靳凯
浙江浙大中控信息技术有限公司 浙江省 杭州市 310000
摘要：本文首先介绍了地铁通风空调能耗概况，地铁空调通风系统的组成，然后分别分析了通风空调系统末端的负荷变化特点，以及在相应的工况下的变风量控制方法。
关键词：负荷变化﹑焓值﹑全新风﹑小新风
引言
地铁空调末端通风负荷组成
按功能特点，地铁车站空调系统可分为车站站厅、站台公共区空调系统，简称为大系统；以及车站设备、管理用房空调系统，简称为小系统。大系统主要在乘客活动区域内为乘客提供舒适、卫生的过渡性环境，小系统则主要为工作人员提供舒适的工作环境和为车站设备提供适宜的运行环境。
大系统空调冷负荷的组成及特点
大系统空调冷负荷由公共区冷负荷、新风冷负荷以及附加冷负荷组成。公共区冷负荷主要包括以下几部分得热量形成的冷负荷：1）围护结构传热量；2）人体、照明和设备散热量；3）渗透空气带入的热量；4）伴随各种散湿过程产生的潜热量。附加冷负荷主要是指由风机、风管温升等引起的冷负荷。
围护结构传热主要指通过屏蔽门和轨底排热风道等内围护结构传入的热量热。根据规范，围护结构、人体、照明和设备等的得热量均可按稳态方法计算其形成的冷负荷。
车站有若干个出入口与室外大气直接相通，列车停站时屏蔽门开启，受区间列车活塞风以及排热风机的共同作用，车站与隧道会进行大量的空气交换，隧道内热空气进入站台，站台内的空调冷风进入隧道，室外新风从出入口渗透进入车站，这些都会导致车站冷负荷的增加。
w小系统空调冷负荷的组成及特点
小系统的冷负荷主要由人体、照明和设备散热形成的冷负荷以及新风负荷组成。设备用房的余热主要是设备散热量，以显热为主，湿负荷可以忽略不计；管理用房湿负荷主要为人员散湿量；全年负荷比较稳定，受室外气候变化的影响小。此外，各房间的使用时间也不相同，设备用房使用时间一般为24h，管理用房除值班房间外，均只在地铁运营时间才有人值守。
一、地铁空调负荷变化分析
1）影响空调负荷变化的因素分析
大系统各项负荷中，围护结构散热、散湿相对稳定；照明灯具、设备全天使用，其负荷也比较稳定。受客流量及室外气象参数的影响，人体、渗透空气、新风冷负荷变化较大。
（1）客流量
地铁作为一种快捷、大运量的交通工具，一天中各时间段的客流变化较大，有两个明显的峰值，分别为早高峰和晚高峰，典型车站逐时客流比例见下图。
由图可知，车站客流最高峰时刻为08:00，其次为17:00，车站低谷时刻客流约为高峰时的15%。
客流对负荷的影响表现在两个方面：一是人员散热散湿形成的冷负荷。二是新风负荷。根据规范，对于设置屏蔽门系统的车站，大系统空调季节最小新风量取以下两者的较大值：计算人员新风量（本设计为每个乘客每小时20m3）；系统总送风量的10%（本设计为15%）。随着客流的变化，人员所需新风量会发生变化，从而引起新风负荷的变化。
（2）室外气象参数
由于新风与渗透空气均为室外空气，随着室外空气参数的变化，新风负荷及渗透空气负荷也会发生变化。
（3）室内相对湿度
规范规定，室内相对湿度的设计标准为40~70%。对于屏蔽门系统的地铁车站公共区而言，提高屏蔽门地铁车站公共区设计相对湿度，空调系统冷负荷及送风量均减少，空调系统能耗降低。在满足人员“暂时舒适”的前提下，应尽量提高室内设计相对湿度。
二、中央空调末端风系统节能控制
