【城市軌道交通車輛空調(diào)裝置自動化控制探析11000字（論文）】

第PAGEX頁城市軌道交通車輛空調(diào)裝置自動化控制分析摘要城市軌道交通的特點是安全、方便、運量較大、高效、干凈等，近年來，國內(nèi)發(fā)展迅速。大多數(shù)地鐵車站的主體都位于地下，地鐵車站內(nèi)人員密集，通風(fēng)性較差，為滿足地鐵舒適度需求，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的建立是十分必要的，這一系統(tǒng)正是人民群眾對地鐵的需求，是地鐵中不可或缺的一部分。目前地鐵中常用的通風(fēng)空調(diào)有機(jī)械通風(fēng)空調(diào)、自然通風(fēng)空調(diào)和人工通風(fēng)空調(diào)等幾種方式，這些不同的空調(diào)模式會導(dǎo)致地鐵運行的能耗差異較大。國家著力于節(jié)能減排，采取適當(dāng)通風(fēng)和空調(diào)形式，選用了高效節(jié)能控制策略，是地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能，提高地鐵運營經(jīng)濟(jì)性的重點。本論文選取了一個地鐵站的中央空調(diào)系統(tǒng)為研究對象，對地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成，地鐵站內(nèi)中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)自動控制技術(shù)主要類別進(jìn)行分析，針對地鐵車站中央空調(diào)，對相應(yīng)裝置進(jìn)行節(jié)能控制策略分析。分析認(rèn)為，利用智能控制技術(shù)可以有效地解決地鐵車站中央空調(diào)的節(jié)能控制，文中還提出了利用風(fēng)水聯(lián)動控制系統(tǒng)，可以解決風(fēng)系統(tǒng)與水系統(tǒng)之間的不和諧問題，取得了較好節(jié)能效果。關(guān)鍵詞：智能控制；系統(tǒng)節(jié)能；地鐵車站；中央空調(diào)第第1頁目錄TOC\o"1-3"\h\u18612第1章引言 14813第2章地鐵站中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)概述 2189372.1地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)概述 2261092.1.1地鐵站風(fēng)系統(tǒng)介紹 219272.1.2地鐵站水系統(tǒng)介紹 3214002.2控制系統(tǒng)分類 5268882.2.1自動控制技術(shù) 5227192.2.2控制系統(tǒng)的分類 5252642.2.3PID控制系統(tǒng) 6158832.2.4控制系統(tǒng)的基本要求 7294762.3地鐵車站中央空調(diào)控制系統(tǒng)存在的問題 798062.3.1冷熱源設(shè)備效率低下，冷源形式不盡合理 8239702.3.2實際新風(fēng)量遠(yuǎn)超新風(fēng)的需求 8114222.3.3水泵常年低效率運轉(zhuǎn)，設(shè)計時水泵的揚程選擇過大 8272542.3.4控制系統(tǒng)只監(jiān)不控，控制策略不盡合理 821369第3章節(jié)能控制系統(tǒng)在地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用 920433.1地鐵車站中央空調(diào)能耗分析 9220823.1.1設(shè)備清單 9145203.1.2設(shè)備運行能耗 11141823.2地鐵車站風(fēng)水聯(lián)動控制系統(tǒng)組成 13244123.2.1風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)邏輯組成 13309543.2.2風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)備清單 14162933.4控制功能 1667083.4.1權(quán)限管理 168873.4.2實時監(jiān)控功能 1634023.4.3參數(shù)設(shè)置功能 17198853.4.4歷史曲線功能 1899503.4.5事件記錄功能 19287773.4.6能源統(tǒng)計管理分析功能 19265903.4.7數(shù)據(jù)報表及打印功能 20191823.4.8故障報警及保護(hù)功能 20134113.4.9設(shè)備維護(hù)提示功能 2113131第4章節(jié)能控制系統(tǒng)在地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)中的效果分析 22274394.1風(fēng)水聯(lián)動綜合環(huán)境收益和能效收益預(yù)測 22128964.2節(jié)能控制系統(tǒng)在地鐵車站應(yīng)用的預(yù)期成果 2310788第5章總結(jié) 2519715參考文獻(xiàn) 26第1章引言我國的建筑耗能占社會總能耗近30%，其中中央空調(diào)能耗占建筑物總能耗65%以上，研究中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能問題，對于我們國家節(jié)能減排具有深遠(yuǎn)意義。地鐵車站較其他建筑形式有它的特殊性。地鐵是一種典型的城市地下鐵道結(jié)構(gòu)，在整個運營期間承擔(dān)著乘客上下列車以及換乘客流輸送的任務(wù)。大多數(shù)地鐵車站的主體都位于地下，穿過站的風(fēng)亭、行車隧道、區(qū)間風(fēng)井、進(jìn)出口，和外界連通。地鐵車站的環(huán)境相比較于地面上的建筑來說，人員較為稠密、空間較為封閉，通風(fēng)性較差，為適應(yīng)營運要求，需借助站內(nèi)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，營造舒適人工環(huán)境。因此，合理確定地鐵車站內(nèi)各種設(shè)備和設(shè)施的能耗情況對保證地鐵安全高效運轉(zhuǎn)有著重要意義。