地鐵車站節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能原理分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u15182地鐵車站節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能原理分析概述 1203181.1地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的組成與配置 195791.1.1地鐵站風(fēng)系統(tǒng)介紹 2136911.1.2地鐵站水系統(tǒng)介紹 3132681.2地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展 4157721.3水泵與風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能原理 683131.4壓縮機(jī)節(jié)能原理 71.1地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的組成與配置制冷系統(tǒng)從中央空調(diào)的角度來看，有直接制冷劑式和間接制冷系統(tǒng)兩種。直接制冷式即多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)（VariedRefrigerantVolume,簡稱VRV），采用制冷劑作為傳熱介質(zhì)，通過制冷劑管路與室內(nèi)外的一部分相連，系統(tǒng)內(nèi)制冷劑與室內(nèi)空氣直接接觸換熱，適合小范圍舒適性空調(diào)使用。間接制冷系統(tǒng)主要由制冷劑循環(huán)和載冷劑循環(huán)兩部分組成，通過載冷劑將室內(nèi)熱量帶走，間接制冷系統(tǒng)在大多數(shù)大型中央空調(diào)中都有使用。圖1.1地鐵中央空調(diào)系統(tǒng)工藝流程圖從上面可以看出地鐵中央空調(diào)系統(tǒng)主要包括五個(gè)換熱過程，也就是室內(nèi)空氣和末端設(shè)備之間換熱、冷凍水循環(huán)，制冷劑循環(huán)等、冷卻水的循環(huán)，室外空氣的循環(huán)。地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)原理：制冷劑把冷量轉(zhuǎn)移到冷凍水中，采用冷凍水循環(huán)，向末端空調(diào)設(shè)備承載冷量，冷量以熱量交換的方式傳遞給地鐵站的內(nèi)部環(huán)境，從地鐵站空氣中吸熱，沿著冷凍水循環(huán)回流到冷水機(jī)組；冷凍水在機(jī)組的蒸發(fā)器中將熱量傳遞給制冷劑，然后經(jīng)過制冷劑循環(huán)，向冷凝器輸送熱量；制冷劑從冷凝器放熱，冷卻水從制冷劑中吸熱，并帶至冷卻塔，熱量經(jīng)冷卻塔外排。這樣周而復(fù)始地把站里的熱散發(fā)出去，實(shí)現(xiàn)制冷。1.1.1地鐵站風(fēng)系統(tǒng)介紹地鐵車站的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要有隧道通風(fēng)系統(tǒng)；大系統(tǒng)（承擔(dān)地鐵車站公共區(qū)域負(fù)荷）；小系統(tǒng)（承擔(dān)車站內(nèi)管理用房負(fù)荷）。隧道通風(fēng)系統(tǒng)具有以下主要作用:（1）地鐵運(yùn)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）本實(shí)用新型在火車緊急停運(yùn)時(shí)，滿足火車通風(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，能夠及時(shí)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)的風(fēng)系統(tǒng)（大系統(tǒng)）示意圖如上1.2所示：圖1.2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)構(gòu)成有：組合式空調(diào)器等、回排風(fēng)機(jī)雙風(fēng)機(jī)初級(jí)回風(fēng)系統(tǒng)采用小型新風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)，回排風(fēng)管兼作排煙之用。根據(jù)不同的氣候條件，可以實(shí)現(xiàn)小型新風(fēng)空調(diào)、全新風(fēng)空調(diào)，通風(fēng)良好、和排煙的若干運(yùn)行方式。組合式空調(diào)箱如圖1.3所示：圖1.3組合式空調(diào)箱組成示意圖組合式空調(diào)箱由過濾段，表冷段和風(fēng)機(jī)段三部分組成、消聲段4個(gè)主要組成部分。組合式空調(diào)箱的運(yùn)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(dòng)，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(shí)現(xiàn)了對(duì)輸送冷空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的效果；消聲段采用消聲裝置進(jìn)行消聲，使房間保持良好聲環(huán)境。1.1.2地鐵站水系統(tǒng)介紹車站空調(diào)水系統(tǒng)等：一般為分站供冷，每臺(tái)車站設(shè)冷水機(jī)組2臺(tái)，相應(yīng)地設(shè)有冷凍水泵和冷卻水泵、冷卻塔等附屬設(shè)備，異程式管路系統(tǒng)的使用。其中，冷凍水循環(huán)工藝如圖1.4所示,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(shí)，由冷凍水泵帶動(dòng)，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(shí),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，以此類推，實(shí)現(xiàn)制冷。