I地鐵車站設(shè)備節(jié)能控制策略研究摘要城市軌道交通的特點是高效，干凈，安全，方便、運量較大等特點，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，通風性較差，以滿足地鐵舒適度需求，空調(diào)通風系統(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，屬地鐵中不可或缺的一部分。國家著力于節(jié)能減排，采取適當通風和空調(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)濟性的重點。文章首先對地鐵車站中央空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成進行分析，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，針對地鐵車站中央空調(diào)，接著對相應(yīng)裝置進行節(jié)能控制策略分析。研究認為，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，最后，提出利用風水聯(lián)動控制系統(tǒng)的方案，本實用新型可以解決風系統(tǒng)與水系統(tǒng)之間的不和諧，取得了較好節(jié)能效果。關(guān)鍵詞：地鐵車站；中央空調(diào)；風系統(tǒng)；水系統(tǒng)；系統(tǒng)節(jié)能目錄TOC\o"1-3"\h\u320331前言 1130942地鐵車站節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能原理 1143182.1地鐵車站通風空調(diào)系統(tǒng)的組成與配置 160202.1.1地鐵站風系統(tǒng)介紹 2183412.1.2地鐵站水系統(tǒng)介紹 3165162.2地鐵車站通風空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展 462262.3水泵與風機變頻節(jié)能原理 6284412.4壓縮機節(jié)能原理 881623地鐵車站節(jié)能控制策略 8161523.1水系統(tǒng)能控制 966423.2主機節(jié)能控制 9144343.3冷凍水系統(tǒng)節(jié)能控制 1017363.4壓差旁通閥調(diào)節(jié)能控制 12149483.5冷卻水溫度能控制 12121213.6風系統(tǒng)節(jié)能控制 1473144地鐵站設(shè)備節(jié)能控制系統(tǒng) 15159524.1控制系統(tǒng)分類 15296424.1.1自動控制技術(shù) 15159804.1.2控制系統(tǒng)的分類 16112054.1.3簡單PID控制系統(tǒng) 1742734.1.4智能控制 18237964.1.5控制系統(tǒng)的基本要求 18167064.2風水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)邏輯組成 19190804.3風水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)備清單 2061035結(jié)論 214467參考文獻 231前言地鐵車站較其他建筑形式有它的特殊性。大多數(shù)地鐵車站的主體都位于地下，穿過站進出口，風亭、區(qū)間風井和行車隧道對外連通。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，通風性較差，為適應(yīng)營運要求，需借助站內(nèi)通風空調(diào)系統(tǒng)，營造舒適人工環(huán)境。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，其中通風空調(diào)耗電25%-35%、照明8%-12%，動力耗電占10%-14%，10%的其他耗電包括給排水、弱電和地鐵物業(yè)。其中，通風空調(diào)設(shè)計均為長期滿負荷設(shè)計，而且實際使用時只是在某些負荷時工作，在系統(tǒng)始終滿負荷工作的情況下，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，增強地鐵運營經(jīng)濟性。中央空調(diào)系統(tǒng)可以為地鐵車站營造出一個舒適的氛圍，在計算機技術(shù)不斷發(fā)展和節(jié)能，環(huán)保要求下，使控制技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能上得到了應(yīng)用，通過研究地鐵車站中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，既可以較好地滿足地鐵車站內(nèi)熱舒適性需求，還可以起到節(jié)能減排作用。當前，大多數(shù)新建建筑都已開始引進中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)。近年來，鐵路運輸產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，并且地鐵能源消耗占我國能源消耗較大比例，故地鐵中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)的研究對于我國節(jié)能減排具有重要意義，滿足地鐵的運營需求具有重大意義。