焓值控制在地鐵車站通風系統的應用

摘? 要：針對呼和浩特地鐵一期工程車站通風空調系統焓值控制技術的應用，分別從設備安裝、焓值運算、二通閥PID調節、站廳、站臺公共區（大系統）以及車站兩端設備管理用房（小系統）控制工藝五方面進行闡述，地鐵車站通風空調系統焓值控制技術的應用大幅降低了能耗節約了運營成本并且通過調風、調水的方法對地鐵車站環境溫度自動控制，為廣大乘客與運維人員提供良好的乘車環境。

關鍵詞：焓值控制;地鐵車站;通風空調;PID

中圖分類號：TP273? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）24-0168-03

Application of Enthalpy Optimization in Ventilation System of Subway Station

XU Jianwen

（Beijing Hollysys System Engineering Co.，Ltd.，Beijing? 100176，China）

Abstract：Aiming at the application of enthalpy optimization technology in ventilation and air conditioning system of Hohhot metro phase I project，this paper expounds the control technology from five aspects：equipment installation，enthalpy calculation，two-way valve PID adjustment，station hall，platform public area（large system）and equipment management room（small system）at both ends of the station. The application of enthalpy optimization technology in ventilation and air conditioning system of subway station greatly reduces energy consumption，saves operation cost，and automatically controls the ambient temperature of subway station by adjusting air and water，so as to provide a good riding environment for the majority of passengers and operation and maintenance personnel.

Keywords：enthalpy optimization;subway station;ventilation and air conditioning;PID

0? 引? 言

呼和浩特的地理環境復雜，具有四季氣候分明，晝夜溫差大等氣候特點，保證站內良好的乘車與工作環境的同時又要節約能耗的需求，對通風空調系統提出了很高的要求，基于上述問題，北京和利時系統工程有限公司作為本工程自動化系統集成商，為了滿足客戶需求在此工程中通過BAS系統對通風空調系統應用焓值控制，對冷水系統應用二通閥PID調節技術，保障站內舒適的乘車環境的同時有效地節約能耗，降低了運營成本。

1? 工程概況

呼和浩特地鐵1號線是內蒙古自治區第一條建成運營的地鐵線路，全長21.7 km共設22座車站16個地下站4個高架站，1座停車場1座車輛段，地下車站焓值控制調節區域包括站廳站臺公共區，車站兩端重要設備管理用房，該控制范圍主要涉及空調大系統、空調小系統、冷水系統、儀器儀表系統等，主要設備有車站溫濕度傳感器、空調機組、冷水機組、冷凍泵、電動二通閥、定壓補水裝置、新風機、排風機、回排風機、新風閥、排風閥等執行機構。

2? 焓值控制在地鐵車站通風系統的應用

2.1? 焓值檢測設備安裝技術要求

2.1.1? 車站溫濕度傳感器安裝技術要求

焓值測量用到的車站溫濕度傳感器通常安裝在風井、關鍵設備房間、車站站臺站廳相關位置以及車站人員出入密集的地方。溫濕度傳感器主要分為壁掛式和風管式，其中壁掛式溫濕度傳感器安裝在關鍵設備管理房間、車站控制室、站長室等有人員辦公房間、站廳站臺公共區等位置，一般安裝于距離地面2 m以上距離或距天花板300 cm處，遠離門窗冷熱源出入口和送風口處，同時應考慮便于檢修;遠離高電磁干擾位置，與強電線纜應保持不小于1 000 mm的距離，采用暗配管方式接線如圖1所示。

風管式溫濕度傳感器主要安裝于風管直管段，且檢測探頭迎向進氣方向45°安裝，新風管、回風管溫濕度傳感器必須安裝在閥門前，同時應考慮便于檢修維護;遠離高電磁干擾位置，與強電電纜之間至少保持1 000 mm的距離，空間允許應走獨立橋架采用下進線方式接線，如圖2所示。

2.1.2? 其他設備安裝與技術要求

車站出入口安裝空氣幕形成強烈下拉風將車站與外界隔離避免產生大量能量交換，地鐵車站冷水系統、通風大系統、通風小系統單機接口調試完成，設備動作準確無故障，通風系統與BAS綜合監控系統綜合聯調完成[1]。

2.2? 焓值運算

焓值是空氣中含有的總熱量，通常以干空氣的單位質量為基準[2]，焓值用符號i表示，計算公式為：

i=1.01t+（2490+1.84t）d

其中，t為室外溫度;d為濕度，即干空氣的含濕量;1.01為干空氣的平均定壓比熱容;1.84為水蒸氣的平均定壓比熱容;2490為0 ℃時水的汽化潛熱。

其中，Kp為比例增益，Kp與比例度成倒數關系;Ti為積分時間常數;Td為微分時間常數;U（t）為PID控制器的輸出信號;e（t）為設定溫度值與現場測量溫度值之差。

2.3? 電動二通閥PID調節控制原理

當給定值與測量值之差e（t）發生變化時，U（t）隨之產生線性變化，PID控制器隨著U（t）變化自動調節電動二通閥對冷量進行流量調節，冷凍水通過電動二通閥流經空調機組與新風風量進行冷熱交換，來調節站內環境溫度。當檢測站內環境溫度高于設定值（一般設定值27 ℃），檢測值大于設定值為正偏差時，電動二通閥負荷加大，閥門開度逐漸變大，加大冷水流量，調節環境溫度;當檢測值小于設定值為負偏差時，電動二通閥負荷減小，閥門開度逐漸變小，降低冷水流量，調節環境溫度。