軌道交通在運營期間，以消耗電能為主，分牽引耗電40%-50%，空調(diào)和照明耗電，其中通風(fēng)空調(diào)耗電25%-35%、照明8%-12%，動力耗電占10%-14%，弱電、地鐵物業(yè)等其他耗電占10%。由于目前城市建設(shè)用地緊張以及對環(huán)境保護(hù)重視程度不夠，使得地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)能耗較高，并且隨著地鐵客流量和車輛容量的不斷增大，地鐵車站的空調(diào)能耗將會進(jìn)一步加大。其中，通風(fēng)空調(diào)設(shè)計均為長期滿負(fù)荷設(shè)計，而且實際使用時只是在某些負(fù)荷時工作，在系統(tǒng)始終滿負(fù)荷工作的情況下，就會造成能源的極大浪費。因此，對地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能，既是順應(yīng)了我國節(jié)能減排的發(fā)展趨勢，還可以降低地鐵運營方運營成本，增強地鐵運營的經(jīng)濟(jì)性。文章對地鐵車站中央空調(diào)控制系統(tǒng)中自動控制技術(shù)主要分類進(jìn)行了分析，針對地鐵車站中央空調(diào)，分析認(rèn)為，利用智能控制技術(shù)可以有效地解決地鐵車站中央空調(diào)的節(jié)能控制。與中央空調(diào)節(jié)能控制技術(shù)相結(jié)合，著重對既有地鐵車站中央空調(diào)各個系統(tǒng)及各種設(shè)備能耗比例進(jìn)行分析，在比例情況上，采用了不同的節(jié)能控制策略。測量得到了某地鐵站使用水系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)后的節(jié)能率，并對地鐵車站風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)的使用進(jìn)行了分析，對使用該套節(jié)能控制系統(tǒng)所期望能夠?qū)崿F(xiàn)的節(jié)能量和節(jié)能收益進(jìn)行了模擬預(yù)測。第2章地鐵站中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)概述2.1地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)概述按照不同的站點形式，地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)主要有閉式系統(tǒng)、屏蔽門式系統(tǒng)、開式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)利用活塞效應(yīng)給車站通風(fēng)，外部空氣冷量用于降溫地鐵站內(nèi)和隧道中的空氣。開式系統(tǒng)因其特性適合在本地最熱月份月均溫25°C以下、運輸量小的地鐵車站使用。在閉式系統(tǒng)中，地鐵內(nèi)的空氣對外是沒有聯(lián)系的，該系統(tǒng)給出了需要新風(fēng)量。采用隧道內(nèi)活塞效應(yīng)對隧道進(jìn)行降溫?？照{(diào)系統(tǒng)用于對乘客層進(jìn)行降溫。適合本地最熱月，月平均氣溫在25°C以上、并且運輸量大的地鐵車站。屏蔽門系統(tǒng)用于隧道和站臺之間的隔離，站內(nèi)裝空調(diào)系統(tǒng)，隧道內(nèi)采用通風(fēng)系統(tǒng)（活塞通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)）輔助其他空調(diào)方式。裝上屏蔽門，站內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷不需要考慮活塞風(fēng)作用。這時，車站空調(diào)冷負(fù)荷比閉式系統(tǒng)降低了72%~78%。2.1.1地鐵站風(fēng)系統(tǒng)介紹地鐵車站的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要有大系統(tǒng)、小系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)具有以下主要作用：（1）地鐵運營過程中帶走了隧道的熱量和濕度，保證了40°C是隧道最高溫月份日均溫上限；（2）在火車緊急停運時，達(dá)到火車通風(fēng)需要，從而控制隧道溫度，維持火車內(nèi)部空調(diào)器工作需要；（3）列車起火后，能夠在第一時間進(jìn)行排煙，控制煙氣的流向，確保旅客安全撤離。車站空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)系統(tǒng)原理圖（大系統(tǒng)）參見上圖2.1。圖2.1地鐵車站大系統(tǒng)原理圖地鐵車站通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)包含：小型新風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)管兼排煙、排煙風(fēng)機(jī)、組合式空調(diào)器等。根據(jù)不同的氣候條件，可以實現(xiàn)通風(fēng)、排煙、小型新風(fēng)空調(diào)、全新風(fēng)空調(diào)的若干運行方式。該組合式空調(diào)箱如下圖2.2。圖2.2組合式空調(diào)箱組成示意圖組合式空調(diào)箱由風(fēng)機(jī)段、消聲段、過濾段，表冷段4大組成部分組成。組合式空調(diào)箱的運行原理：通過濾網(wǎng)形成組合式空調(diào)箱的過濾段，主要功能是凈化空氣；冷凍水在表冷段中循環(huán)往復(fù)流動，能起到使空氣溫度下降的效果；風(fēng)機(jī)段增加冷空氣的壓力，實現(xiàn)了對輸送冷空氣進(jìn)行驅(qū)動的效果。2.1.2地鐵站水系統(tǒng)介紹車站空調(diào)水系統(tǒng)一般為分站供冷，每臺車站設(shè)冷水機(jī)組2臺，相應(yīng)地設(shè)有冷卻水泵、冷卻塔、冷凍水泵等附屬設(shè)備，使用異程式管路系統(tǒng)。車站水系統(tǒng)圖見下圖2.3。