2地鐵車站節(jié)能控制系統(tǒng)節(jié)能原理2.1地鐵車站通風空調(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2.1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)回流到冷水機組；冷凍水在機組的蒸發(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。這樣周而復始地把站里的熱散發(fā)出去，實現(xiàn)制冷。2.1.1地鐵站風系統(tǒng)介紹地鐵車站的空調(diào)通風系統(tǒng)主要有隧道通風系統(tǒng)；大系統(tǒng)（承擔地鐵車站公共區(qū)域負荷）；小系統(tǒng)（承擔車站內(nèi)管理用房負荷）。隧道通風系統(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）本實用新型在火車緊急停運時，滿足火車通風需要，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)的風系統(tǒng)（大系統(tǒng)）示意圖如上2.2所示：圖2.2地鐵車站大系統(tǒng)原理圖地鐵車站通風空調(diào)大系統(tǒng)構(gòu)成有：組合式空調(diào)器等、回排風機雙風機初級回風系統(tǒng)采用小型新風機和排煙風機，回排風管兼作排煙之用。根據(jù)不同的氣候條件，可以實現(xiàn)小型新風空調(diào)、全新風空調(diào)，通風良好、和排煙的若干運行方式。組合式空調(diào)箱如圖2.3所示：圖2.3組合式空調(diào)箱組成示意圖組合式空調(diào)箱由過濾段，表冷段和風機段三部分組成、消聲段4個主要組成部分。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)往復流動，能起到使空氣溫度下降的效果；風機段增加冷空氣的壓力，實現(xiàn)了對輸送冷空氣進行驅(qū)動的效果；消聲段采用消聲裝置進行消聲，使房間保持良好聲環(huán)境。2.1.2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，每臺車站設(shè)冷水機組2臺，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2.4所示,冷水機組流出7°C冷凍水，流入末端設(shè)備，在房間里吸熱，當氣溫升至12°C時，由冷凍水泵帶動，進冷水機組蒸發(fā)器，由關(guān)外制冷劑吸熱，當溫度降至7°C時,7°C冷凍水將來自冷水機組的冷量帶入室內(nèi)末端設(shè)備（冷卻盤管或冷卻器）中，以此類推，實現(xiàn)制冷。圖2.4冷凍水循環(huán)的原理圖冷卻水循環(huán)過程見圖2.5,冷卻塔出32°C冷卻水，承載了來自大氣冷量，由冷卻水泵提供動力驅(qū)動，流入冷水機組冷凝器，實行熱量交換，從制冷劑吸熱，氣溫升至37°C時，進冷卻塔，放熱后氣溫降到32°C,32°C冷卻水帶冷量流入冷水機組凝汽器內(nèi)，這樣循環(huán)往復，本實用新型實現(xiàn)了把室內(nèi)熱量從戶外帶走。圖2.5冷卻水循環(huán)的原理圖2.2地鐵車站通風空調(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)歷了一個由簡到繁的較長時期，大致可劃分為如下幾個時期:（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，定風量工作，通過對裝置本身進行啟?？刂?，從而實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境溫度進行調(diào)節(jié)的功能?？刂破鞯姆糯笤ɡ缃佑|器、繼電器），調(diào)整時易產(chǎn)生自震蕩，減少了設(shè)備機械傳動部分使用壽命。包括冷水機組，冷卻水泵，冷凍水泵等、冷卻塔風機滿負荷工作時，造成了電能的極大浪費。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)都可以實現(xiàn)簡單控制，對散布在系統(tǒng)內(nèi)的常規(guī)控制儀表，采用集散式控制，系統(tǒng)中各個裝置運行參數(shù)及狀態(tài)，由數(shù)據(jù)采集器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)由計算機網(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)可以遠程實現(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)管理人員進行人工啟動，設(shè)備運行好壞，和人員素質(zhì)高低關(guān)系極大。（3）在計算機技術(shù)不斷發(fā)展和節(jié)能要求不斷提高，冷水機組壓縮機變頻在中央空調(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，提高壓縮機頻率，從而提高制冷量，隨室溫下降，壓縮機頻率隨降低，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，并且因為壓縮機并非無極調(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，使得變流量系統(tǒng)成為可能，水泵的變頻技術(shù)已經(jīng)大量運用到現(xiàn)在空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制當中，并且達到較好的節(jié)能效果。