央空調系統設備施行連鎖安全保護管制，即集成化管控系統對各個設備的開、關機進行連鎖順序管制，由此避免人為控制造成的能量浪費和安全隱患。其中的具體措施包括對空調冷凍水流量進行低限保護及流量調節速率保護。冷凍水流量過低時蒸發器會出現結冰現象，當調節速率過快、流量過大時更甚者有高銅管破裂事故。DCU SCADA800中央空調控制系統就做了相關方面的改善，進行冷凍水出水、冷卻水回水低溫保護，防止蒸發器內冷凍水溫度過低造成結冰現象，減少壓縮機故障的情況。中央空調系統的最根本目的是保障系統的最不利點水質、水量、水壓力、水溫參數數值的準確性，既不要偏大也不要偏小。所以就研究對于冷凍水供、回水之間采用壓差保護的技術。壓差過低時，空調系統最不利點的冷凍水流量會不夠，壓差保護可以有效減少冷凍水管路中因負荷急劇下降或者是阻塞而造成的爆管現象。

結語

高鐵車站的中央空調系統的設備復雜、環節繁多、隱蔽工程量大，對系統維護帶來很多困難，在節能環保等方面有大量細節值得探討與研究。本文從空調冷卻塔系統改進進行了探索，取得了一定的成效，在高鐵大型車站的同類設備的維護與節能方面，可以深入細致地開展類似的實踐。

參考文獻

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