鐵路車站建筑的樓宇自控系統(tǒng)與節(jié)能技術探討1緒論自1997年起，我國鐵路開始跨入高速時代，鐵路客貨運輸負荷驟然上升，全網(wǎng)運輸能力顯得尤為緊張。為擴大我國鐵路網(wǎng)規(guī)模，2004年國務院會議通過的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，明確提出了到2020年，鐵路營業(yè)里程由100000km調整為120000km，其中客運專線由12000km調整為16000km。由此可見，在今后的10年內(nèi)，我國鐵路行業(yè)的建設規(guī)模將相當可觀?；疖囌咀鳛榇笮徒煌屑~公共建筑，其能耗一直居高不下，因而無論是創(chuàng)建低能耗的火車站還是對現(xiàn)有火車站進行節(jié)能的改造都具有重大的社會與經(jīng)濟意義。本文將從火車站建筑的特點出發(fā)，對其空調系統(tǒng)及照明系統(tǒng)的控制難點進行分析，提出相應的節(jié)能控制措施，并介紹某鐵路樞紐車站的樓宇自控解決方案。2火車站建筑的特點新型大中型火車站房由高架層、站臺層、出站層3個基本平面層組成。高架層一般用于為旅客提供寬敞舒適的候車環(huán)境；站臺層多用于旅客進站、售票等，可容納、緩沖大客流，進站廣廳多設計成高大空間；出站層多為旅客出火車站通道及設備安放點?；疖囌居兄c辦公樓、酒店、藥廠等建筑不同的，獨特的建筑結構，因而其空調控制與照明控制的需求及相應的控制策略皆有獨特的特點。作為重要的大型交通運輸建筑，火車站由多種功能各異的房間，如進站廣廳、候車室、售票室、車輛用房、辦公室、車間等組成。這些房間各有不同的服務對象和工作職能，因而對環(huán)境的要求也各不相同?！惰F路房屋暖通空調設計標準》（TB10056-1998）對各類房間的冬夏季室內(nèi)設計溫度做出了相關的規(guī)定?；疖囌镜牧硪伙@著特點是人流量大且人流密度變化速度快，空調負荷變化大。火車站的入口大廳、聯(lián)系通道等區(qū)域均為敞開式設計，近年來多采用大面積的玻璃幕墻，這些都造成了冷熱負荷大、能耗高的影響。高大空間的站房、進站廣廳等處的空氣調節(jié)，條件允許時可采用分層空氣調節(jié)的方式。采用這種方式，靠近屋頂處或不對人體舒適感構成影響的上層空間是無需進行溫濕度控制的，因而可以節(jié)省大量的空調能耗。對于高大空間而言，引入照明控制是提高照明環(huán)境舒適度的直接方法，同時也是節(jié)省照明能耗的有效途徑。白天時應充分利用自然光照，用照度傳感器監(jiān)測環(huán)境亮度，通過控制來調節(jié)照明回路，避免長時間不必要的照明浪費。綜上所述，火車站的特殊性主要表現(xiàn)在以下三個方面：◆環(huán)境要求差異大；