（4）當前，變風量，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)中得到了廣泛運用。傳統(tǒng)的定風量系統(tǒng)是指定風量恒定，根據(jù)最不利環(huán)路情況決定房間送風量大小的一種制度。在室內(nèi)負荷降低的情況下，通過調(diào)整再熱度，送風通過“溫差小，流量大”進入室內(nèi)，保持溫度恒定，該方法耗能大。變風量系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)實際負荷調(diào)節(jié)送風量，維持送風參數(shù)恒定，節(jié)省了為了增加送風溫度而耗費的能源，與此同時，處理風量降低，降低了風機，制冷機電耗。一些研究比較了集中式中央空調(diào)的定風量和變風量系統(tǒng)，分析認為，變風量系統(tǒng)在運行過程中可以取得較好的運行性能和明顯的節(jié)能效果。天津大學開展了空調(diào)系統(tǒng)風機變頻運行時性能參數(shù)研究，認為風機變頻可以達到工藝調(diào)節(jié)要求，并能維持高效，實現(xiàn)節(jié)能。變流量系統(tǒng)由冷卻水泵驅(qū)動、冷凍水泵采用變頻調(diào)節(jié)流量，降低了水泵和主機的能耗。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)正常運行可節(jié)電32%。（5）空調(diào)水量與風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)成的復雜體系，控制策略互相影響，因此，控制策略需兼顧各個裝置、各個系統(tǒng)之間互相影響，為了實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定，節(jié)能運行。目前，我國大多數(shù)車站的通風空調(diào)水系統(tǒng)與風系統(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，風系統(tǒng)控制BAS系統(tǒng)，水系統(tǒng)與風系統(tǒng)的單獨控制，很難使系統(tǒng)保持平穩(wěn)。經(jīng)過大量的實踐證明，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)和風系統(tǒng)互為影響的一對、協(xié)調(diào)統(tǒng)一整體，如果把這兩個子系統(tǒng)作為一個整體加以控制，即能達到風，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)、將自動化技術(shù)與暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)進行整合。因空調(diào)冷負荷具有時變性，中央空調(diào)系統(tǒng)冷量調(diào)節(jié)變量（水量、風量）在一個不斷變化的過程中，在空氣處理過程中，最佳風量與水量搭配最為有利，就是在不斷地改變著自己，如何針對實時運行工況變化，對機組風量，水量進行動態(tài)優(yōu)化，做到風水聯(lián)動，實現(xiàn)了節(jié)能的最大化，就是未來發(fā)展的方向。2.3水泵與風機變頻節(jié)能原理對同一臺風機和水泵，其流量、揚程、轉(zhuǎn)速和軸功率之間的關(guān)系如下式2.1：其中n，n’轉(zhuǎn)速（r/min）；G，G’流量（m3/h）；H，H’揚程（m）；N，N’軸功率（kW）。從上面的公式可以看出，泵，風機功率與轉(zhuǎn)速呈三次方關(guān)系，轉(zhuǎn)速變化對能耗影響最明顯，故為了達到節(jié)省能耗，可采用調(diào)整轉(zhuǎn)速來達到目的。多種變風量方式離心式風機工況，節(jié)能效果比較見圖2.2，包括風機節(jié)能和變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、入口導葉的調(diào)整與出口風閥的調(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、入口導葉的調(diào)整與出口風閥的調(diào)整。圖2.6離心風機各種變風量方式的節(jié)能效果圖2.6是風機經(jīng)調(diào)整速度而達到節(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。風機轉(zhuǎn)速取n1時、當管路阻力取值R1后，點一確定輸送總流量Q1,這時，風機出力H1,需要軸功率：圖2.7風機節(jié)能原理圖如果系統(tǒng)流量是Q2,管路阻力恒定時，實際所需壓力，即H3,較H1降低，如果風機的轉(zhuǎn)速沒有變化，風機壓力輸出則無法由H1下降至H3,但加入H2,并通過調(diào)整風閥開度，實現(xiàn)壓頭變化，與此同時，使得管道阻力加大，管道特性曲線的變化是R2,此時，損耗轉(zhuǎn)變：2.4壓縮機節(jié)能原理中央空調(diào)系統(tǒng)中所用冷水機組根據(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組、螺桿式冷水機組等、離心式冷水機組等等。本文所研究地鐵車站中央空調(diào)采用螺桿式冷水機組，屬壓縮式制冷機，壓縮機作為系統(tǒng)中主要耗能設(shè)備，具有重要意義。