圖1.4冷凍水循環(huán)的原理圖冷卻水循環(huán)過程見圖1.5,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(dòng)力驅(qū)動(dòng)，流入冷水機(jī)組冷凝器，實(shí)行熱量交換，從制冷劑吸熱，氣溫升至37°C時(shí)，進(jìn)冷卻塔，放熱后氣溫降到32°C,32°C冷卻水帶冷量流入冷水機(jī)組凝汽器內(nèi)，這樣循環(huán)往復(fù)，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了把室內(nèi)熱量從戶外帶走。圖1.5冷卻水循環(huán)的原理圖1.2地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展中央空調(diào)控制系統(tǒng)在其發(fā)展歷程中經(jīng)歷了一個(gè)由簡到繁的較長時(shí)期，大致可劃分為如下幾個(gè)時(shí)期:（1）90年代前，所有空調(diào)系統(tǒng)均為工頻控制，系統(tǒng)采用定流量，定風(fēng)量工作，通過對(duì)裝置本身進(jìn)行啟?？刂?，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的功能?？刂破鞯姆糯笤ɡ缃佑|器、繼電器），調(diào)整時(shí)易產(chǎn)生自震蕩，減少了設(shè)備機(jī)械傳動(dòng)部分使用壽命。包括冷水機(jī)組，冷卻水泵，冷凍水泵等、冷卻塔風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)，造成了電能的極大浪費(fèi)。還有業(yè)主為了節(jié)能，調(diào)高了空調(diào)溫度，也可以使用其他單獨(dú)空調(diào)方式，該方法無法滿足空調(diào)舒適性需求。（2）至90年代后，大部分民用建筑中央空調(diào)系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)簡單控制，對(duì)散布在系統(tǒng)內(nèi)的常規(guī)控制儀表，采用集散式控制，系統(tǒng)中各個(gè)裝置運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，由數(shù)據(jù)采集器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸至樓宇控制系統(tǒng)。現(xiàn)階段中央空調(diào)控制系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)簡單啟停，大部分中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備仍需由有關(guān)管理人員進(jìn)行人工啟動(dòng)，設(shè)備運(yùn)行好壞，和人員素質(zhì)高低關(guān)系極大。（3）在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展和節(jié)能要求不斷提高，冷水機(jī)組壓縮機(jī)變頻在中央空調(diào)節(jié)能中的應(yīng)用越來越廣泛。在室內(nèi)溫度超過設(shè)定值后，提高壓縮機(jī)頻率，從而提高制冷量，隨室溫下降，壓縮機(jī)頻率隨降低，讓室溫逐步向設(shè)定值靠近。這種調(diào)節(jié)方式的舒適性得到了改善，但加大設(shè)備初期投入，并且因?yàn)閴嚎s機(jī)并非無極調(diào)節(jié)而限制了節(jié)能的效果。設(shè)定溫度確定后，制冷量也和冷卻水泵，冷凍水泵流量相關(guān)。泵的特性，變頻器控制器的特性在不斷地改進(jìn)，使得變流量系統(tǒng)成為可能，水泵的變頻技術(shù)已經(jīng)大量運(yùn)用到現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制當(dāng)中，并且達(dá)到較好的節(jié)能效果。（4）當(dāng)前，變風(fēng)量，變流量節(jié)能控制系統(tǒng)在中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)中得到了廣泛運(yùn)用。傳統(tǒng)的定風(fēng)量系統(tǒng)是指定風(fēng)量恒定，根據(jù)最不利環(huán)路情況決定房間送風(fēng)量大小的一種制度。在室內(nèi)負(fù)荷降低的情況下，通過調(diào)整再熱度，送風(fēng)通過“溫差小，流量大”進(jìn)入室內(nèi)，保持溫度恒定，該方法耗能大。變風(fēng)量系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)實(shí)際負(fù)荷調(diào)節(jié)送風(fēng)量，維持送風(fēng)參數(shù)恒定，節(jié)省了為了增加送風(fēng)溫度而耗費(fèi)的能源，與此同時(shí)，處理風(fēng)量降低，降低了風(fēng)機(jī)，制冷機(jī)電耗。一些研究比較了集中式中央空調(diào)的定風(fēng)量和變風(fēng)量系統(tǒng)，分析認(rèn)為，變風(fēng)量系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可以取得較好的運(yùn)行性能和明顯的節(jié)能效果。天津大學(xué)開展了空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)性能參數(shù)研究，認(rèn)為風(fēng)機(jī)變頻可以達(dá)到工藝調(diào)節(jié)要求，并能維持高效，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。變流量系統(tǒng)由冷卻水泵驅(qū)動(dòng)、冷凍水泵采用變頻調(diào)節(jié)流量，降低了水泵和主機(jī)的能耗。