变频技术在地铁车站公共区空调通风系统中的应用

1、变频技术在地铁车站公共区空调通风系统中的应用摘要：环控系统是地铁系统的重要组成部分，分析研究和解决地铁的环控系统是发展地铁交通的重要课题之一。本文对地铁车站公共区空调通风系统采用变频技术进行了分析，提出了在地铁环控系统中实施变频控制系统的方案，该系统对减少地铁运营成本，提高地铁整体管理水平的效果显著。关键词：变频调速地铁环控系统1 引言地铁车站是一个体积非常大的公共空间，人员流动性大，有明显的冷热负荷峰谷，一般早晚高峰的冷热负荷比平常时间的高近1倍，每天约75%的时间冷热负荷仅为高峰时的5060%。在地铁运行过程中，环控系统的用电量占了相当大的比重，特别是车站公共区制冷空调通风系统的用是量约占

2、整个地铁耗电量的40%左右。如果采用变频变风量技术以适应这种负荷变化，节能的效果将是可观的。同时，由于较多时间运行在额定风量以下，空调系统的噪声也将大大降低，而且风机的寿命更长。所以，在地铁车站公共区空调通风系统中采用变频技术的优点是显而易见的，具有显著的经济效益和社会效益。变频调速技术在国内工业和民用自动化控制系统中已推广应用于十多年，但在地铁系统的应用还在探索中，本文就地铁车站公共区制冷空调通风系统采用变频技术方案进行探讨。2 地铁环控系统的组成地铁环控系统由车站空调通风系统和隧道通风系统组成。2.1 车站空调通风系统车站空调通风系统包括车站公共区制冷空调通风系统（简称大系统）、设备及管理

3、用房空调通风系统（简称小系统）、制冷空调循环水系统（简称水系统）。大系统空调通风设备对称布置在站厅层两端的空调通风机房内，各承担站厅层和站台层公共区一半的空调通风负荷。主要由组合式空调箱、回排风机、空调小新风机等组成。2.2 隧道通风系统隧道通风系统包括区间隧道通风系统（TVF系统）和车站区间排热系统（UPE/OTE系统）。3 变频控制系统总体方案设计由于设备及管理用房空调通风系统（简称小系统）容量较小，采用调频意义不大。制冷空调循环水系统（简称水系统）的螺杆式冷水机组本身已具备25100%变容量节能运行，冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔均不考虑变频运行。隧道通风系统（TVF系统）一般情况下并不开动

4、，只有在发生火警时才启动排烟，全速运转，节能潜力较小，暂不作变频考虑。车站区间排热系统（UPE/OTE系统）采用双速风机运行，也不作变频考虑。因此地铁环控系统的变频节能调节主要针对大系统而言，对空调箱送风机、回排风机进行变频调速，空调小新风机为定风量运行，使之与控制系统共同作用，自动跟踪车站公共区负荷变化而达到节能运行的目的。在大系统中，对于温度控制是通过调节空调箱的送风量或送风温度来实现的，采用的方法是稳定送风温度而改变送风量。利用变频器来调节电机的转速，从而使送风量变化时，它的送风温度也随着改变，这时通过二通调节阀调节流经空调箱的冷水量来实现。如果车站公共区的回排峋与送风量不相匹配，则公共

5、区内的温度会出现意想不到的波动，公共区内的温度和送风温度控制变得复杂和困难。为此，根据送风量的变化来控制风系统的回排风量，使两者相匹配，从而达到稳定车站公共区温度的目的。车站公共区空调通风变频控制系统图如下。4 变频控制系统原理地铁属于深埋地下建筑物，可以认为不受太阳辐射的影响，室内人员、灯光、设备等的发热量是影响车站热状况的主要因素。由于地铁车站采用屏蔽门方案，列车运行产生的活塞风给车站带来的额外通风已没有，列车发热量对车站的影响也大大减少。因此，车站公共区冷热负荷的变化主要考虑由于乘客流量的变化而引起的发热量及相应所需的新峋的变化所造成的。由上述可知，车站公共区空调通风变频控制系统包含三个

