风机变频控制在地铁的应用

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 风机变频控制在地铁的应用 摘要：本文介绍典型地铁车站常 用风机工作特点,根据流量、压力、转速 与功率的关系，分析温度调节风量满足 使用达到节能以及节能效益规模。 中国论文网 /2/view-12900268.htm 关键词：地铁 风机 变频 节能 Abstract:introducingmainfansofmetro,A ccordingtobetweenp owerairvolumeanalysestheenergysavingcostsavingbyt uningtheairvolume. -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 Keywordmetro,fan, VFD,energysaving TS737+.1 1. 成都地铁通风空调系统简介 地铁车站通风空调系统分为车站 通风空调和隧道通风系统。车站通风空 调又可分为公共区和设备管理用房。隧 道分为区间隧道与车站轨行区。成都地 铁隧道通风系统的特点是轨行区排热风 机与区间隧道风机共设。成都地铁的公 共区通风空调系统特点是将车站按南北 对称划分为两套对称的通风空调系统， 每套系统有一台组合式空调机和回排风 机，共同承担从引入新风、排风、回风 与送风。运行时包含以下工况： （1）正常运行时，组合空调通 过送风向工作区域输送冷量，带来室外 的新鲜空气。回排风机将室内高温高湿 的空气一部分送回到空调机，一部分排 向室外。隧道风机对隧道和车站轨行区 通风排热等。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 （2）列车阻塞在区间隧道时， 隧道风机有组织的向阻塞区间送风或排 风。 （3）地铁车站发生火灾时，根 据火灾发生的部位，隧道风机，回排风 机全速运转，排烟与通风。 2.常用风机介绍 各种风机在地铁中扮演了不同的 角色，本文主要对功率大、使用多的风 机进行分析。主要有组合空调风机、回 排风机、隧道风机。 2.1.组合空调风机 将经过过滤、降温除湿后的空气 经风机增压，送往各区域。由于冷量与 送风量成正比，可以调节风机送风量来 调节冷量，达到节能的目的。 地铁典型车站有两台 60000m3/h、风压为 1000-1200Pa 的组 合空调机，电机功率约 37kw。其运行 特点如下： (1) 夏季时，早、中、晚气温不 同，负荷变化导致送风量发生变化；天 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 气变化引起负荷变化；节假日、重大活 动，客流变化导致的负荷变化；经计算， 负荷一般在 30%-100%变化，风量也在 30%-100%变化。 （2）过渡季节时，室外温度低 于室内温度，此时不需要表冷器降温， 只需组合空调机送新风，此时的风量在 额定风量的 10-100%，低速运行的时间 多。采用变频调速很适合。 2.2 回排风（兼排烟）风机 回排风机将空调区域的空气通过 回排风管送回组合空调回风箱或排向室 外。典型车站回排风机风量 60000m3/h，功率 37Kw。回排风机与组 合式空调器送风机运行时对应的，运行 特点类似空调送风机。 2.3.隧道风机 地铁隧道风机运行特点如下： (1)隧道通风机兼轨行区排热。隧 道通风排烟时排风量约 60m3/s, 区间隧 道通风时额定风量约 55m3/s, 轨行区排 热时额定风量约 45-50m3/s。一台风机 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 运行多种风量的特点决定了适合采用变 频调速控制。 （2）早晚换气时，全速运行。 实际使用时，初期客流密度较小，可按 小风量运行；中期客流密度较大，可按 中风量运行；远期客流密度高，可按额 定风量运行。风量在额定风量的 50-100%变 化。 （3）夏季运行时，隧道高温时 开启风机排风降温。风机的运行风量可 根据隧道温度与温升速度决定运行风量， 风量主要在 30-100%变化。 （4）灾害时，对隧道进行通风、 排烟，此时需要隧道风机全速运转。 （5）兼轨行区排热时，风量也 可由温度与温升速度决定运行风量，风 量在 30-100%变化。适合采用变频调速 3. 风机变频调速的节能原理 n1风机在额定转速运行时的 特性曲线； n2风机降速运行在 n2 转速 时的特性曲线； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 R1风机管路阻力最小时的阻 力特性； R2风机管路阻力增大到另一 的阻力特性。 风机在管路最小阻力 R1 工作时， 工况点为 A，其流量压力为 Q1、H1， 此时风机所需的功率正比于 H1 与 Q1 的乘积，即正比于 AH1OQ1 的面积。 比如隧道风机由隧道通风工况调整到轨 行区排热时，风量减小到 Q2，通常的 做法是通过关闭阀门增大管路阻力，来 调整风量的，使风机的工作点移到 R2 上的 B 点，风压增大到 H2，这时风机 所需的功率正比 H2Q2 的面积，即正比 于 BH2OQ2 的面积，显然风机所需的 功率增大了。这种调节方式控制简单、 但功率消耗大，不利于节能，是以高运 行成本换取简单控制方式。若采用变频 调速，风机转速由 n1 下降到 n2，这时 工作点由 A 点移到 C 点，流量仍是 Q2，压力由 H1 降到 H3，这时变频调 速后风机所需的功率正比于 H3 与 Q2 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 的乘积，即正比于 CH3OQ2 的面积， 由图可见功率的减少是明显的，如图所 示的 CH3H2BC 区域。 当风机的转速从 nl 变为 n2 时， Q、H、P 变化关系为（表 1） Q2=Q1*(n2 n1) ； H2=H1*(n2 n1)2 ； P2=P1*(n2 n1)3 ； Q 一风量 H 一风压 P风机功 率 通过以上分析，风机转速降到额 定转速的 50%时，节能相当显著，所需 功率仅为额定风量时的 12.5%，节能 87.5%。