壓縮式冷水機組具有負荷的阻轉(zhuǎn)矩幾乎保持不變的特性，電機以各種速度運行，阻轉(zhuǎn)矩幾乎為常數(shù)。負載功率PL與轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速n間關(guān)系式為：式2.4：TL阻轉(zhuǎn)矩（N*m）；n轉(zhuǎn)速(rpm)；PL負載功率（kW）。異步電機轉(zhuǎn)速n與頻率f之前的關(guān)系如下2.5：f頻率;p電機旋轉(zhuǎn)磁場極對數(shù)；s轉(zhuǎn)差率上式2.5中在電機旋轉(zhuǎn)磁場極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率不變的情況下電機轉(zhuǎn)速與頻率成正比。由上式2.4和2.5可得：恒轉(zhuǎn)矩負載功率和電機運行頻率之間的關(guān)系如下式：其中，當壓縮機確定后，電機旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)是一個決定的常量，當轉(zhuǎn)差率沒有多大改變時,KL為一個常數(shù)量。通過上式2.6可以得到當需要冷凍水或者冷卻水流量變化時，可采用降低電機運行頻率，實現(xiàn)節(jié)約電能。3地鐵車站節(jié)能控制策略3.1水系統(tǒng)能控制如果需要空調(diào)制冷系統(tǒng)的正常運行，那么就應(yīng)該發(fā)揮中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)應(yīng)有的作用，例如，數(shù)據(jù)處理功能、數(shù)據(jù)分析功能等，本實用新型使得制冷系統(tǒng)質(zhì)量提高，與此同時，也盡可能地減少能源消耗，最大利潤將增加。地鐵車站空調(diào)水系統(tǒng)的能耗主要由主機電耗，水泵電耗和風機電耗組成。故，以下3個方式可達到水系統(tǒng)的節(jié)能控制優(yōu)化的目的:（1）使端部維持最小冷量需求并能最大程度地提高冷水機組輸出水溫；（2）冷水機組的運行臺數(shù)是按逐時冷負荷來決定的；（3）在冷水機組的運行許可范圍內(nèi)盡量降低冷卻水的出水溫度。3.2主機節(jié)能控制地鐵車站中央空調(diào)的水系統(tǒng)，主機能耗比例在80%左右，因此，節(jié)能控制系統(tǒng)，主機節(jié)能尤其重要。冷水機組進出水溫度采用機組自帶控制系統(tǒng)；所以對主機進行節(jié)能控制，主要是通過提升主機制冷效率，智能控制冷水主機操作臺數(shù)等方式來實現(xiàn)，為實現(xiàn)節(jié)能。地鐵車站中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)與冷水機組之間采用RS485接口方式進行通信，收集其開放數(shù)據(jù)，實現(xiàn)機組的啟停控制；通過數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效保存，并為機組檢修打下堅實基礎(chǔ)。表3.1冷水機組的負荷率、制冷量與耗電量的關(guān)系從上表3.1中可以看出，負荷率為90%~40%的范圍內(nèi)，制造單位冷量能耗比額定負荷低，負荷率范圍為10%~40%時，制造單位冷量能耗大于額定負荷從而得出，主機應(yīng)該以40%以上負荷率工作。圖3.1主機負荷率與COP的關(guān)系曲線圖從圖3.1中可以看出，當主機負荷率為60%時，生產(chǎn)單位冷量所消耗的能量最小，此時，冷水機組COP最高。在COP取極大值的情況下，每產(chǎn)1Rt制冷量耗電量比額定負荷少20.09%。通過以上的分析可以得出，采用冷水主機動態(tài)補償控制法（主機負荷加上冷凍水的回水溫度），使得主機處于任意許可的運行狀態(tài)，一直處于高能效負荷下運行，為實現(xiàn)高效節(jié)能控制。按照冷凍水的供回水溫度，壓力、流量指標能推測系統(tǒng)負荷變化。推測系統(tǒng)負荷增大，將相應(yīng)地引起系統(tǒng)內(nèi)冷凍水泵功率升高，為了實現(xiàn)提高冷凍水供給的效果。如果兩臺機組同時工作，負荷降低由系統(tǒng)預測出后，從末端空調(diào)發(fā)出回水溫度下降，同時降低了冷凍水泵的運轉(zhuǎn)頻率，水量改變信號傳遞給制冷機，當制冷機的制冷量大于等于系統(tǒng)總負荷時（設(shè)兩臺機組的%FLA<50%），控制系統(tǒng)開始延時減機延時55Min（跟據(jù)具體情況變化），經(jīng)過減機延時，若%FLA低于負荷設(shè)定的最低值，控制系統(tǒng)立即向其中一個制冷機組發(fā)出停機指令，某制冷主機停機時，另一制冷主機不受影響，能夠在滿負荷情況下達到系統(tǒng)要求。制冷主機每次加，減機，控制系統(tǒng)都要延時20Min才能執(zhí)行加，減機的程序，為了避免頻繁啟動或停止主機對系統(tǒng)壽命及系統(tǒng)穩(wěn)定性造成影響。3.3冷凍水系統(tǒng)節(jié)能控制1.冷凍水最佳能量輸出的節(jié)能控制根據(jù)實時檢測到的參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)進行分析，對系統(tǒng)進行負荷QD計算,傳輸至智能控制器，智能控制器，用于將數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲原始數(shù)據(jù)和實時反饋值進行比對，通過邏輯控制理論的應(yīng)用，對其作了比較修正，求出了能夠求得被控制量的最佳控制值。