地铁通风空调系统智能化控制与节能研究

　0 引言
　　在地铁系统的日常运行中，环控系统能耗占到地铁系统能耗的40%以上。降低地铁环控系统的能耗，可以节约能源，降低运行成本。
　　在地铁通风空调系统设计中，设备的选择一般都是按照最不利因素下(即系统最大热负荷时)选取，但在系统实运行时，热负荷往往达不到设计的最大负荷，从而造成通风空调系统运行状态与实际需要的状态不一致，导致系统运行能耗偏大，超过实际运行需要。因此在负荷改变的情况下，我们希望可以根据站台内的温度、湿度，室外的温度、湿度，以及人流密度，随时改变变频器的输出，改变风机运行状态。能够在满足站台和站厅温度、速度场要求的前提下，节约风机运行能耗，降低运行费用。
　　1 地铁通风空调系统智能化控制分析
　　在车站公共区空调通风控制系统中分别通过温湿度传感器、CO2浓度探测器和自动售票机得到站台、站厅的温湿度值、站台的CO2浓度值以及室外干球温度和瞬时客流密度值，相应的以此作为控制系统的输入值，将测得的各个值从模拟信号转变为数字信号送入计算机。计算机内的实时控制程序，一方面将这些数据写入数据库，通过打印图表或者显示设备输出;另一方面控制变频器的输出，变频器根据变化的电压(电流)输入来改变对风机的输出，从而控制风机的转速，改变地铁通风空调系统的风量。整个控制过程包括站台和站厅温、湿度的测量;CO2浓度的检测，自动售票机获得瞬间客流量，控制算法的选择，数据的处理，以及控制的输出。
　　1.1 测量参数和测点布置要求
　　所测量的参数主要有：新风干球温度和湿球温度;送风干球温度和送风量;回风干球温度和湿球温度和回风量;车站公共区干球温度和湿球温度;站台的CO2浓度值;自动售票机监测的客流密度。
　　根据车站公共区空调通风系统设计，其测点布置要求如下：
　　风量测量断面选择在气流均匀而稳定的直管段上，并远离形成涡流的局部构件(三通、风阀、弯头和风口等)部位。
　　新风干球温度、湿球温度测点布置在新风亭入口的百叶箱内，以确保测量参数为室外新风参数。
　　送风干球温度和风量测点布置在送风干管上按气流方向局部构件后≥4L(L为矩形管道的大边尺寸)、局部构件前≥1.5L处，并尽可能靠近送风机出风口端。
　　回风干球温度、湿球温度和回风风量测点布置在回/排风干管上，按气流方向局部构件后≥4L(L为矩形管道的大边尺寸)、局部构件前≥1.5L处，并设在回/排风机之前部位，且尽可能靠近回/排风机端。
　　站厅、站台公共区空气参数测点设在站厅、站台两端柱子离地2米高度处。
　　1.2 控制逻辑
　　变风量的控制方法随季节的不同而有所变化，因此，我们把一年时间分为几个部分，夏季酷热期(傍晚高峰时刻室外空气焓值大于地下车站空气焓值的时间)、冬季严寒期(室外温度在5℃以下)以及除这两个期间的其它时间(主要是春秋季节，以下简称春秋季节)。
　　一般而言，在春秋季节的地下站台的温度比较好控制，因为室外温度不高(一般在5℃—29℃之间)，此时新风对站台环境有很好的冷却作用，同时，室外温度也不是很低，不用考虑站台温度会低至5℃的情况。此时，过渡季地铁通风空调系统变风量控制方案需满足以下三个条件：即满足人员最小新风量、满足站台最小换气次数要求(不小于5次)和保证地铁站台内温度不超过30℃。因为站台人员(主要是乘客)的数量是随时间而变化的，这样我们可以得到一个逐时的风量，在实际应用中，由于现在地铁系统都普遍采用自动售检票系统，可以通过这个售检票系统而获得真实的逐时人员流量及站台人员密度，相应可以得到逐时的风机通风量，这个计算风量的基础是满足客流量的最小新风量。这样，我们可以得到在春秋季节的变风量控制方案。
　　夏季酷热期和冬季严寒期的新风控制方法则相对比较复杂，即在满足人员新风量要求的情况下，还必须保证地铁车站的环境温度没有超过设计允许的标准，即夏季地铁车站的温度必须小于等于30℃，在冬季地铁车站的温度不能小于5℃;为满足这一点，分别地，在夏季酷热期，就必须保证在地铁晚高峰时期的站台温度小于等于30℃，这是因为尽管早高峰的客流量比晚高峰客流量要大(早8点的客流系数是1，晚6点的客流系数是0.8)，但相对来说，在早高峰时(早8点)，室外气温还不是很高，其焓值还是低于站台空气的焓值，此时的通风还是起一个抵消站台热负荷的作用;而在傍晚高峰期时(傍晚6点)，这时的室外气温比较高，焓值已经超过了站台空气的焓值，通风成为热负荷，因此晚高峰是最不利的时刻。另外，在冬季严寒期，必须保证早高峰时期的站台温度大于5℃，原因是早高峰时的室外气温较晚高峰的要低。

　　在夏季最不利条件下拟采取的控制方案为：通过查天津市标准年气象资料，可以得到逐时的室外温湿度，并求得相应的焓值与地铁下站台环境允许的最大焓值相比较，在低