圖2.3車站水系統(tǒng)圖其中，冷凍水循環(huán)的流程見圖3.1，冷水機(jī)組流出7°C冷凍水，流入末端設(shè)備，在房間里吸熱，當(dāng)氣溫升至12°C時由冷凍水泵帶動，進(jìn)冷水機(jī)組蒸發(fā)器，由關(guān)外制冷劑吸熱，當(dāng)溫度降至7°C時，7°C冷凍水將來自冷水機(jī)組的冷量帶入室內(nèi)末端設(shè)備（冷卻盤管或冷卻器）中，這樣循環(huán)往復(fù)，就實現(xiàn)了制冷的效果。圖2.4冷凍水循環(huán)的原理圖冷卻水循環(huán)過程見圖2.2，冷卻塔出32°C冷卻水，承載了來自大氣冷量，由冷卻水泵提供動力驅(qū)動，流入冷水機(jī)組冷凝器，實行熱量交換，從制冷劑吸熱，氣溫升高至37°C時進(jìn)入冷卻塔，放熱后溫度降低到32°C，32°C冷卻水帶著冷量流入冷水機(jī)組冷凝器中，就這樣循環(huán)往復(fù)，實現(xiàn)了把室內(nèi)熱量從戶外帶走的目的。圖2.5冷卻水循環(huán)的原理圖2.2控制系統(tǒng)分類2.2.1自動控制技術(shù)所謂自動控制，就是不需要有任何一個直接參加控制的個體，自控設(shè)備用于控制受控對象的行為，或保持受控對象系列有關(guān)參數(shù)于期望值運行。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展和普及，自動控制被廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)當(dāng)中去，它不僅提高了工作效率而且還節(jié)約了資源。在自動控制方面經(jīng)常使用一些名詞：（1）自動控制裝置，它可依據(jù)被控對象的當(dāng)時狀態(tài)或被測數(shù)值，自發(fā)地對受控對象進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使受控對象處于預(yù)設(shè)狀態(tài)下的設(shè)備，又稱作控制器。在中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣泛的是可編程邏輯控制器（PLC），同時PLC功能也在不斷提高。它在運動控制、過程控制、邏輯控制等方面都起到了非常大的影響。（2）被控對象，主要是運行過程、周邊環(huán)境或指控制系統(tǒng)的裝置。（3）被控變量，是指需要受控對象能按照某種規(guī)律進(jìn)行改變的物理量，又稱被控參數(shù)或者控制量。（4）控制變量，是指那些可以由操作者或者控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整的變量，又稱操作變量。2.2.2控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類方式是多種多樣的，其分類方式大致有以下幾種：（1）根據(jù)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有閉環(huán)控制與開環(huán)控制兩種。開環(huán)控制是控制裝置對被控對象只產(chǎn)生順向作用的控制方式，并且不受反饋控制。環(huán)控制系統(tǒng)在工業(yè)中應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點是簡單可靠。開環(huán)控制系統(tǒng)的基本原理見圖2.6。圖2.6開環(huán)控制系統(tǒng)原理圖開環(huán)控制系統(tǒng)包括執(zhí)行器、連鎖、保護(hù)、報警、被控對象、控制器及其他構(gòu)件等構(gòu)成。開環(huán)控制系統(tǒng)比較簡單，反應(yīng)速度很快，但抗干擾性能差。閉環(huán)控制（反饋控制）就是用被控變量直接測量值來調(diào)整控制變量，保持被控變量保持給定值。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有使被控對象輸出返回的功能，作用在控制器輸出上，構(gòu)成閉環(huán)的一種或幾種。閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖見下圖2.7。圖2.7閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖閉環(huán)控制系統(tǒng)包括用于過程參數(shù)檢測的檢測與變送裝置、被控對象、控制器、如溫度、壓力、流量等變送器和傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）等；其他組件，如連鎖、保護(hù)、報警等。閉環(huán)控制系統(tǒng)中被控變量受到擾動的干擾，擾動影響可從偏差中獲得，其效果可由控制系統(tǒng)自動校正，且抗干擾能力強。本文所研究的地鐵車站自動控制系統(tǒng)，就是指閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.2.3PID控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)，有時也稱為單輸入、單輸出系統(tǒng)，是工程中最常見、最普通的控制系統(tǒng)。PID控制投資較低，是經(jīng)典控制策略之一。PID有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使控制品質(zhì)得到全面改善。選擇控制器的控制動作規(guī)律時，要按照被控對象的特點、負(fù)荷的變化等特定情況而定，同時還要兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性等方面。在控制通道的時間常數(shù)或者容積延遲較大時，當(dāng)負(fù)荷變化同樣較大，單純的控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足控制的要求，要使用復(fù)雜的控制系統(tǒng)。簡單的控制系統(tǒng)可以對線性過程進(jìn)行有效的控制，但是在實際應(yīng)用中，多數(shù)工藝為非線性。如果用線性系統(tǒng)來描述這些復(fù)雜的非線性過程時，則往往會產(chǎn)生較大誤差和不穩(wěn)定現(xiàn)象。對某些非線性程度較低的工藝，可近似地作為一個線性過程來處理。對某些具有較強非線性的工藝，單純的控制已經(jīng)無法達(dá)到要求。為了解決這一問題，應(yīng)在一個簡單控制系統(tǒng)中加入輔助回路或者其他步驟，使簡單控制系統(tǒng)變得復(fù)雜化，統(tǒng)稱復(fù)雜控制系統(tǒng)。