經(jīng)過控制系統(tǒng)處理后，轉(zhuǎn)換成準確控制值，通過執(zhí)行器，制冷系統(tǒng)的主要機組由冷水機組，冷凍水泵和冷卻水泵等組成、冷卻塔共同工作，為了實現(xiàn)最佳的運行策略，對冷凍水進行流量調(diào)節(jié)，對末端負荷的變化做出實時的反應(yīng)。地鐵車站中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)能夠?qū)δ┒素摵?，天氣等因素做出實時的反應(yīng)、氣象因素發(fā)生變化，按照末端系統(tǒng)的形式（定流量或者變流量的系統(tǒng)），擇優(yōu)（溫差控制，最惡劣壓差控制等）選擇最優(yōu)控制策略。消除了冷量供需在數(shù)量和時間上的差異，達到供需匹配。2.冷凍水出水溫度重設(shè)控制冷凍水出水溫度與制冷量及耗電量的關(guān)系曲線見下圖3.2：圖3.2冷凍水出水溫度與制冷量及耗電量的關(guān)系曲線由上圖3.2曲線可見，冷凍水的出水溫升高，制冷量隨之增加，耗電量卻減少得更快。綜合實際操作的體會，冷凍出水溫度每隔增加1℃，主機效率可提高3%~5%。故在過渡季節(jié)時的低負荷工況下，主機出水溫度可以通過升高，重新設(shè)定主機的冷凍出水溫度，因而減少了能量消耗，增加主機COP值。3.冷凍水變流量壓差運行控制地鐵車站中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)，通過對冷凍水供應(yīng)回水總管壓差進行檢測，并結(jié)合壓差設(shè)定值進行PID偏差控制。壓差設(shè)定值通過智能動態(tài)設(shè)置，通過對各個支路的壓差變化率進行實時檢測，并將其傳送給智能壓差控制器，結(jié)合中央數(shù)據(jù)系統(tǒng)，比較并計算當前最優(yōu)壓差設(shè)定值，從而調(diào)整水泵的運行頻率，相對于傳統(tǒng)的最不利環(huán)路定壓差控制，能夠顯著降低冷凍水的輸送能耗。冷凍水的供回水壓差偏離壓差設(shè)定值，進而降低末端負荷，控制器輸出PID調(diào)節(jié)信號，控制水泵運行頻率下降至設(shè)定值并降低流量；當冷凍水的供回水壓差偏離壓差設(shè)定值，末端負荷加大，控制器輸出PID調(diào)節(jié)信號，控制水泵運行頻率升高至設(shè)定值且流量增大；同時配壓差旁通閥，泵的頻率達到下限值，壓差仍然大于設(shè)定值，以確保末端設(shè)備水力平衡，確保機組具有充足的水通過，此時，壓差旁通閥啟動調(diào)整，壓差較大的閥門開啟較多；壓差較小時閥門開啟較少。使得冷凍水泵一直工作在一個最為經(jīng)濟實用的環(huán)境中，同時為了滿足機組流量，我們設(shè)定了一個下限頻率，以確保機組下限流量（可調(diào)），確保機組運行安全。3.4壓差旁通閥調(diào)節(jié)能控制空調(diào)系統(tǒng)中，為使水泵送出的水在空調(diào)末端得到充分的利用，不致尚未達到末端需求時，水流回旁通閥的旁邊，使得泵的做功得不到充分的利用，所以旁通閥打開時，一定要確保主機處于低流量限制下才能打開，否則旁通閥無法打開。采用如下控制策略:中央空調(diào)節(jié)能控制系統(tǒng)在冷水泵最低頻率的情況下進行探測，且壓差仍然大于設(shè)定值，此時旁通閥作用，確保冷水供回壓差不變，確保主機最小流量要求。3.5冷卻水溫度能控制我們知道，當其他條件相同時，冷卻水的溫度每提高1°C，機組制冷量降低4%-6%，這時能耗增加，機組在非經(jīng)濟運行工況下運行，反之亦然，冷卻水每下降1°C,機組制冷量將增加3%-5%，這時機組能耗降低，機組是在高效率的條件下工作。所以在控制時，我們將盡可能地降低冷卻水的溫度，提高了機組的運行效率。圖3.3為冷卻水溫度隨主機制冷量的變化特征圖。圖3.3冷卻水溫度與主機制冷量特性圖冷卻塔控制在理論上可由一系列參數(shù)合成完成，如下圖所示，為影響控制部分參數(shù)發(fā)揮作用的結(jié)果實例。圖3.4冷卻塔出水溫度的影響因素冷卻塔風量恒定時，冷卻塔進水溫升高，流量增大，大氣濕度增加，氣溫升高、氣壓的升高均能使冷卻塔的出水溫度升高。這些運行數(shù)據(jù)從理論上得到以后，根據(jù)它們之間量化關(guān)系，就可以對冷卻塔運行數(shù)據(jù)進行調(diào)整，但是問題是，要得到這些數(shù)據(jù)中的一部分，存在著一些難度，它在檢測設(shè)備上的投入較大，復雜的關(guān)系是其中最為重要的因素。因此，這類方法在實踐中很難做到。所以，該研究利用濕球趨近技術(shù)對冷卻塔進行了控制。濕球溫度趨近調(diào)控技術(shù)原理如下：不考慮室外溫度和濕球溫度的變化規(guī)律，冷卻塔內(nèi)冷卻水出水溫度均向濕球溫度接近。依據(jù)這一原則，冷卻塔風機工作工頻點可通過控制系統(tǒng)獲得，通過對系統(tǒng)的自動化控制，將冷卻塔風機工作工頻點控制在風機有效工作范圍，實現(xiàn)減少能源消耗。從上述分析來看，例如，采用傳統(tǒng)的控制手段，當操作者把設(shè)定值設(shè)定為濕球溫度以下，甚至當冷卻水溫度已達到室外濕球溫度后，并且由于設(shè)定值和檢測值之間還存在著偏差。系統(tǒng)還將隨時下達增開風機個數(shù)命令，加大能源無謂浪費。若設(shè)置偏高，則對主機節(jié)能不利，理論主機冷卻水溫度越高，主機的能效越高。因此，若操作人員設(shè)定值較高，則主機能效不能得到改善，沒有達到節(jié)能的目的。