地鐵通風空調節能與智能化控制問題探討

鄭雷

：地鐵是城市建設的重中之重，它直接關系到城市公共交通運輸的效率和水平。同時，地鐵也是衡量一個城市實力的重要指標。但是地鐵在運營過程中需要消耗大量電能，其中以通風空調系統消耗的電能最高，最高能達到地鐵每年總能耗的50%，因此，做好地鐵通風空調系統的節能降耗對于地鐵交通運輸有著非常重要的意義和作用。基于此，文章對地鐵通風空調系統的組成進行了分析，進一步探究了通風空調系統智能控制系統的應用，以供參考。

：地鐵通風空調;節能;智能化控制

通過大量統計表明，在城市地鐵交通車站運營中，通風空調系統的能耗總比最高能夠達到將近40%～50%，甚至更高。結合美國ASHRAE中的冷水機房標準，制冷性能系數（COP）未超過3.5的都應該進行相關改造，但是通過調查分析表明，在現階段國內的地鐵車站中，大部分COP都會超過3.0，這說明在現階段國內地鐵交通建設中，仍必須積極進行節能改造，并且也具備較大的節能潛力。雖然在現階段技術的快速發展，設備設施性能的不斷提升，高效節能技術、節能產品不斷增多，但是在具體地鐵車站建設中普遍存在通風空調系統高能耗的問題，所以在當下仍需要進一步做好對地鐵通風空調系統中智能化控制技術的研究和應用，不斷提升地鐵通風空調系統的節能效果和效率，積極響應國家建設資源節約型社會的目標。

地鐵車站通風空調系統的組成極其復雜，其不僅包括隧道通風系統，同時也包括公共區域、車站機房、設備用房等區域的通風空調系統以及制冷循環系統，其中公共區域的空調系統也被稱之為大系統，而車站機房及設備用房中的通風系統被稱之為小系統。隧道通風包括活塞風以及機械通風兩部分，其可以結合是各種隧道的情況滿足各種通風需求。大系統在地鐵車站中主要負責公共站臺、大廳等區域的通風制冷，在出現問題時，大系統能夠迅速作出反應，將空氣中的煙霧或者有害氣體進行排出，確保車站內人員安全;而小系統則主要為各項設備設施以及車站工作人員提供良好的工作環境，控制空氣的溫度在一定范圍內。制冷循環系統作為通風空調系統中的冷源末端設備，其通過水作為冷熱交換的媒介，所以也被叫做空調水系統^[1]。在地鐵車站運營中，只有個系統協調配合才能夠為地鐵車輛、設備設施等的操作運行，以及乘客和工作人員提供最為良好的環境。并且在車站出現火災、空氣質量較差等情況時，空調系統還可以及時進行排煙、換氣，以免因煙氣積聚而造成車站內人員中毒，為地鐵車站內的人員撤離營造良好條件。

地鐵通風空調系統規模龐大，系統中包括了各種各樣的設備，并且各設備間彼此影響，影響空調系統運行的參數和變量非常多。其具體特點包括下述幾點：

（1）通風空調系統整體能耗非常大，在地鐵運行總能耗中的占比普遍在30%以上，并且在地鐵車站運行中，還會出現客流高峰或者低峰等不同運行階段，這就會導致負荷出現較大變化，但是在具體地鐵通風空調系統負荷設定時，仍必須依據最大負荷來進行確定，這樣才可以滿足各個階段及不同時期地鐵車站的運行要求。（2）熱源波動相對較大。地鐵車站內的熱源參數會跟隨客流量以及外界空氣環境溫度的變化而發生較大變化。（3）地鐵車站熱源會隨著空間的擴大而進一步擴大，在這一點，地鐵車站與其他交通工具相比存在較大不同，這就要求空調大、小系統以及水系統必須具備更強的運行性能。（4）地鐵車站除了地上部分外還包括地下工程，地下空間相對封閉，就對地鐵地下空間的安全性要求有了更高的標準。（5）非屏蔽門地鐵車站的活塞風通風主要是利用地鐵車輛來充當活塞實現通風。而對于屏蔽門車站，通風空調系統的要求和標準則需要進一步提升。受上述特點的影響，在地鐵車站運行中，必須為通風空調系統構建更為科學合理的控制系統，這樣才可以為地鐵車站的安全穩定運行提供良好條件。

風系統和水系統作為地鐵通風空調系統的主要組成部分，雖然二者的運行控制模式存在一定差異，但是彼此間也有耦合關系，二者共同作用才完成了對地鐵車站通風系統的控制。在地鐵車站負荷出現變化時，空調風系統為了降低能耗，會結合負荷變化進行風機頻率、送風溫度、水流量等合理調整，只有確保風水系統的協作配合才可確保地鐵通風系統整體節能性能的提升。在以往地鐵通風空調系統中各項設備設施的操控都會采用變頻控制，但是其并不能全面結合具體車站運行負荷來智能調控各項設備設施的運行頻率和功率。因此，為了實現節能降耗的目標，必須通過智能化控制技術來更好完成對通風空調系統的實時高效管控。