復(fù)雜控制系統(tǒng)是指那些對控制對象和參數(shù)變化十分敏感且對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求很高的系統(tǒng)，如化工過程中的各種換熱器及壓縮機(jī)等裝置。常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)主要有選擇控制系統(tǒng)、串級控制系統(tǒng)等。2.2.4控制系統(tǒng)的基本要求不同控制系統(tǒng)通常具有不同控制需求，常見需求可歸納為準(zhǔn)確性、快速性及穩(wěn)定性。（1）穩(wěn)定性，在任何一個閉環(huán)控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定性都是第一位的。說明控制系統(tǒng)受外界干擾時是否能保持平衡、過渡過程完成后是否能到達(dá)預(yù)定狀態(tài)等特征。工作在平衡狀態(tài)下的體系，當(dāng)外部環(huán)境條件（例如，濕度、壓力、負(fù)荷、溫度）發(fā)生變化時，系統(tǒng)的平衡會被打破，但是，在進(jìn)行了一次調(diào)整暫態(tài)過程之后，能夠回復(fù)到平衡狀態(tài)，也可以構(gòu)建一個新平衡狀態(tài)，那么，系統(tǒng)就會保持穩(wěn)定。（2）準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確性是指系統(tǒng)的控制精度，通常用系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差表示。在實際應(yīng)用中，由于測量儀器本身和被測對象參數(shù)等因素影響，會導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)較大偏差。在提高系統(tǒng)控制精度的同時，很可能導(dǎo)致系統(tǒng)的失穩(wěn)。在增強系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，存在控制精度下降的風(fēng)險。（3）快速性，當(dāng)系統(tǒng)投入階躍信號后，輸出量與時間關(guān)系的曲線叫做瞬態(tài)響應(yīng)。實際控制系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)研究，大多是阻尼振蕩過程。阻尼系數(shù)是反映阻尼特性最重要參數(shù)之一，它與被控制對象的數(shù)學(xué)模型、控制目標(biāo)及外界條件有關(guān)?？刂葡到y(tǒng)響應(yīng)時間一般由調(diào)節(jié)時間與上升時間共同表征，調(diào)節(jié)時間是指系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定時所用的時間，系統(tǒng)的慣性越大，調(diào)整時間會更長，系統(tǒng)響應(yīng)越慢。（4）穩(wěn)健性，一個控制系統(tǒng)若靈敏度不高，抗干擾性強，可謂穩(wěn)健。靈敏度就是系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)響應(yīng)所產(chǎn)生的作用。閉環(huán)系統(tǒng)比開環(huán)系統(tǒng)靈敏度更低，穩(wěn)健性更好。因此，對于閉環(huán)控制系統(tǒng)來說，其輸出誤差與輸入信號之差即為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，它表示了對擾動作用的大小和方向。當(dāng)外界擾動時，控制系統(tǒng)應(yīng)盡量使被控參數(shù)變化不大，以減少或排除干擾可能帶來的不利影響。（5）安全性，生產(chǎn)期間，保障人身及設(shè)備安全，是首要的，也是根本要求?？刂葡到y(tǒng)一般采用故障報警、連鎖保護(hù)及越限報警的方式，確保過程安全。容錯控制、在線故障預(yù)測和診斷等能進(jìn)一步增強控制過程安全性。2.3地鐵車站中央空調(diào)控制系統(tǒng)存在的問題地鐵熱換環(huán)境與環(huán)控系統(tǒng)存在諸多影響因素，車站進(jìn)出口沒有組織新風(fēng)、隧道通風(fēng)、列車活塞風(fēng)，車站空調(diào)系統(tǒng)的送排風(fēng)均影響地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)控制。地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)的實際運行情況比較復(fù)雜，地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性能不理想，主要有如下幾個方面：2.3.1冷熱源設(shè)備的效率較低，冷源形式不合理地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是根據(jù)今后25年可能達(dá)到的最大負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計，地鐵乘客流量處于運行近期、遠(yuǎn)期、初期差異顯著，致使地鐵車站空調(diào)負(fù)荷出現(xiàn)較大的波動，地鐵運行近期以及初期，設(shè)計容量偏差較大，主機(jī)經(jīng)常處于輕載狀態(tài)下運行，經(jīng)控制臺數(shù)，主機(jī)仍在輕載狀態(tài)運行，將會出現(xiàn)電能的浪費。2.3.2實際新風(fēng)量遠(yuǎn)超新風(fēng)的需求因為地鐵車站大多數(shù)都設(shè)于地下，活塞風(fēng)使大量的無組織新風(fēng)流向通風(fēng)空調(diào)區(qū)域；且地下車站具有送排風(fēng)不平衡的特點，造成出入口進(jìn)新風(fēng)較多，這些將使新風(fēng)處理量加大。2.3.3水泵常年低效率運轉(zhuǎn)，設(shè)計時水泵的揚程選擇過大我國建筑物中水泵運行效率絕大部分只有30%-50%，而水泵的實際最高效率高達(dá)75%-85%，通過調(diào)整，水泵工作狀態(tài)發(fā)生了變化，使之工作于高效率點可將系統(tǒng)能耗減半。