2.4? 車站設備管理用房小系統焓值控制

地鐵車站兩端設備管理用房系統（統稱小系統）焓值控制，BAS系統通過兩端新風井處安裝的溫濕度傳感器對室外溫度、濕度進行采集并計算出室外焓值和室外空氣干球溫度，與設計單位給出的h1=65.9 kJ/kg（27 ℃、60%），h2= 102.2 kJ/kg（36 ℃、60%）焓值參數進行比較，切換空調小系統進入相應的小新風、全新風、通風模式，并配合冷水系統通過電動二通閥對冷水機組流量的控制，進而控制冷熱交換，調節站內環境溫度從而達到預期狀態，對冷水機組冷量需求由BAS判斷冷水機組設備運行時間和實時負荷，當Q冷（實際冷負荷）>Q機（單臺冷負荷）時兩臺冷水機組全開，當Q冷（實際冷負荷）≤Q機（單臺冷負荷）時開一臺，當兩臺冷水機組總負荷≤50%時關閉其中一臺冷水機組和其連鎖設備。下文以車站1端空調小系統焓值控制為例進行具體說明，另外一端同理不再贅述。

2.4.1? 小新風焓值控制

當iw>h1時，本端空調小系統進入小新風模式，部分回排風通過回風閥與新風混合后進入新風管，再次送回車站，其他電動風量調節閥按表1中對應模式執行相應動作，當關鍵設備管理用房、車站控制室、站長室等人員辦公房間內溫濕度傳感器平均值大于設設定值（一般設置為27 ℃）為正偏差時，空調小系統運行XB1小新風模式，配合PID算法通過電動二通閥調節冷水流量，與車站送風冷熱交換后降低空調機組出風溫度來調節車站小系統管理用房的溫度，反之當關鍵設備管理用房、車站控制室、站長室等人員辦公房間內溫濕度傳感器平均值小于設定值（一般設置為27 ℃）為負偏差時空調小系統運行XB2小新風模式，配合PID算法通過電動二通閥調節冷水流量，與車站送風冷熱交換后提高空調機組出風溫度來調節車站小系統管理用房的溫度。

2.4.2? 全新風焓值控制

當iw

2.4.3? 通風焓值控制調節

當iw

2.5? 車站站廳、站臺公共區大系統焓值調節

車站大系統范圍包括站廳、站臺公共區，BAS系統通過實時監測車站兩端新風井溫濕度傳感器檢測值進行運算處理后得出室外空氣干球溫度tw，與預先設計值進行比較，自動切換通風大系統進入相應的控制模式[3]。

當tw≥28 ℃時，大系統通風設備自動切換至夏季機械排風模式DM1，送風機、排風機工頻運行;當15 ℃≤ tw≤28 ℃時，大系統通風設備自動切換至夏季機械通風（變頻）模式DM2，排風機以基礎頻率（一般設置30 Hz）變頻運行;當0 ℃≤tw≤15 ℃時，大系統通風設備自動切換至過渡季開式節能通風模式DM3，所有風機風閥全部關閉;當-10 ℃≤tw≤0 ℃時，大系統通風設備自動切換至冬季閉式節能通風模式DM4，所有風機風閥全部關閉;當tw≤-10 ℃時，大系統通風設備自動切換至冬季及惡劣天氣閉式機械通風模式DM5，送風機、排風機以基礎頻率（一般設置30 Hz）變頻運行[4]，如表2所示。

3? 工程調試注意事項以及前置條件

在進行焓值控制和PID調節之前需要完成風機、風閥設備單體調試，冷水系統設備單體測試、冷水系統聯動測試，并且采集室內外溫度濕度傳感器安裝調試完成數據準確，BAS系統與通風空調系統、冷水系統完成聯調聯試，溫濕度傳感器等檢測設備安裝位置應易于檢修、維護，遠離冷熱源出口、門窗等出入口處，防止檢測數據的突然波動性，考慮到環境變化的突然性、檢測設備數據的波動性，防止通風空調系統頻繁切換模式，焓值運算采用0.5 h計算一次進行模式的切換[5]。

4? 結? 論

相比傳統地鐵車站通風系統應用機械式通風，本工程應用焓值控制和PID調節技術對站內通風系統進行智能調節，通過BAS系統對冷量進行計算合理調配冷水機組投運臺數提高設備利用率降低設備磨損，調節效果明顯，站內空氣環境不會因為室外季節變化、溫差等因素的影響而變化，保證站內空氣質量、環境溫度基本保持在預期設定范圍內，并且降低了能耗，系統不足之處在于：冷水機組、電動二通閥、冷凍水泵等設備都接入BAS系統，造成BAS系統接口設備數量多，數據采集處理量大，程序控制邏輯復雜等因素，勢必對BAS系統性能提出較高的要求，結合本項目經驗，在此基礎上可以將冷水系統設備作為獨立系統考慮，設立獨立控制器，控制冷水系統內設備，根據用戶設定值獨立進行調節，減少系統間交互工作量，提高系統控制精度，在一定程度上可以降低維護難度。

參考文獻：

[1] 邱文晏.焓值控制、PID調節在地鐵智能溫控系統中的應用 [J].安裝，2020（9）：26-28.

[2] 劉啟，汪侃，陳輝.基于地鐵綜合監控系統的節能管理方式探討 [J].城市軌道交通研究，2014，17（6）：90-93+110.

[3] 邵嘉興，張世勇，翟宇昕，等.北京新機場線通風空調智能化控制系統設計 [J].都市快軌交通，2020，33（6）：139-145.

[4] 王欣瑞，盧雁.關于PID控制技術在工業自動控制中的應用研究 [J].電子測試，2021（5）：109-110.

[5] 成慧翔，馬艷娥，劉攀，等.智能組合式空調新風控制系統的設計 [J].南方農機，2021，52（1）：93-94.

作者簡介：許建文（1985—），男，漢族，內蒙古呼和浩特人，助理工程師，本科，研究方向：軌道交通自動化工程實施。