風水聯動智能控制系統在具體應用中，為了充分發揮節能控制的效果，必須做好對各層次、各級別以及各部分設備間的聯通，利用分布式控制確保各系統能夠正常獨立運行。與此同時，該系統還必須通過聯合設備控制系統更好幫助管控人員做好對風、水系統中各設備設施運行工況情況，從完成對站內其他空調系統的監督管控。此外，兩種系統的聯合應用還可以更好實現對空調系統實施運行數據及參數的監測，從而幫助管控人員強化對整個地鐵車通風空調系統的監督管控，提升空調系統運行效率，降低系統運行能耗。

在地鐵車站運營中，風水聯動智能控制系統需要實時結合車站的行車組織、新風負荷、客流量等變化以及室外環境溫度和空氣狀態，對車站的冷負荷進行最低化計算，得到能耗最低的空調系統運行控制方案，確保車站內的環境溫度在達到預期目標值的基礎上，盡可能降低能耗，提升COP值。

地鐵通風空調系統在運行中會根據地鐵車站具體運行情況分為正常、火災和阻塞三種不同工況，如圖1所示。在風水聯動智能控制系統的作用下，各分區以及各部分的空調設備都能夠得到有效控制，確保空調系統的安全穩定運行。管控人員能夠利用監控系統實時監控各項空調設備設施的運行情況，并將傳感器所采集到的設備運行參數進行詳細記錄，比如運行溫度、壓力、頻率等等，以此為基礎就可以準確調控空調系統。并且風水聯動系統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效性，提升整個空調系統的運行效率。此外，風水聯動智能控制系統的調試操控也相對簡單，對于操控人員的能力水平要求相對較低。

風水聯動智能控制系統在控制過程中，主要負責管控閥門、風機、冷水機組等相關設備，通過科學調控空調負荷來促進空調機組運行效率及穩定性的增強，由于不同設備設施的運行參數存在差異，在具體通風空調系統控制中，操控人員需要結合各設備設施的運行參數來確定設備的具體參數，以此來實現各設備設施運行效率的最大化。同時在機組運行中，管控人員還需要做好對設備設施運行順序和保護限定值的科學設置，可能保持設備設施連續運行，避免設備設施在運行中出現停機情況。此外，在監控系統的幫助下，管控人員還可以結合監控數據調整各設備設施的電力消耗，以此來降低通風空調系統的能耗。

為了實現對空調風、水系統的智能化控制，必須做好這個系統運行參數的采集，包括環境溫度、濕度、客流量等等，然后再通過大數據對所采集到的信息進行進一步的計算分析，結合控制模型制定相應的優化控制方案。在大數據信息的采集中，需要綜合多個不同季節的空調設備設施運行參數，這樣才能夠為大數據計算提供足夠的信息數據參考。在系統運行中，利用各種傳感器自動化監測環境中的各種相關參數，然后在完成信息數據的輸出、執行，并通過BAS系統實時進行系統管路中各相關設備設施信息的通訊共享，比如閥門狀態、溫度傳感器數值、流量參數等等。在BAS系統的幫助下，地鐵車站通風空調系統中所有的設備設施參數以及環境參數都能夠得到全面有效的采集和監控。

（1）空調水系統控制。1）對水系統中的水泵、機組、電動蝶閥、二通調節閥等參數進行監測調控。2）節能策略：根據具體的復合變化和運行需要，智能控制系統能夠智能調控閥門、調節閥、風機等的運行參數，提升各設備設施的運行效率。3）運行保護：通過科學設置各相關設備設施的啟停順序、超溫保護限定值到相關參數，確保各設備設施的正常運行，減少非正常停機風險。

（2）全局協調控制。在智能控制系統運行中，利用BAS通訊實現對變頻器、末端負荷等相關信息的采集共享，全面關聯各相關設備設施及工作區域，切實保證通風空調系統的高效節能運行。

（3）參數設置和遠程管控。利用流程監控界面能夠實時進行地鐵空調風、水系統中各設備設施的運行監測，確保系統參數處于最佳狀態，比如水溫、閥門開度等等。

綜上所述，為了實現地鐵交通運輸行業綠色可持續發展的目標，必須充分重視地鐵通風空調系統的節能降耗，從地鐵通風空調系統各部分入手，合理應用風水聯動智能控制系統，不斷提高地鐵通風空調系統的運行效率和節能效果。

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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