2.3.4控制系統(tǒng)只監(jiān)不控，控制策略不盡合理當(dāng)前，很多地鐵車站中央空調(diào)控制系統(tǒng)僅能發(fā)揮監(jiān)測數(shù)據(jù)功能，也可以是可控的，但受可控運行模式的制約，控制策略不合理，沒有達(dá)到節(jié)能之目的。如何使節(jié)能控制系統(tǒng)匹配多樣的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的實際運行模式，真正做到節(jié)約電能，是當(dāng)前面臨的一大難題。第3章節(jié)能控制系統(tǒng)在地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用3.1地鐵車站中央空調(diào)能耗分析3.1.1設(shè)備清單本文選取了某一地鐵站的中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行研究，本地鐵車站中央空調(diào)控制系統(tǒng)涵蓋水系統(tǒng)核風(fēng)系統(tǒng)。其中，水系統(tǒng)的控制對象有：冷凍水泵、電動開關(guān)閥、冷卻塔、制冷機(jī)組等。風(fēng)系統(tǒng)有大小兩種，大系統(tǒng)的控制對象有：比例積分式電動風(fēng)閥、電動開關(guān)的風(fēng)閥、回排風(fēng)機(jī)等；小系統(tǒng)控制對象有：電動開關(guān)的風(fēng)閥、柜式空調(diào)器、回排風(fēng)機(jī)等。某地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備及參數(shù)的具體構(gòu)成如表3.1所示。表3.1某地鐵站中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的組成序號名稱參數(shù)數(shù)量單位備注1制冷機(jī)組水系統(tǒng)CL=591.5kwN=112.0kW2臺2冷凍水泵Q=110m3/h,P=32m,N=15kW2臺3冷卻水泵Q=145m3/h,P=27m,N=15kW2臺4冷卻塔Q=175m3/h,N=4.0kW2臺5電動壓差旁通閥配電DC24V,控制及反饋信號DC4—20mA1臺6電動開關(guān)閥電機(jī)電壓AC220V8臺7組合式空氣處理機(jī)組風(fēng)系統(tǒng)(大系統(tǒng))Q=62400m3/h余壓H=600PaN=37kW2臺8回排風(fēng)機(jī)Q=53000m3/h余壓H=200PaN=18.5kW2臺9電動調(diào)節(jié)閥配電DC24V控制及反饋信號DC4-20mA2臺10電動開關(guān)風(fēng)閥電機(jī)電壓AC220V8臺11比例積分電動風(fēng)閥配電DC24V控制及反饋信號DC420mA4臺12柜式空調(diào)器風(fēng)系統(tǒng)(小系統(tǒng))Q=7000m3/h;余壓H=450Pa,N=3kW1臺13柜式空調(diào)器Q=43300m3/h,余壓H=620Pa,N=30kW1臺14柜式空調(diào)器Q=4200m3/h,余壓H=650Pa,N=3kW1臺15柜式空調(diào)器Q=33000m3/h余壓H=450PaN=15kW1臺16回排風(fēng)機(jī)Q=7000m3/h余壓H=450PaN=1.5kW1臺17回排風(fēng)機(jī)Q=43300m3/h余壓H=620PaN=5kW1臺18回排風(fēng)機(jī)Q=4200m3/h余壓H=650PaN=1.5kW1臺19回排風(fēng)機(jī)Q=33000m3/h余壓H=450PaN=7.5kW1臺20電動調(diào)節(jié)閥電機(jī)電壓AC220V4臺空調(diào)箱表冷器水閥21電動開關(guān)風(fēng)閥12臺22比例積分電動風(fēng)閥8臺3.1.2設(shè)備運行能耗從表4.1可知，地鐵站地鐵中央空調(diào)系統(tǒng)水系統(tǒng)總裝機(jī)功率為292kW，它占系統(tǒng)總功率62.2%左右，其中，冷凍水泵裝機(jī)功率30kW，占水系統(tǒng)功率10.27%，冷卻塔裝機(jī)功率8kW，占水系統(tǒng)功率2.74%，冷卻水泵裝機(jī)功率30kW，占水系統(tǒng)功率10.27%，制冷機(jī)組裝機(jī)功率224kW，占水系統(tǒng)功率76.71%，其具體組成見下表3.2所示。表3.2某地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)的水系統(tǒng)功率序號名稱單臺裝機(jī)功率數(shù)量合計制冷機(jī)組N=112.0kW2224kW冷凍水泵N=15kW230kW冷卻水泵N=15kW230kW冷卻塔N=4.0kW28kW合計292kW某地鐵站大型地鐵中央空調(diào)系統(tǒng)總裝機(jī)功率為111kW，它占系統(tǒng)總功率23.64%左右，其中，組合式空氣處理機(jī)組裝機(jī)功率是74kW，占大系統(tǒng)功率的66.67%，回排風(fēng)機(jī)的裝機(jī)功率為37kW，占大系統(tǒng)功率的33.33%，其具體組成見下表3.3所示。表3.3某地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)的大系統(tǒng)功率序號名稱單臺裝機(jī)功率數(shù)量合計1組合式空氣處理機(jī)組N=37kW274kW2回排風(fēng)機(jī)N=18.5kW237kW合計111kW某地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)小系統(tǒng)總裝機(jī)功率為66.5kW，它占系統(tǒng)總功率14.16%左右，其中，回排風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率15.5kW，占小系統(tǒng)功率23.31%，柜式空調(diào)器裝機(jī)功率51kW，占小系統(tǒng)功率76.69%，具體構(gòu)成如表3.4所示。