中央空調(diào)水系統(tǒng)變流量研究顯示，中央空調(diào)水循環(huán)變頻較空調(diào)正常運(yùn)行可節(jié)電32%。（5）空調(diào)水量與風(fēng)量是互相影響的兩方面，地鐵中央空調(diào)系統(tǒng)也有很多的裝置組成，由若干體系構(gòu)成的復(fù)雜體系，控制策略互相影響，因此，控制策略需兼顧各個(gè)裝置、各個(gè)系統(tǒng)之間互相影響，為了實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定，節(jié)能運(yùn)行。目前，我國大多數(shù)車站的通風(fēng)空調(diào)水系統(tǒng)與風(fēng)系統(tǒng)是分開控制的，通常情況下，水系統(tǒng)是暖通節(jié)能公司控制的，風(fēng)系統(tǒng)控制BAS系統(tǒng)，水系統(tǒng)與風(fēng)系統(tǒng)的單獨(dú)控制，很難使系統(tǒng)保持平穩(wěn)。經(jīng)過大量的實(shí)踐證明，分開控制的模式還不夠成熟，仍有很多難以解決的難題。水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)互為影響的一對(duì)、協(xié)調(diào)統(tǒng)一整體，如果把這兩個(gè)子系統(tǒng)作為一個(gè)整體加以控制，即能達(dá)到風(fēng)，水系統(tǒng)全局優(yōu)化和全面節(jié)能，但要確立這種控制模式，是有困難的。中央空調(diào)的節(jié)能技術(shù)屬于通訊技術(shù)、將自動(dòng)化技術(shù)與暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行整合。因空調(diào)冷負(fù)荷具有時(shí)變性，中央空調(diào)系統(tǒng)冷量調(diào)節(jié)變量（水量、風(fēng)量）在一個(gè)不斷變化的過程中，在空氣處理過程中，最佳風(fēng)量與水量搭配最為有利，就是在不斷地改變著自己，如何針對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況變化，對(duì)機(jī)組風(fēng)量，水量進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，做到風(fēng)水聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的最大化，就是未來發(fā)展的方向。1.3水泵與風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能原理對(duì)同一臺(tái)風(fēng)機(jī)和水泵，其流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速和軸功率之間的關(guān)系如下式1.1：其中n，n’轉(zhuǎn)速（r/min）；G，G’流量（m3/h）；H，H’揚(yáng)程（m）；N，N’軸功率（kW）。從上面的公式可以看出，泵，風(fēng)機(jī)功率與轉(zhuǎn)速呈三次方關(guān)系，轉(zhuǎn)速變化對(duì)能耗影響最明顯，故為了達(dá)到節(jié)省能耗，可采用調(diào)整轉(zhuǎn)速來達(dá)到目的。多種變風(fēng)量方式離心式風(fēng)機(jī)工況，節(jié)能效果比較見圖1.2，包括風(fēng)機(jī)節(jié)能和變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、入口導(dǎo)葉的調(diào)整與出口風(fēng)閥的調(diào)整。有了圖就知道，節(jié)能效果是由原來的小到變轉(zhuǎn)速調(diào)整的、入口導(dǎo)葉的調(diào)整與出口風(fēng)閥的調(diào)整。圖1.6離心風(fēng)機(jī)各種變風(fēng)量方式的節(jié)能效果圖1.6是風(fēng)機(jī)經(jīng)調(diào)整速度而達(dá)到節(jié)能目的的示意圖。通過系統(tǒng)管路獲得的特性曲線，分別用圖R1,R2表示。風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速取n1時(shí)、當(dāng)管路阻力取值R1后，點(diǎn)一確定輸送總流量Q1,這時(shí)，風(fēng)機(jī)出力H1,需要軸功率：圖1.7風(fēng)機(jī)節(jié)能原理圖如果系統(tǒng)流量是Q2,管路阻力恒定時(shí)，實(shí)際所需壓力，即H3,較H1降低，如果風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)]有變化，風(fēng)機(jī)壓力輸出則無法由H1下降至H3,但加入H2,并通過調(diào)整風(fēng)閥開度，實(shí)現(xiàn)壓頭變化，與此同時(shí)，使得管道阻力加大，管道特性曲線的變化是R2,此時(shí)，損耗轉(zhuǎn)變：1.4壓縮機(jī)節(jié)能原理中央空調(diào)系統(tǒng)中所用冷水機(jī)組根據(jù)制冷原理不同，有壓縮式和吸收式兩種，根據(jù)設(shè)備安裝工程的分類，可分為活塞式冷水機(jī)組、螺桿式冷水機(jī)組等、離心式冷水機(jī)組等等。本文所研究地鐵車站中央空調(diào)采用螺桿式冷水機(jī)組，屬壓縮式制冷機(jī)，壓縮機(jī)作為系統(tǒng)中主要耗能設(shè)備，具有重要意義。壓縮式冷水機(jī)組具有負(fù)荷的阻轉(zhuǎn)矩幾乎保持不變的特性，電機(jī)以各種速度運(yùn)行，阻轉(zhuǎn)矩幾乎為常數(shù)。負(fù)載功率PL與轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速n間關(guān)系式為：式1.4：TL阻轉(zhuǎn)矩（N*m）；n轉(zhuǎn)速(rpm)；PL負(fù)載功率（kW）。異步電機(jī)轉(zhuǎn)