3.6風系統(tǒng)節(jié)能控制一種風系統(tǒng)節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，它是一種使得通風空調(diào)風系統(tǒng)的運行更加高效的技術(shù)方案，含組合式空調(diào)機組節(jié)能控制、表冷器用電動調(diào)節(jié)閥等進行調(diào)節(jié)控制。風系統(tǒng)應(yīng)用了風機智能變頻控制技術(shù)，該控制系統(tǒng)可以通過采集和分析多種工藝參數(shù)，控制組合式空調(diào)機組動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥開度。將空調(diào)通風區(qū)域的回風溫度和設(shè)定溫度進行對比分析，對送風機頻率，動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥開度等參數(shù)進行智能調(diào)節(jié)，以便調(diào)整它們的送風量及冷量，使得空調(diào)通風區(qū)域溫度趨于平衡，實現(xiàn)了各個環(huán)路水流量動態(tài)調(diào)節(jié)，減少冷源消耗等。以達到更好的控制品質(zhì)，使用串級控制方式。設(shè)定外環(huán)反饋輸入信號作為回風溫度，與回風溫度設(shè)定值進行比較，經(jīng)PID1#進行信號輸出，用作設(shè)置內(nèi)環(huán)，與空調(diào)末端送風溫度進行比較，經(jīng)PID2#進行信號輸出，調(diào)整組合式空調(diào)加工機組風機頻率及動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機構(gòu)，對空調(diào)器的冷凍水量，送風量進行調(diào)整，這樣就可以適時的控制室溫，使其達到設(shè)計值。1.組合式空氣處理機組的控制風閥由焓控制，按焓值選擇空調(diào)方式（小新風，全新風以及全通風），模式的轉(zhuǎn)換由風閥切換完成；風系統(tǒng)應(yīng)用了風機智能變頻控制技術(shù)，將所述回風溫度（最不利點回風溫度）與設(shè)定溫度進行比較，實現(xiàn)了送風機頻率的智能調(diào)節(jié)，以便對其送風量進行調(diào)整，使得空調(diào)通風區(qū)域溫度趨于平衡。以保持系統(tǒng)的正壓，回排風機的工作頻率和送風機是同步進行的，確保系統(tǒng)可靠性?？刂葡到y(tǒng)采集系統(tǒng)的所有參數(shù)，確定了系統(tǒng)的最佳運行參數(shù)，達到了溫度精確控制，同時減少了系統(tǒng)能耗。組合式空調(diào)箱的控制點見圖3.5。圖3.5組合式空調(diào)箱控制系統(tǒng)點位圖2.空氣處理機組表冷器水閥控制水閥應(yīng)用了水閥智能控制技術(shù)，在歷史負荷，室內(nèi)參數(shù)的情況下、室外參數(shù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，依據(jù)運行時刻表，結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)反饋及濕度反饋，對最佳送風溫度進行智能計算，開度由水閥來調(diào)整，本實用新型實現(xiàn)了通風空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，同時，避免了過度除濕造成能源浪費。運行原理：第一次啟動的時候，風機按下限頻率工作（下限頻率由現(xiàn)場調(diào)試時設(shè)定），模塊化空調(diào)機組動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥開度為100%；發(fā)現(xiàn)回風溫度超過設(shè)定值時，通過控制器下達命令使風機升頻，使得回風溫度趨向設(shè)定值；在風機工作在下限頻率的時候，檢測回風的溫度是否小于設(shè)定值，通過降低動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)整冷量，滿足車站內(nèi)溫度，濕度要求。4地鐵站設(shè)備節(jié)能控制系統(tǒng)4.1控制系統(tǒng)分類4.1.1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。在自動控制方面經(jīng)常使用一些名詞:（1）自動控制裝置可根據(jù)被控對象的當時狀態(tài)或所測數(shù)值而自行發(fā)的對受控對象進行調(diào)節(jié)，以使受控對象能處于預設(shè)狀態(tài)下的設(shè)備，又稱作控制器。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（ProgrammableLogicController,PLC）。并且PLC的功能也在不斷完善。它在邏輯控制、運動控制中、過程控制等等方面都起到了非常大的影響。（2）被控對象主要是指控制系統(tǒng)的裝置，運行過程或周邊環(huán)境。（3）被控變量是指要求受控對象能按照某種規(guī)律發(fā)生變化的物理量又稱被控參數(shù)、被控制量等。（4）控制變量是指那些可以由操作者或者控制機構(gòu)進行調(diào)整的變量又稱操作變量。4.1.2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）按控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分，有開環(huán)控制與閉環(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。