分析地鐵通風空調系統的變頻節能技術應用

王旭

摘 要：針對某地鐵車站實際情況，在簡述其通風空調系統負荷的基礎上，對變頻節能技術在系統中的具體應用進行深入分析，為變頻節能技術普及應用與發展奠定良好基礎。

關鍵詞：地鐵通風空調系統；變頻節能技術

中圖分類號：U231.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0274-02

統計表明，在地鐵車站中，通風空調系統實際能耗可以達到總電力能耗36%，是運營主要成本。因此，為實現長遠發展目標，需采用有效措施降低系統能耗。

1 地鐵通風空調系統負荷

1.1 負荷主要類型

在地鐵通風空調系統中，其負荷由兩部分組成，即大、系統的負荷。其中，大系統的負荷包括：人員、新風、設備、滲透與照明；小系統的負荷包括：人員、設備與新風。

1.2 負荷統計

以某地鐵站為例進行分析，其大系統負荷為：①人員負荷為160.67kW，占比22.07%；②新風負荷為183.53kW，占比25.21%；③設備負荷為150.62kW，占比20.69%；④滲透負荷為69.96kW，占比9.61%；⑤照明負荷為163.22kW，占比22.42%。可見，系統中，人員與新風兩個負荷為主要組成部分，總占比47.28%。運營中，設備、照明兩種負荷保持穩定，而人員與新風實際上是趨于變化的，需將其作為主要分析對象。

1.2.1 人員負荷

運營初期，客流與遠期設計客流相差較大，從計算結果中可以看出，初期的實際客流只有設計值的17%。根據客流量的預測結果可知，初期和近期的高峰客流和遠期也有較大的差距，如果系統按照遠期負荷進行運行，則會造成能耗過剩，浪費能源。

1.2.2 新風負荷

從當地的日、年氣溫實際變化狀況可知，該地不同月份和時段的溫度差相對較大。當地年均氣溫為22.5℃，最高、最低氣溫分別為38.7℃和0.2℃，年均日溫差為7.1℃。從氣候條件看，具有一定節能降耗條件和空間。

通過以上分析可知，系統在初期、近期和各運行時段中，負荷不斷變化，如果系統按照裝機負荷條件進行運行，則會造成能源浪費，所以必須采用合理措施進行節能降耗。

2 地鐵通風空調系統的變頻節能技術應用

2.1 變頻節能基本原理

對于變頻節能，它是以負荷為依據對設備的供電頻率進行改變，調節系統風機的轉速，對風機輸出功率予以嚴格控制，達到理想的節能效果。系統中，對葉片式風機而言，其負載特性為平方轉矩負載，軸轉矩和轉速平方為正比關系。相同風機，如果輸送流體密度保持不變，只對轉速進行改變，則性能參數發生的變化將嚴格遵循相關比例定律，也就是風量和轉速為正比關系；壓力和轉速平方為正比關系；軸功率和轉速立方為正比關系。以這條基本理論為依據，對各頻率條件下的運行參數實施準確計算，結果為：①當頻率為50Hz時，轉速比、風量比、風壓比、軸功率比分別為100%，節電率為0；②當頻率為45Hz時，轉速比與風量比為90%，風壓比與軸功率比為73%，節電率為27%；③當頻率為40Hz時，轉速比與風量比為80%，風壓比與軸功率比為51%，節電率為49%；④當頻率為35Hz時，轉速比與風量比為70%，風壓比與軸功率比為34%，節電率為66%；⑤當頻率為30Hz時，轉速比與風量比為60%，風壓比與軸功率比為22%，節電率為78%；⑥當頻率為25Hz時，轉速比與風量比為50%，風壓比與軸功率比為13%，節電率為87%。由以上結果可以看出，系統中通過對變頻節能技術的合理應用，能提高節電率，取得良好節能效果。

2.2 變頻節能實現

如今，伴隨自動化控制不斷發展，通過對自動化控制的合理應用，可對車站設備及環境進行動態監控，確定系統負荷。如果將監控信號轉換成控制信號，則能以負荷實際變化為依據，對設備實際輸出功率予以調整控制，實現節能降耗根本目標。實際運營過程中，對自動化系統采集到的數據施以加權平均，視作實測結果，和預期設定值對比，利用控制器確定運行頻率，調節風機的轉速，以此實現變頻器和自動化系統之間的接駁。

