王朝福
北京城建设计发展集团股份有限公司518000
摘要：地铁车站通风空调系统节能潜力巨大，本文基于深圳地铁16号线项目，引入智能环控系统，从智能环控系统的组成、受控对象、监控参数、控制策略等方面对地铁环控系统智能化设计进行设计和优化，并对智能化系统进行全寿命周期的经济性对比分析，使其达到节能的目的。
关键词：地铁车站；智能环控系统；经济效益
地铁车站通风空调系统能够调节地铁车站的空气温湿度和洁净度，为车站工作人员及乘客提供舒适的工作及乘车环境，保证各类电子设备的安全运行环境，在地铁车站的设计及运营过程中具有重要地位。
城市轨道交通地下车站通风空调系统的运行能耗占车站总能耗的40%~50%左右，甚至更高。随着技术水平的不断提高和产品制造水平的提升，越来越多的关于节能技术（高能效等级的产品、节能设计控制技术等）被应用到实际工程中，但实际项目落地后运行过程中仍然存在能耗高的问题，导致节能设计理念与实际工程存在较大的反差，频繁误入“高投入、低回报、不节能”的怪圈。如何结合地铁车站空调系统的具体情况，提高环控系统的运行能耗，引起地铁各参建方，尤其是设计方、建设方及运营方的广泛关注。目前国内地铁线路地下车站冷水机房能耗较大，存在很大的提升改进空间。
本文以深圳市城市轨道交通16号线为研究对象，系统介绍地铁车站环控系统的智能化设计和控制策略、优化思路。
1 工程概况
深圳市16号线线路起点位于龙岗大道，终点位于规划兰田路与上田路交叉口，全线共设24座地下车站。16号线的24座地下车站中，智能环控系统适用于所有单独设置冷源的车站（共21座）。
常规地铁车站将所有地铁车站的通风系统系统设备、传感器等均纳入BAS监控系统，招标、施工、调试属于不同主体单位，导致专业间接口划分不明确，协调量大等问题，无法实现精细化设计和节能的目的。
2 地铁智能环控系统设计及优化策略
2.1智能环控系统的组成
智能环控系统主要由两部分组成：高效节能设备（双一级能效的冷水机组、高效空气处理末端、高能效水泵等设备）；高效节能管理系统。
2.2 受控对象
智能环控系统的受控对象具有一定的筛选原则：既要避免盲目的大而全，造成调试难度大，又要精准筛选，保证系统安全稳定运行。从接口处理、设备招标、现场实施等方面因素考虑，将智能环控系统的受控对象确定如下：
（1）空调水系统受控对象:冷水机组、冷却塔、冷却水泵、反冲洗过滤器、自动在线清洗装置、冷冻水泵、压差旁通阀、大系统动态平衡调节阀、小系统动态平衡调节阀、电动蝶阀、温度传感器。
（2）大系统受控设备：空调机组（变频）、回排风机（变频）、新风机（变频）、回排风机和新风机的联锁风阀、公共区温湿度传感器、二氧化碳传感器、送风总管温湿度传感器、回风总管温湿度传感器、新风道内温湿度传感器等。长出入口通道内群组风机盘管，也纳入大系统受控对象。
（3）小系统受控设备：空调机柜（变频）、回排风机（变频）、回排风机连锁风阀、主管上的温湿度传感器。
以上受控对象外的环控设备、电动风阀、传感器等均由IOMS系统考虑。
2.3 监控参数
针对上述受控对象，智能环控系统的受控对象构架图如图一所示：
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图一：受控对象构架图
智能环控系统需要监控的参数主要有设备运行状态、运行频率、供、回水温度、供、回水压差、空气温湿度、调节阀开度、耗电量、水流量等。
2.4 智能环控系统具体配置
高效节能设备主要从环控设备本身出发，选用高性能的设备，达到节能的目的。主要包括采用双一级能效（COP、IPLV）的冷水机组，水泵电机采用直流无刷电机，末端处理设备选用EC风机等。
2.5控制策略
对受控对象按系统进行控制分析，通过系统集中监控软件采集数据，并通过节能控制软件对数据进行处理分析，使受控系统整合优化，调节设备的运行状态，使其达到最佳运行效果。
（1）主机自动轮寻运行：系统根据实时冷量需求，综合主机历史运行能效、主机额定供冷量和主机运行时长，自动判断并加/减载当前运行的主机台数。既保证运行机组的组合能效最高，同时也实现设备的均衡运行。
（2）冷冻水出水温度智能寻优：结合室外温湿度、冷冻水供水温度、冷冻水回水温度，计算出满足系统冷量供应需求的冷冻水最佳出水温度。提高冷冻水出水温度，可明显地提高系统的能效。
（3）冷冻水泵变频温压双控：结合冷冻水供回水温度压力双重变量，实时监测和计算末端的动态需求变化，自动调整冷冻水泵运行台数和运行频率，实现系统输配的按需供冷。
（4）主机冷却侧节能控制优化：自然冷却量与塔组分组控制：在冷却负荷满足主机需求的情况下，最大化自然冷却的效果，引入全新的水泵分级控制策略。系统通过算法，结合实时的室外环境参数，计算出冷却塔系统自然冷却的最大冷却量；当运行的主机所需的冷却负荷小于自然冷却的最大冷却量时，系统投入到全自然冷却运行模式；反之，系统切换到风扇冷却运行模式，并自动计算投运满足当前所需冷却需求的冷却塔组数。根据冷却水回水温度的变化，系统自动进行分组变频调节。
（5）冷却水目标温度智能寻优控制：分组控制室外温湿度、冷却水供水温度、冷却水回水温度，计算出系统满足冷量供应需求的冷冻水最佳出水温度。
充分利用换热面积以及风扇能耗最优相结合的变频控制算法。
（6）智能风水联动控制：通过对末端空调机组旁管比例积分调节阀阀门的状态、送风温湿度等数据，计算系统当前的真实换热效率，确保系统以更高的换热效率运行。
结合室外温湿度的变化，调整新风的引入量，最大化减少外部新风负荷所带来的热负荷增加。
3 智能环控系统优化后经济效益分析
经过预测分析，智能环控方案相对于原空调系统方案，当系统调试稳定后，冷水机房节能率可达约30%，空调系统节能率可达约24%。以标准典型车站为例，设置智能环控系统调试成功后，年节省电能约55万度，合计节约费用44万元（0.8元/度），全线年节约电费约：44*21=924万元。投资回收期约在5年（其中含2个制冷季的调试和测试周期）。
按全寿命周期成本计入：地铁暖通设备为20年，前5年投资回收，后续15年全线节约电费约924*0.9*（1-0.915）/（1-0.9）=6603.8万元（考虑设备损耗和效率计入每年10%下降考虑）。
智能环控系统采用高效节能设备后，设备采购费用增加，单个车站初投资增加约98万元。以本线21座车站设置智能环控系统新净增投资2058万元为基础，全寿命周期下采用智能环控系统节省的电费约6603.8万元，经济效益十分明显。
5 结语
本文对地铁车站智能环控系统的系统组成、监控参数、控制及优化策略等方面进行详细分析，并对智能环控系统进行经济性进行分析，采用智能环控系统后节能效果显著。地铁车站智能环控系统通过采用高效节能设备和高效节能管理系统，主动、智能寻求空调系统的最佳运行模式，继而达到节能的目的，具有较高的应用和推广价值。
参考文献
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