普通開環(huán)控制系統(tǒng)，例如自動測量等、自動操作，自動報警的功能。開環(huán)控制系統(tǒng)的基本原理如圖3.6所示：圖4.1開環(huán)控制系統(tǒng)原理圖開環(huán)控制系統(tǒng)包括被控對象，控制器，執(zhí)行器，保護等、報警與連鎖及其他構(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)示意圖如圖4.2所示：控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理圖如下圖4.2：圖4.2閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖閉環(huán)控制系統(tǒng)包括被控對象，控制器等、實施機構(gòu)（如調(diào)節(jié)機構(gòu)）、溫度，壓力等過程參數(shù)檢測和變送裝置、流量和其他傳感器及變送器；其他組件，如保護，報警，連鎖。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。本文所研究的是地鐵車站自動控制系統(tǒng)，指用閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）根據(jù)控制系統(tǒng)的特點，有線性控制系統(tǒng)與非線性控制系統(tǒng)之分。線性控制系統(tǒng)等它是一個線性元件組成的系統(tǒng)。所謂線性元件，就是輸入與輸出之間關(guān)系呈線性。線性系統(tǒng)以符合疊加原理及其次原理為最大特征。所謂疊加原理，指的就是在一個系統(tǒng)中存在著多種輸入的情況下，系統(tǒng)的輸出相當于各輸入分別作用時系統(tǒng)輸出總和。第二原理指的是當投入增加或者減少幾倍的時候，系統(tǒng)輸出相應(yīng)地增加或減少數(shù)倍。如果控制系統(tǒng)至少包含有一非線性元件，系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)。非線性微分方程具有系數(shù)和方程變量相關(guān)的性質(zhì)。在現(xiàn)實中，理想線性系統(tǒng)并沒有。特定條件下，若變量靠近工作點作小幅度改變，或者系統(tǒng)內(nèi)某些次要因素作用可忽略不計，因此，線性系統(tǒng)在許多非線性系統(tǒng)中都可用作簡化模型。對于非線性系統(tǒng)，至今尚缺乏一種統(tǒng)一的數(shù)學處理方法。地鐵車站中央空調(diào)控制系統(tǒng)在實際運行工況中是非線性的。（3）根據(jù)輸入變量的不同，可分為定制控制系統(tǒng)與隨動控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)輸入變量（控制變量）是常量情況下，叫做定制控制系統(tǒng)，也叫恒指控制系統(tǒng)。這樣一個控制系統(tǒng)，其任務(wù)是要克服系統(tǒng)中存在的各種干擾，使得輸出變量符合給定的數(shù)值。有的時候，控制系統(tǒng)輸入變量不能預先設(shè)定，但它是一個時間隨機函數(shù)。例如，中央空調(diào)系統(tǒng)負荷控制等。這種控制系統(tǒng)的任務(wù)是確保輸出變量在一定精度下迅速地追隨輸入變量。（4）根據(jù)被控變量數(shù)目不同，可分為單變量控制系統(tǒng)與多變量控制系統(tǒng)。單變量控制系統(tǒng)也稱為輸入、輸出控制單元（SISO），就是僅有1個輸入變量,1個輸出變量控制系統(tǒng)。隨著生產(chǎn)與科技的進步，被控對象日趨復雜，對控制的要求也在不斷提高，因而出現(xiàn)了多變量控制系統(tǒng)，即多輸入、多路輸出控制系統(tǒng)（MIMO），在這種控制系統(tǒng)下，變量間是耦合的，控制困難，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜。（5）根據(jù)被控制參數(shù)的不同，劃分為溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)等、流量控制系統(tǒng)等、液位或者物位控制系統(tǒng)、物性控制系統(tǒng)等等。（6）根據(jù)控制策略與算法的不同，可以分為簡單控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)等。4.1.3簡單PID控制系統(tǒng)簡單的控制系統(tǒng)，有時亦稱單輸入的、單輸出系統(tǒng)在項目中應(yīng)用最為廣泛、最常見的控制系統(tǒng)。PID控制具有投資少的特點，是一種經(jīng)典的控制策略。PID對系統(tǒng)穩(wěn)定性有很大幫助，使得控制品質(zhì)整體提升。在對控制器控制動作規(guī)律進行選擇，要按照系統(tǒng)控制要求、被控對象的特點，負荷的變化、主要擾動和其他特定情況，又要兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟性和其他方面。在控制通道的時間常數(shù)或者容積延遲較大時，當負荷變化同樣較大，單純的控制系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足控制的要求，要使用復雜的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)僅有1個被控變量，是當前應(yīng)用最為廣泛的形式。