◆人流量大，人流密度變化快，空調負荷大；

◆敞開式入口、大面積玻璃幕墻與高大空間等造成能耗大。智能化的樓宇控制是滿足鐵路車站建筑控制要求的基礎，也是解決能耗問題的核心手段之一。下面，本文將結合某鐵路車站案例，針對上述特點，提出樓宇自控解決方案，并探討節(jié)能控制措施。3工程概況某鐵路車站是我國鐵路“十一五”規(guī)劃客運專線上最大的客運站，省城十大建筑之一，距市中心約8km，占地面積42.7公頃。新建車站總建筑面積達206000m2，主要分為東、西兩個站房，共有四層，分別為出站層、站臺層、高架層和設備夾層。室內(nèi)設計符合標準，設計上考慮了火車站的特點一（如表1所示）。車站樓宇控制系統(tǒng)主要由冷熱源系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、送排風系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)等幾個子系統(tǒng)組成。4暖通節(jié)能技術該鐵路車站的冷熱源設備位于出站層。冷源系統(tǒng)由東站的2臺地源熱泵與西站的3臺地源熱泵組成。熱源系統(tǒng)由東站2臺熱交換器和西站4臺熱交換器組成，接城市熱網(wǎng)集中供熱；當熱量不夠時可啟動東站的2臺地源熱泵機組與西站的3臺地源熱泵機組為建筑物供熱。地源熱泵技術是國家重點推廣的節(jié)能新技術，應用地源熱泵是鐵道部的一項重要的節(jié)能措施。這種空調系統(tǒng)的工作原理是把高強度塑料管埋在地下，利用水與土壤中的熱量進行冷熱交換。它以地能為熱泵的冷熱源：冬季把地能中的熱量取出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為熱源；夏季取出室內(nèi)熱量，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為冷源。具體工作原理如下：夏天，熱泵中的冷媒在冷凝器中吸收地埋管循環(huán)水的冷量，與流過蒸發(fā)器的熱水進行熱交換，連續(xù)不斷地使用戶回水降溫到7~12℃；冬季，熱泵中的冷媒在蒸發(fā)器中吸收地埋管循環(huán)水的熱量，與流過冷凝器的冷水進行熱交換，對用戶用水的回水放熱，令其升溫到45~50℃。冬夏季工況下地埋管循環(huán)水與空調用水走向的切換可利用水閥實現(xiàn)，如圖1所示：夏季V1、V3、V5、V7開，V2、V4、V6、V8關；冬季V1、V3、V5、V7關，V2、V4、V6、V8開。空調系統(tǒng)主要由4臺組合式全新風空調機組、31臺組合式空調處理機組、5臺VRV機組、3臺恒溫恒濕機組組成。全新風空調機組服務于候車大廳和醫(yī)務室，控制原理如圖2所示。由于高架層候車廳全新風空調機組處理的空氣為100%室外新風，能源消耗大，運行成本高，因而利用熱回收裝置回收排風的大部分熱量，達到節(jié)能的目的。為保證熱回收機組高效運行，在新風入口和出口以及排風入口處分別設置過濾器，以便有效改善熱回收機組經(jīng)常出現(xiàn)的臟堵問題，確保熱回收效率并大幅提高送風空氣品質。組合式空調處理機組服務于進站大廳、出站大廳、辦公室與商店等區(qū)域。末端為電動風閥，冬季時風閥關閉，由室內(nèi)暖氣片供暖；當熱量不足時，可開啟熱泵制熱。由于末端風閥的開關和人流量的大幅變化會導致空調負荷的變化，針對火車站特點二，本工程的組合式空調處理系統(tǒng)采用定靜壓變頻控制方式。該控制方式的基本原理是在風機到最遠端距離的2/3處安裝靜壓傳感器，以維持該點靜壓恒定為前提，通過不斷調整送風機轉速來改變空調系統(tǒng)的送風量。與定風量空調相比，采用該控制方式的空調可使室溫波動更小，既能大幅提高舒適度，還能有效節(jié)省能耗。VRV機組服務于門廳、信息機房等區(qū)域。恒溫恒濕機組服務于化驗室、票務系統(tǒng)機房和主機房。針對火車站特點三，在敞開式門上設置了風幕，此舉能有效減少室外空氣與室內(nèi)空氣的熱交換，是敞開式大空間節(jié)能的常用方法之一。5節(jié)能技術的具體實現(xiàn)除了暖通系統(tǒng)，一套功能全面、設計合理的樓宇自控系統(tǒng)也能為火車站的節(jié)能做出巨大貢獻。樓宇自控系統(tǒng)可有效提高對火車站能耗的控制力，通過數(shù)據(jù)采集、預處理，有效掌握建筑物能源分配及各類環(huán)境、設備因素對能耗的影響；可提供節(jié)能空間分析服務，并在能源改造過程中隨時跟蹤投資、預測投資回收期；通過冷水機組啟停優(yōu)化控制策略、空調系統(tǒng)送風溫濕度控制策略，以及CO2濃度控制、時間表、報警等功能可大幅提高火車站能效，有效降低能耗。（1）冷水機組啟停優(yōu)化控制之前分析的火車站特點二表明此類建筑能耗大，因此，冷水機組的增減顯得尤為重要。根據(jù)車站所需冷負荷及實際冷負荷，通過自動調整冷水機組運行臺數(shù)，可獲得最佳節(jié)能效果。車站所需冷負荷為：