表3.4某地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)的小系統(tǒng)功率序號名稱單臺裝機(jī)功率數(shù)量合計1柜式空調(diào)器N=3kW13kW2柜式空調(diào)器N=30kW130kW3柜式空調(diào)器N=3kW13kW4柜式空調(diào)器N=15kW115kW5回排風(fēng)機(jī)N=1.5kW11.5kW6回排風(fēng)機(jī)N=5kW15kW7回排風(fēng)機(jī)N=1.5kW11.5kW8回排風(fēng)機(jī)N=7.5kW17.5kW合計66.5kW某地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)總裝機(jī)功率469.5kW，地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)動力強勁，地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)在60%內(nèi)都是在一定負(fù)荷下運行，節(jié)能潛力很大。小系統(tǒng)、水系統(tǒng)，大系統(tǒng)的功率分布情況見圖3.1。圖3.1地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)能耗分布圖水系統(tǒng)的功率高達(dá)62%，最具節(jié)能潛力，第二是大系統(tǒng)。小系統(tǒng)功率所占比例最低，正因為如此，現(xiàn)在很多地鐵車站中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)并沒有考慮到這部分的節(jié)能問題。3.2地鐵車站風(fēng)水聯(lián)動控制系統(tǒng)組成由于本地鐵車站中央空調(diào)小系統(tǒng)功率低、負(fù)荷不穩(wěn)、節(jié)能潛力低，使用節(jié)能控制系統(tǒng)收效甚微，因此，本文所研究的地鐵車站與水系統(tǒng)及大系統(tǒng)的風(fēng)水聯(lián)動控制系統(tǒng)就是指地鐵車站。3.2.1風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)邏輯組成風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)全部控制柜以計量、電力監(jiān)測、強電、弱電為基礎(chǔ)進(jìn)行總體設(shè)計；每個控制柜都配置了單獨的控制器。風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)主要包括以下幾個方面：大系統(tǒng)中的節(jié)能控制子系統(tǒng)、集中管理平臺、水系統(tǒng)節(jié)能控制子系統(tǒng)。配電圖見圖3.2。圖3.2風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)配電圖風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)的控制邏輯示意圖如圖3.3所示：圖3.3風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)控制邏輯圖所述節(jié)能控制系統(tǒng)的水系統(tǒng)節(jié)能控制子系統(tǒng)的集中控制柜包括冷卻水泵控制、冷凍水泵控制柜、冷卻塔風(fēng)機(jī)控制箱、現(xiàn)場信號采集裝置；所述大系統(tǒng)節(jié)能控制子系統(tǒng)包括回排風(fēng)機(jī)控制柜、集中控制柜、組合式空調(diào)機(jī)組的控制柜。3.2.2風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)備清單本文所研究地鐵車站風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)備列表見表3.5：表3.5某地鐵站地鐵風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)備清單序號名稱單位數(shù)量備注空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)備清單1集中控制柜套1水系統(tǒng)集中控制柜2現(xiàn)場信號采集裝置套13冷卻水泵控制柜套222Kw4冷凍水泵控制柜套218.5Kw5冷卻塔風(fēng)機(jī)控制箱套25.5Kw6配電柜套2200Kw7主機(jī)電能表套28水溫傳感器套169水流壓差傳感器套110流量傳感器套211室外溫濕度傳感器套1空調(diào)大系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)備清單1組合式空調(diào)智能控制柜套245Kw2回排風(fēng)機(jī)智能控制柜套230Kw3配電柜套2100Kw4溫濕度傳感器套165CO2傳感器套4空調(diào)水系節(jié)能控制系統(tǒng)由流量傳感器、主機(jī)電能表、水溫傳感器、集中控制柜、冷凍水泵控制柜、配電柜、現(xiàn)場信號采集裝置等構(gòu)成；空調(diào)大系統(tǒng)的節(jié)能控制系統(tǒng)由溫濕度傳感器、CO2傳感器、配電柜等構(gòu)成。3.4控制功能某地鐵站中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)實現(xiàn)了實時監(jiān)控功能、故障報警和保護(hù)功能、數(shù)據(jù)報表和打印功能、歷史曲線作用、事件記錄工程、權(quán)限管理功能等。3.4.1權(quán)限管理權(quán)限管理有3個級別，即：監(jiān)控級、工程師級和操作員級；這三級分別設(shè)不同密碼，以此類推，用戶級別差異，對于上位機(jī)而言，其運行范圍是不同的，工程師級用戶有改動程序、編寫等功能；監(jiān)控級只能對當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，無法執(zhí)行有關(guān)作業(yè)，每一級可設(shè)若干用戶名。3.4.2實時監(jiān)控功能實時監(jiān)控畫面可以展示分項詳圖和系統(tǒng)的總流程圖。操作人員可以對系統(tǒng)中的全部電氣設(shè)備，工作狀態(tài)以及其他參數(shù)進(jìn)行實時讀取。（1）系統(tǒng)監(jiān)視界面系統(tǒng)監(jiān)視界面設(shè)計見圖3.5：圖3.5系統(tǒng)監(jiān)視界面示意圖2.