但也存在著局限性，對多變量，變量之間又有聯(lián)系的物體、對具有較大時滯和時間常數(shù)的物體、對干擾較多，次數(shù)較多的物體，使用簡單控制系統(tǒng)會使控制品質(zhì)達不到控制要求。簡單的控制系統(tǒng)可以對線性過程進行有效的控制，但是在實際應(yīng)用中，多數(shù)工藝為非線性。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，使得簡單控制系統(tǒng)復雜化了一些，統(tǒng)稱復雜控制系統(tǒng)。常用的復雜控制系統(tǒng)主要是串級控制系統(tǒng)、比例控制系統(tǒng)等、分程控制系統(tǒng)等、選用控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)等。4.1.4智能控制實際項目中，在地鐵中央空調(diào)系統(tǒng)中，被控對象或者過程常數(shù)往往是非線性和多因素的、時變性和各種各樣的不確定性等等，精確的數(shù)學模型是比較難以建立的。通過人工智能，自動控制、運籌學的三大學科的有機綜合，構(gòu)成了智能控制系統(tǒng)。一種控制方式，也稱控制系統(tǒng)，若能對被控對象（過程）與環(huán)境的高度復雜性與不確定性進行有效客服，并能實現(xiàn)預期目的，則把這樣的控制系統(tǒng)稱為智能控制系統(tǒng)。智能控制應(yīng)該叫做智能信息反饋控制，它的基本要素：智能信息，智能反饋和智能決策。4.1.5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，常見需求可歸納為穩(wěn)定性，準確性及快速性等。（1）在任何閉環(huán)控制系統(tǒng)中，穩(wěn)定性、穩(wěn)定都是第一位的。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預定狀態(tài)等特征。工作在平衡狀態(tài)下的體系，當外部環(huán)境條件（例如，負荷，溫度，濕度，壓力）發(fā)生變化時，系統(tǒng)的平衡會被打破，但是，在進行了一次調(diào)整暫態(tài)過程之后，能夠回復到平衡狀態(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）準確性、精度是系統(tǒng)控制精度的高低，常以系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差表示。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值和期望值之差。在提高系統(tǒng)控制精度的同時，很可能導致系統(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險。（3）快速性是指系統(tǒng)在輸入階躍信號的情況，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?？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，控制系統(tǒng)若靈敏度不高，抗干擾性好，謂為穩(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。當外界擾動時，控制系統(tǒng)應(yīng)盡量使被控參數(shù)變化不大，為了排除或減少干擾可能帶來的不利影響。（5）安全性方面，生產(chǎn)時，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)一般采用越限報警的方式、故障報警及連鎖保護，確保工藝安全。在線故障預測和診斷等、容錯控制等能進一步增強控制過程安全性。4.2風水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)邏輯組成風水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)全部控制柜以強電為主，弱電為輔，計量為輔，電力監(jiān)測為輔、節(jié)能與控制一體化總體設(shè)計；獨立控制器配置在柜體內(nèi)，同時，遵循“集中管理，分布控制”的設(shè)計理念，減少了對系統(tǒng)進行控制的風險。風水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)主要包括以下幾個環(huán)節(jié)：集中管理的平臺、水系統(tǒng)的節(jié)能控制子系統(tǒng)、大系統(tǒng)中的節(jié)能控制子系統(tǒng)。配電圖見圖4.3：圖4.3風水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)配電圖所述節(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塔風機控制箱、現(xiàn)場信號采集裝置等、冷卻水泵的控制、冷凍水泵控制柜構(gòu)成；所述大系統(tǒng)節(jié)能控制子系統(tǒng)包括集中控制柜、組合式空調(diào)機組的控制柜、回排風機控制柜構(gòu)成。4.3風水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)備清單本論文研究的地鐵車站風水聯(lián)動節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)備清