实际运行中，负荷和风量为额 定的 50%以下的情况较多，节能效果很 容易实现。 4.地铁车站各风机的变频调速方 案 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 4.1 组合空调风机的变频调速 地铁车站组合空调风机的额定送 风量是由额定冷量与送风温差确定的。 每天早中晚和季节变化等所需要的冷量 不同，风量也在变化，地铁公共区空调 冷量也不停的变化，由于送风温差稳定， 为了达到冷量与风量的平衡，风系统就 成了变风量系统。变风量包括通过阀门 调节管路阻力和通过变频调节转速，如 图 1 风机风量与风压关系图。阀门调节 管路阻力为 R1-R2 特性曲线过程，变频 调节为 n1-n2 特性曲线过程。显然采用 变频调速要节能的多。 4.1.1 恒温控制下的 PID 调节 （图 2） 风机的转速的调节方式可以采用 经典的调节方式：PID 模糊调节。 这里介绍一下 PID 调节的特点。 PID 调节是根据系统的误差，利用比例 P、积分 I、微分 D 计算控制量进行控 制的。当传感器采集的被测温度偏离给 定值时，PID 程序根据测量信号与给定 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 值的偏差进行比例、积分、微分运算， 输出恰当的控制信号给执行机构（如变 频器） ，提高或降低转速，逐渐使测量 值室温靠拢给定值，达到自动恒温控制。 公共区温度与设定温度之间的偏 差和偏差变化量作为输入量，输出控制 量为电源频率 f，从而控制风机转速， 改变风量和进入室内的冷量。地铁车站 属于舒适性空调系统，设计温度 27、 28都有，为了控制的方便可以引入较 低的控制精度要求，如 262时，这 个稳态误差是完全可以接受的。 如图 2，PID 控制面板图所示， PV 为公共区温度反馈值，SP 为温度目 标设定值，CV 为 PID 输出值。PID 调 节过程可以采用自动或手动调节方式。 采用自动时，PID 调节自适应方式调节； 采用手动时可以手动设置 P、I、D 值以 及最大 CV 与最小 CV 值，能更快紧急 干预纠正自动适应调节反应慢半拍的情 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 况。 地铁车站组合空调采用恒温 PID 调节方式控制风机的转速，很好的解决 了公共区温度控制与机组送风量调节之 间的逻辑关系，即用目标控制值室内温 度直接作为控制变频器频率的比较值。 4.1.2 节能效果 年供冷通风按 180 天，每天运行 10 小时，电费按 0.6 元/kwh。考虑负荷 变化，空调送风量在 30-100%，计算实 际运行总风量约为全部额定风量运行的 0.65。设电机全速风量为电机额定功率 的 0.9，则全速时的功率为 P=740.9kw=66.6kw。变频后功率为风 量调整后的功率：740.653=20.32kw 。 不采用变频调速的年运行耗电： 1801066.6=119880kwh； 不采用变频调速的年运行费用： 1198800.6=71928 元； 变频后年运行耗电： 1801066.6=36580kwh；变频年运行费 用：21948 元； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 年节省电量为： 83300kwh；年 节省费用为：49980 元； 4.2 回排风机的变频控制 回排风机的总风量和运行特点与 组合空调风机的运行保持一致，日常运 行时与空调风机的基本一致，变频方式 与节能效果也相似，这里不再赘述。 4.3 隧道风机的变频控制 4.3.1 成都地铁隧道风机的变频 控制原理 地铁隧道风机日常运行的主要特 点：早晚隧道换气，隧道（包括车站轨 行区的隧道）温度过高时的排风降温， 灾害时的排烟送风等。可以发现隧道风 机使用最频繁的是：隧道温度过高，风 机启动排风降温。因此隧道风机平常使 用时控制原理可采用：在隧道的最有代 表性的地方布置几个温度传感器，通过 实时监控隧道的温度信号，传到 PLC， 通过与 PLC 预设的目标值进行比较、 计算后，向变频器输出 4-20ma 或 0- 10V 信号控制变频器的输出频率，调整 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 风机电机的转速，达到节能运行的目的。 风机变频的变频控制回路可以设置为 （如图 5） 4.3.2 节能效果 年通风 365 天，每天运行 2 小时， 电费同上。隧道风机风量在 100-30%之 间变化，综合后的总运转平均风量约为 70%。设电机全速供风量时电机额定功 率的 0.9，则全速的功率为 P=3600.9kw=324kw。变频后的综合功 率为：3600.73=123.5kw 。 不采用变频调速的年运行耗电： 3652324=236520KWh； 不采用变频调速的年运行费用： 2365200.6=141912 元； 变频后年运行耗电： 3652123.5=90155KWh；变频年运行 费用：54093 元； 年节省电量：146365KWh；年节 省费用为：87819 元. 5 综合节能效果与其他 5.1 综合节能效果 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 （1）综合以上，仅一个车站的 组合空调风机、回排风机、隧道风机， 年节省约 15 万元，15 年寿命周期节省 约 231 万元。风机变频前后对比见表 4 （2）不考虑风量和设备台数的 变化，成都地铁全线 17 个车站，仅采 用风机变频调速年节省运行费用约： 262 万元。此外，成都地铁水泵也采用 了变频调速控制。 5.2 风机采用变频后的其他影响 （1）变频器的软启动将使启动 电流大为减少，减轻对电网的冲击。采 用变频器容易解决降压启动、正/反向运 转，控制系统简单也减少故障率。 （2）变频器产生的高次谐波影 响电器设备的正常工作，可通过变频器 的隔离、屏蔽、接地