Q=c×m×（T1－T2）

式中，c為水的比熱容，單位為kJ/（kg·℃）；T1為回水管溫度，T2為供水總管溫度，單位為℃；m為回水質量，單位為kg。由冷水機組工作特性曲線（如圖3所示）可知，冷水機組能效比最高時，負荷約為80%，而非滿負荷。因而從節(jié)能角度出發(fā)，冷水機組的控制邏輯是當負荷大于單臺機組的95%時，開啟第二臺機組。（2）空調機組送風溫濕度控制通常，針對純滯后較大的回風溫、濕度參數(shù)，為避免響應速度慢導致重復調整，我們采用串級控制回路對其進行控制，如圖4所示。其內(nèi)環(huán)控制是通過焓值算法控制送風溫度及濕度，外環(huán)控制（SPRA設定值重設）即通過操作員手動或BMS自動對送風溫度及濕度的設定值進行重設。這種控制回路與普通的反饋回路相比，錯開了與主對象的時間常數(shù)距離，從而提高了系統(tǒng)的響應速度，顯著提高了系統(tǒng)的控制質量?；仫L溫/濕度低于設定下限，且維持時間超過預設的時間死區(qū)，則送風溫/濕度設定值將自動增加一個偏移量；回風溫/濕度超出設定上限，且維持時間超過預設的時間死區(qū)，則送風溫/濕度設定值將自動減小一個偏移量。在大空間內(nèi)，回風溫度不能充分反映各個區(qū)域的實際環(huán)境情況?？筛鶕?jù)各區(qū)域的實際溫度控制末端VAV的送風量，從而滿足不同區(qū)域的溫度要求。對于大空間建筑，如果送風口設置在吊頂上，冬季送出的熱空氣需要極大的出口風速才能到達人流活動區(qū)，否則極易形成氣流死循環(huán)。因此，為提高控制效果、節(jié)省能耗送風口宜設置在墻壁側面。（3）過渡季免費制冷與夜間換氣空調可在過渡季節(jié)充分利用室外新風對室內(nèi)空氣進行處理，在夜間利用室外新風對室內(nèi)進行換氣，既能節(jié)省能源，又能有效提高室內(nèi)的空氣品質。（4）CO2濃度監(jiān)測通過監(jiān)測車站內(nèi)特定區(qū)域的CO2濃度控制組合式空調處理機組的新風閥與回風閥開度，可在滿足空氣品質的前提下，有效降低新風量，從而節(jié)省下處理非必要新風所需的那部分能耗。（5）照度監(jiān)測在車站內(nèi)靠近外墻和窗戶的區(qū)域安裝感光器，探測最低照明等級，根據(jù)探測結果調暗或關閉照明燈具。借助于電動外遮陽設備可在強日照下滿足工作面照度要求，同時減少室內(nèi)與室外的輻射熱交換。（6）與信息系統(tǒng)的結合許多機場的樓宇自控系統(tǒng)往往與航班信息系統(tǒng)緊密結合在一起。筆者認為，車站的照明與空調系統(tǒng)也可適當參考車次時間表當車次或人流減少時，在保證室內(nèi)空氣品質的前提下，適當減少新風機的開啟時間和送風量，可降低冷熱負荷損失。6系統(tǒng)架構該車站工程設備眾多，設備比較分散，通過采用施耐德電氣TACVista樓宇自控系統(tǒng)（如圖5所示）對站內(nèi)各種機電設備進行集中管理和優(yōu)化控制，最終實現(xiàn)了各種機電設備工作的協(xié)調有序。本工程樓宇自控系統(tǒng)由兩級網(wǎng)絡構成：一級網(wǎng)絡是10M/100M以太網(wǎng)；二級網(wǎng)絡為LonWorks現(xiàn)場總線網(wǎng)。這種結構可以提供高速的通信能力，使管理人員在中央控制室就能全面了解本工程各類設備的運行情況，并進行實時控制；而且易于進行擴展，以滿足系統(tǒng)容量的要求。這種兩級網(wǎng)絡的結構形式是合理、安全的網(wǎng)絡結構模式，能夠將因硬件故障對系統(tǒng)運行造成的影響降到最低，最適合以集散控制為特點的樓宇自控系統(tǒng)，為多數(shù)樓宇自控廠商所采用。所有DDC控制器均在被控設備機房內(nèi)就近安裝?？刂破髋c現(xiàn)場前端設備信號聯(lián)接線的聯(lián)接在機房內(nèi)部完成。DDC控制器在本地對被控設備進行監(jiān)控，包括實時檢測現(xiàn)場設備的信號，根據(jù)控制器里內(nèi)置的程序對設備進行控制，并將設備運行或報警信息上傳給樓宇自控系統(tǒng)中央工作站。中央工作站對收集到的信息、數(shù)據(jù)進行分析和管理，包括實時數(shù)據(jù)的圖形顯示，歷史數(shù)據(jù)的查看，各種實時報警的處理，各種報告的察看和打印，系統(tǒng)的配置，系統(tǒng)的編程等。這種集中管理、分散控制的模式既實現(xiàn)了對大型建筑機電設備的有效管理，又將控制功能分配給本地DDC控制器，消除了集中控制方式的隱患，即一旦中央控制設備出現(xiàn)故障將無法實現(xiàn)對所有機電設備的控制。如圖5所示，管理層由中央監(jiān)控電腦配以Vista系列軟件和兩臺網(wǎng)絡路由器組成；控制層則由各種控制子站（DDC）連接而成，設備及具體位置如表2所示。控制器之間以LonWorksFTT-10總線方式互聯(lián)，控制器與中央計算機以普通雙絞線通過IP接口連接，IP控制器與中央計算機通過以太網(wǎng)方式互連，智能控制器則直接與現(xiàn)場控制元件、傳感元件連接。Vista系統(tǒng)的這種網(wǎng)絡結構實現(xiàn)了“分散控制，集中管理”的控制模式，具有高可靠性、靈活性、先進性。

1、系統(tǒng)總體性能(1)先進性。采用APOGEE系統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng)，實現(xiàn)所屬各類設備的集中管理和分