2.3 變頻器選型

目前，變頻器有很多種不同的種類，若按控制方式，則可將其分成以下三種：①采用V/F控制方式的變頻器；②采用轉差頻率控制方式的變頻器；③采用矢量控制方式的變頻器。若按實際通途，可將其分成以下兩種：①專用變頻器；②通用變頻器。實際工程中，很多變頻器無法系統實際容量相符，導致變頻器容易過熱，無法處在滿負荷運行狀態，致使系統產生故障，所以變頻器選型對系統運行的可靠性有直接影響。在實際的選型工作中，應充分考慮以下兩個要點。

2.3.1 容量選擇

（1）在現有的節能措施改造過程中，基于不對風機電動機進行更換的實際情況，每臺變頻器都有與之對應的風機，因變頻器為風機提供的脈動電流大于工頻電流，同時系統所用風機主要為工頻起動，所以會出現較大的瞬時電流。對此，以風機電流為依據進行容量的選擇時，需要滿足下列基本條件：

（2）如果在新建工程的設計過程中已經充分考慮變頻節能，則應綜合考慮電動機、外圍設備與控制方式來確定適宜的變頻器容量。

2.3.2 功能選擇

風機為典型的二級負荷設備，它采用“一主一備”的供電方式。系統運行過程中，會產生電壓波動現象，或者是供電系統產生故障，使兩路電源發生切換。如果變頻器再起動過程中，電動機和輸出頻率無法相符，則會產生過流保護或者是過壓保護，嚴重時將使設備嚴重損壞。基于此，功能選擇過程中，必須充分注意是否需要具備停電再起動，并考慮是否需要具備消防模式，及其二次開發需求。

2.4 實測分析

對本車站系統的靜壓控制與變頻控制進行對比，實測結果為：①靜壓控制：當閥門的開度為15°時，風速為1.40m/s，軸功率為21.06kW，節電率為29.8%；當閥門的開度為30°時，風速為3.23m/s，軸功率為27.31kW，節電率為8.97%；當閥門的開度為45°時，風速為4.30m/s，軸功率為28.92kW，節電率為3.6%；當閥門的開度為60°時，風速為5.23m/s，軸功率為29.17kW，節電率為2.77%；當閥門的開度為75°時，風速為5.17m/s，軸功率為29.21kW，節電率為2.63%；當閥門的開度為90°時，風速為5.78m/s，軸功率為29.37kW，節電率為2.1%。②變頻控制：當運行頻率為25Hz時，風速為1.8m/s，軸功率為3.82kW，節電率為87%；當運行頻率為30Hz時，風速為2.9m/s，軸功率為6.43kW，節電率為79%；當運行頻率為35Hz時，風速為3.6m/s，軸功率為9.89kW，節電率為67%；當運行頻率為40Hz時，風速為4.1m/s，軸功率為14.6kW，節電率為51%；當運行頻率為45Hz時，風速為4.7m/s，軸功率為21.08kW，節電率為30%；當運行頻率為50Hz時，風速為5.4m/s，軸功率為30.09kW，節電率為0。可見，對于靜壓控制，僅風閥開度為15°時才具有較高節電率，而變頻控制只有運行頻率為50Hz時，節電率才為0。

3 結束語

伴隨變頻節能不斷發展，它的實際應用范圍逐漸變廣，成本明顯降低，將其應用于地鐵通風空調系統，能以負荷變化為依據對設備功率進行調整，確保系統實際能耗處在合理且高效的狀態，最終獲得良好效益。

參考文獻

[1]胡祝銀，余朝剛，張宇深.地鐵通風空調系統的變頻節能技術研究[J].鐵道運營技術，2013，19（3）：16～18.

[2]劉書云.深圳地鐵通風空調系統變頻節能技術分析[J].現代城市軌道交通，2017（8）：24～27.

[3]阮海濤.變頻節能技術在地鐵通風空調系統中的應用研究[J].建材與裝飾，2013（39）：142～143.

收稿日期：2018-6-23

作者簡介：王 旭（1988-），男，漢族，本科，主要從事南寧軌道交通1號線通風空調運營管理工作。