6、控制环节：室内温度控制环节、送风温度 节和回排风量控制环节，如图所示。4.1 室内温度控制室内温度随地铁车站公共区内冷热负荷的变化而波动，但我们可以通过调节空调箱的送风量来控制室内温度。室内温度传感器将测量得室内温度（或回风温度到室内温度调节器，在调节器中与该温度的设定值进行比较，计算出差值，调节器再根据偏差大小计算出输出信号值，并将此信号传输给变频调速器，变频器将电机的电源频率改变到某个特定值。电机的转速与输入频率成正比，风机的送风量与其转速成正比，所以送风量 着改变。送风量的变化使车站的放热量与空调的吸热趋于平衡，从而使室内温度控制在一定的范围内。4.2 送风温度控制空调系统的回风与新风相

7、混合后进入空调箱表冷器冷却，空调箱的出口温度就是送风温度。控制送风温度的目的是：减少对室内温度的干扰因素，使室内温度比较容易控制；避免过大送风温差。送风温度的控制是通过调节水量来实现的。布置在送风干管上的温度传感器测得送风温度，并将其送到温度调节器，在调节器中与该温度的设定值进行比较计算出偏差值，调节器再根据偏差大小计算出输出信号，并将此信号输给执行机构-冷水管路上的二通阀，二通阀根据输入信号改变其阀位，从而调节了流经空调箱的水量，经过表冷藏器的空气与水的热交换使空调箱的吸热和放热趋于平衡，进而使送风温度得以稳定。4.3 回排风量控制回排峋的控制目标是使回排风量与送风量相等，而送风量不是定值，

8、所以该控制环节是一个随动控制环节。控制器将在送风干管中测得的风量作为设定值，回排风干管上测得的风量作为反馈信号，并将两者进行比较，计算出偏差，调节器再根据偏差大小计算出输出信号值，并将此信号传输给变频调速器，从而改变了风机的转速，控制了回排风系统的回排风量。5 系统配置及功能变频控制系统由变频系统主控柜（含控制器）和就地变频控制柜（含智能I/O和通讯接口）通过冗余的工业总线通讯链路连接来实现系统对被控设备的控制；变频控制系统与车站设备监控系统（EMCS系统）的连接通过是变频主控柜与EMCS系统主控柜（含主控制器）之间的工业通讯链路，来实现系统之间的数据信息交换。变频系统主控柜具有向上与EMCS

9、系统主控制器交换数据，以便上位EMCS监控计算机所具有的设备参数设置、设备图形监控等功能；向下对就地变频控制柜下达命令及下传数据以便控制功能的具体实现。变频系统主控柜位于车站A端的设备管理用房，内含冗余工业总线通讯链路接口，具有智能化自诊断、自动/手动、工况切换、灾害/应急/正常、变频/工频等控制功能，具有对就地级设备的变频控制参数设置的功能按钮，并具有就地级设备的正常/非正常显示及故障报警。就地级频控制柜位于车站二端的环控机房，通过通讯物理接口，采用工控总线的方式与主控制器交换数据信息。为避免变频器的电磁干扰，采用EMC电磁兼容、抗干扰设计，内含智能通讯模块、DI/DO模块、AI/AO模块、

10、变频器、EMC器件等。具有工作状态显示、在线/脱网、自动/手动、工况切换、灾害/应急/正常、变频/非变频控制、故障报警等功能。6 节能效果分析根据理论计算分析及专家的评估结果，通过变频调速后的车站公共区制冷空调通风系统全年平均风量可减少30%左右。风机的送风量与其转速在正比，风机转速也应降低30%左右。根据风机所耗功率与转速的三次方成正比的原理：PKn3（P-功率、K-比例系数、n-转速）计算得出，风机所耗功率相应减少66%左右。因风机的转速n与电源频率f成正比，改变电源频率，可改变电动机即风机的转速，从而达到调节峋节省电能的目的。因此，采用变频调速技术后，地铁环控系统的节能效果是相当可观的。7 结束语车站公共区制冷空调通风系统是环控系统的重要组成， 用电量占了相当大的比重，其经济性好坏对地铁运营成本影响很大。采用变频控制系统不仅使地铁环控系统用电量大大节省，降低运营成本