在地铁的实际运营时，通过对外空气焓值的计算和比较判断。来决定空调风系统的运行模式的转换。随着季节的变换，车站通风空调系统的运行工况也会发生切换。一般的说，盛夏季节正常运营时往往采用空调季节小新风工况，只有在夜间通风时才转为夜间通风工况；而过渡季节例如初夏或者夏末则需要进行不同工况的切换以达到节能的目的；冬季，主要采用冬季工况，利用车站出入口进行通风，当冬季工况无法满足空气质量要求的情况下，可以暂时的切换到通风工况进行间歇式通风。下面列出了不同工况之间的切换：
注释：Iw：室外焓值 、 Tw：室外温度、Ir：室内焓值 、To：室内温度
1）空调季节小新风工况
空调季节小新风工况的运行条件是室外空气焓值Iw大于车站回风空气焓值Ir，此时进入盛夏季节。这时候由于回风焓值低于室外空气焓值，为了降低车站排风引起的冷量散失，应该充分利用车站内回风。空调系统采用最小新风量保证车站公共区空气质量，用小新风加一次回风运行。采用此工况时，中控智慧能源管理控制系统将控制空调新风机、混风阀和全新风阀，使一部分回风排出车站外，另一部分回风与新风混合，再经表冷器冷却后送风。最小新风风量通过计算在满足室内空气质量的前提下尽量降低，以减少系统新风负荷，降低空调系统能耗。空调保持小新风运行，另外小部分回排风排出车站，保持站内风压稳定。
空调小新风工况下，随着车站内外空气温湿度和空气质量（CO2的浓度）的变化，需要进行风量或冷水流量的调节，具体内容如下：
（1）车站外部空气焓值的变化
随着车站外空气焓值的增高或降低，需要调节表冷器的电动二通阀，使通过表冷器的冷冻水流量逐渐增加或降低以保证得到所需要的温度。
（2）车站内部空气焓值的变化
车站内部空气温湿度发生变化时，先调节表冷器的电动二通阀，从而改变露点控制内部的温湿度。当通过调节水量无法满足要求时，可以适当改变风量。
（3）车站内部空气质量（CO2的浓度）的变化
车站内部空气质量达不到空气质量要求时，也就是CO2浓度较高时，调节新风量使站厅内的控制质量符合控制要求。
2）空调季节全新风工况
空调季节全新风工况的运行条件是室外空气焓值Iw小于或等于车站回风空气焓值Ir，且室外空气温度Tw大于车站空调送风温度To，此时开始进入初夏或夏末的季节。由于回风焓值总是高于室外空气焓值，所以，如果利用回风，则其与新风混合后的空气焓值一定比新风的焓值高，进行降温除湿时必然增加空调机的负荷。为了节约能量，空调系统采用全新风降温除湿工况。采用此工况时，中控智慧能源管理控制系统关闭回风阀，打开全新风阀，全部采用室外新风，经大型表冷器冷却后降温送风，表冷器的空气处理过程是降温除湿（湿工况）的过程。空调机组采用全新风送风，处理室外新风后送至空调区域，回/排风则全部排至车站外。室外空气状态和室内热湿负荷变化时的调节方法同空调季节小新风工况。
3）空调箱的变风量控制
空调送风量采用前馈控制。将利用新风机转速及预测负荷作为空调送风量的前馈控制量 ,通过变频器改变空调送风量 ,实现空调供冷量随负荷变化自动调整。冷水量由二通阀调节 采用前馈加反馈的控制模式。一方面 ,采用公共区实测温度作为反馈控制量预测负荷作为前馈控制量 ,参与末端冷水量的调节 ,使负荷的变化也同时反映到冷水量的调节上来。二通阀的控制引入不灵敏环节 ,避免二通阀频繁动作。
三、结束语
事实证明地铁通风空调系统经过变风量优化控制以后，在保证末端的温度﹑湿度和风量的基础上节能效果明显,降低了系统的运营费用,为城市级节能降耗做出重要贡献。