控制柜參數(shù)監(jiān)視對控制柜中的控制柜的溫度、電流、功率因數(shù)、電壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測；控制柜參數(shù)監(jiān)視畫面圖示見圖3.6：圖3.6控制柜參數(shù)監(jiān)視畫面示意圖3.4.3參數(shù)設(shè)置功能可以在上位機(jī)系統(tǒng)軟件上，自行設(shè)置壓差、溫度、溫差等參數(shù)。（1）控制數(shù)據(jù)設(shè)置接口控制參量、控制數(shù)據(jù)、設(shè)定控制參量的設(shè)置界面示意圖如下圖3.7所示：圖3.7控制參量的設(shè)置（2）管控參數(shù)上下報警參數(shù)設(shè)置，傳感器校正及其他設(shè)置傳感器校正、管控參數(shù)上下報警參數(shù)設(shè)置及其他設(shè)置接口示意圖見圖3.8：圖3.8管控參數(shù)的上下線報警參數(shù)設(shè)定、傳感器校正等設(shè)定界面示意圖該系統(tǒng)包含了各種控制模式，對系統(tǒng)進(jìn)行手動控制功能，該模型中，操作人員可分別控制整個裝置啟停；時間控制模式是指根據(jù)操作人員預(yù)先安排好的時間表，對系統(tǒng)實施啟?？刂疲划?dāng)操作人員觸碰一鍵啟停按鈕時，系統(tǒng)將根據(jù)各個裝置之間的邏輯關(guān)系，自動開啟相關(guān)裝置。控制模式圖示見圖3.9：圖3.9控制模式示意圖3.4.4歷史曲線功能根據(jù)使用要求，系統(tǒng)可以設(shè)定要求運行參數(shù)進(jìn)行保存；當(dāng)用戶需要時，通過輸入相應(yīng)的控制指令即可完成操作。還可以由用戶在不同時段進(jìn)行參數(shù)的查詢，匹配；該系統(tǒng)也能生成歷史曲線與趨勢曲線；通過分析控制過程中各階段的狀態(tài)變化，為操作人員提供了及時有效的決策依據(jù)。下面，將控制系統(tǒng)中的一些系統(tǒng)參數(shù)羅列出來：（1）壓力、地源水供回水溫度、流量、壓力壓差、空調(diào)水供回水溫度、壓差等；（2）電流、電壓、水泵運行頻率、主機(jī)負(fù)荷等。圖3.10歷史曲線示意圖圖3.11COP曲線示意圖3.4.5事件記錄功能該系統(tǒng)可以基于用戶需求，除阻止未經(jīng)許可人訪問該系統(tǒng)事件，該軟件給出了所有事件的發(fā)生記錄。記錄內(nèi)容有操作內(nèi)容、時間、事件發(fā)生地、使用操作者名稱。對更高權(quán)運行，還有記載可以查閱，把所有的操作內(nèi)容記錄下來。這些內(nèi)容只允許更高級別的人查閱。3.4.6能源統(tǒng)計管理分析功能以系統(tǒng)設(shè)備電能表為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)電能耗量進(jìn)行實時測試，并且對系統(tǒng)的運行時間進(jìn)行了統(tǒng)計，經(jīng)計算累積，獲得了系統(tǒng)總能耗量，為時刻查看和系統(tǒng)節(jié)能分析提供了重要依據(jù)。該功能能夠?qū)^去歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，能夠進(jìn)行導(dǎo)出excel、報表打印等操作。電能數(shù)據(jù)的監(jiān)測畫面見下圖3.12所示：圖3.12電能數(shù)據(jù)監(jiān)測畫面3.4.7數(shù)據(jù)報表及打印功能依據(jù)系統(tǒng)采集到的能耗數(shù)據(jù)和其他參數(shù)，形成報表，報表的期限由操作者自己規(guī)定，可產(chǎn)生每日，每月，每年的報表。通過對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可得出節(jié)能工作效果評價報告或節(jié)能管理建議，并將結(jié)果以曲線形式顯示在計算機(jī)上，為管理者提供決策支持信息。數(shù)據(jù)報表和打印功能的圖示見下圖3.13：圖3.13數(shù)據(jù)報表及打印功能示意圖3.4.8故障報警及保護(hù)功能當(dāng)某一網(wǎng)絡(luò)部件或者I/O信號接口發(fā)生故障，能夠?qū)收袭a(chǎn)生部位進(jìn)行自動定位，同時，按照報警類別和嚴(yán)重程度，對操作人員進(jìn)行分類告知，并且可以在操作站自動顯示。報警的原由、時間和名稱都會自動地記錄到數(shù)據(jù)庫，可以在事后調(diào)閱，也可以打印出來。故障報警和保護(hù)功能的圖示見下圖3.14：圖3.14故障報警及保護(hù)功能示意圖3.4.9設(shè)備維護(hù)提示功能該系統(tǒng)以裝置運行時間為基準(zhǔn)，發(fā)送設(shè)備維護(hù)提示，以便提示設(shè)備管理人員適時，適時地進(jìn)行維修和養(yǎng)護(hù)，防止裝置被檢測出故障。第4章節(jié)能控制系統(tǒng)在地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)中的效果分析4.1風(fēng)水聯(lián)動綜合環(huán)境收益和能效收益預(yù)測中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)是否能在實踐中取得預(yù)期節(jié)能效果，需經(jīng)過檢驗加以證實。根據(jù)某地鐵站實測資料，獲取所述水系統(tǒng)的運行耗能數(shù)據(jù)，得到了它的節(jié)能率。因為本工程目前僅使用的水系統(tǒng)節(jié)能控制，風(fēng)水聯(lián)動控制系統(tǒng)目前還停留在理論研究的層面，沒有條件進(jìn)行能耗比較，該項目通過“旁路運行”方式，對裝置未使用節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行能耗檢測，臨近時刻室外氣象條件間隔不大，對使用節(jié)能控制系統(tǒng)之后進(jìn)行能耗檢測，檢測，記錄并對比能耗。圖4.1節(jié)能前后風(fēng)系統(tǒng)與水系統(tǒng)占比中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)的綜合效益列于表4.1中表4.1中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)綜合效益預(yù)測分析價值收益分項節(jié)能前（萬Kw·h）節(jié)能后（萬Kw·h）節(jié)能率節(jié)能量（萬Kw·h）收益（萬元）水系統(tǒng)78.8858.0326.43%28.8524.52風(fēng)系統(tǒng)52.9331.3640.75%21.5718.33總計131.8189.3938.25%50.4242.86環(huán)境效益分項節(jié)能節(jié)約標(biāo)煤（t）CO2排放量減少（t）SO2排放量減少（t）環(huán)境效益50.42201.68502.6815.13從綜合效益分析中可以看出，使用中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，全年綜合節(jié)能率平均可達(dá)38.25%，可以取得預(yù)期的效果；若以每千瓦時0.85元計，每年可為地鐵運營方帶來42.857萬元的收益；并帶來很好環(huán)境效益，降低大量標(biāo)煤用量，同時，降低大量二氧化硫、二氧化碳等污染物排放量。若將此系統(tǒng)用于其他行業(yè)，如建筑供暖，空調(diào)制冷及照明等，則具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力和社會價值。風(fēng)水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能效果的預(yù)測是以水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)的最佳配合為基礎(chǔ)的，但是在實際工作時，水量與風(fēng)量都是處在一個不斷變化的過程之中，最終能夠?qū)崿F(xiàn)的節(jié)能效果將出現(xiàn)偏差，實測研究有待深入。此外，在該項目采用中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)之后，整個空調(diào)系統(tǒng)在計算機(jī)上得到了實現(xiàn)、人機(jī)界面的智能化管理，運行管理自動化程度高，能夠有效降低操作人員勞動強度，節(jié)約人力開支。在空調(diào)冷凍水泵的同時、冷卻水泵會達(dá)到啟動和停止的低頻，能夠大大降低對電網(wǎng)沖擊，減少電機(jī)磨損，由此減少了設(shè)備故障率，提高了裝置運行效率，延長裝置使用壽命，減少了設(shè)備維護(hù)運行費用，提升整體經(jīng)營管理水平。所產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)效益同樣無法估量。4.2節(jié)能控制系統(tǒng)在地鐵車站應(yīng)用的預(yù)期成果以長沙1號線某地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)為研究對象，進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研，根據(jù)研究內(nèi)容，節(jié)能控制系統(tǒng)在本地鐵站中進(jìn)行了應(yīng)用，通過優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)，會采用科學(xué)管理方法、綜合能源管理體系、先進(jìn)節(jié)能控制策略和人性化操作模式，使長沙1號線某地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制實現(xiàn)整體優(yōu)化，并且取得預(yù)期的效果。通過對地鐵站數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得出如下預(yù)期結(jié)果：（1）通過對馬場站節(jié)能控制系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用研究，針對城市軌道交通通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)特點，使之成為一項科研成果，研究并開發(fā)了穩(wěn)定，安全節(jié)能控制系統(tǒng)，它的綜合節(jié)能率不少于20%，實現(xiàn)了低能耗運行鐵車站內(nèi)的水系統(tǒng)和空調(diào)風(fēng)；（2）采用站點測試與模擬仿真相結(jié)合的方法，研究和開發(fā)了適合地鐵中央空調(diào)的專用節(jié)能控制系統(tǒng)，確定了一組標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和通訊方式，并使之大規(guī)模推廣，確保城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定；（3）通過城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)能源管理系統(tǒng)的構(gòu)建，建立城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能源監(jiān)控體系，分項分類統(tǒng)計了該裝置能耗，建立了年耗電標(biāo)準(zhǔn)，并對該裝置能耗進(jìn)行了分析，以地鐵站點為對象，制定能源考核指標(biāo)，推進(jìn)行為節(jié)能。（4）建立地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控執(zhí)行聯(lián)網(wǎng)和站點數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)平臺。（5）選取一個標(biāo)準(zhǔn)地鐵站內(nèi)的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備作為研究對象，模擬操作后，節(jié)能控制運行和標(biāo)準(zhǔn)工頻運行的對比，能夠帶來的經(jīng)濟(jì)和社會環(huán)境效益。第5章總結(jié)該項目針對地鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)特性，結(jié)合某一地鐵站的實際運營數(shù)據(jù)，地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)采用通風(fēng)空調(diào)-風(fēng)水聯(lián)動節(jié)