馮曉青 劉宏?duì)N

(1.廣州地鐵建設(shè)事業(yè)總部,510380,廣州;

2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程師)

地鐵在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,環(huán)境控制(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“環(huán)控”)系統(tǒng)的用電量占了相當(dāng)?shù)谋戎?。特別是帶有空調(diào)的環(huán)控系統(tǒng)的用電量約占地鐵車(chē)站耗電量的40%[1]左右。

集中冷站系統(tǒng)是采用集中制冷、分散供冷方式,集中設(shè)置冷凍機(jī)房,通過(guò)敷設(shè)冷凍水管,依靠二次泵將冷凍水送至各相關(guān)站點(diǎn)的空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將多個(gè)站點(diǎn)的制冷設(shè)備集中在一起,可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的運(yùn)行管理與冷量分配,同時(shí)也減少了冷卻塔等環(huán)境污染源的分布點(diǎn)。廣州地鐵2、3、4號(hào)線的站內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)主要都采用集中冷站供冷的方式。采用集中供冷方式,相鄰幾個(gè)車(chē)站的冷負(fù)荷變化要疊加于冷站供冷負(fù)荷,使得冷站工況變化較大,故必須選取適當(dāng)?shù)目刂品绞?以獲得滿意的控制效果。廣州地鐵4號(hào)線的集中冷站系統(tǒng)充分發(fā)揮了自動(dòng)控制技術(shù)的作用,使系統(tǒng)運(yùn)行效率得到了明顯的提高。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與監(jiān)控任務(wù)

1.1 冷源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

廣州地鐵4號(hào)線集中冷站設(shè)置在大學(xué)城南站,冷站的輸水系統(tǒng)按泵組劃分共有2條支路:

(1)1號(hào)支路,有水泵5臺(tái);其中調(diào)速泵4臺(tái)(同型規(guī)格),定速泵1臺(tái);用戶為大學(xué)城南站、官洲車(chē)站,型式為異程。

(2)2號(hào)支路,有水泵3臺(tái);其中調(diào)速泵2臺(tái)(同型規(guī)格),定速泵1臺(tái);用戶為大學(xué)城北站,型式為異程。

2條支路分別由2組水泵供水,構(gòu)成兩個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)。這兩個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)車(chē)站的不同需求,完成冷凍水的輸送任務(wù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 主要監(jiān)控內(nèi)容

(1)末端電動(dòng)二通閥與末端房間溫度之間的自動(dòng)調(diào)節(jié);

(2)變頻泵頻率與最不利點(diǎn)壓差之間的自動(dòng)調(diào)節(jié);

(3)變頻泵根據(jù)頻率的臺(tái)數(shù)控制;

(4)冷機(jī)根據(jù)分水器出水流量的臺(tái)數(shù)控制。

2 集中冷站監(jiān)控系統(tǒng)控制策略

以大學(xué)城南站、官洲站為例(空調(diào)系統(tǒng)供水最不利點(diǎn)在官洲車(chē)站AHU-02處),其冷站監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。空調(diào)機(jī)組回風(fēng)溫度與二通閥做比例積分微分(PID)自動(dòng)調(diào)節(jié),最不利點(diǎn)供、回水管之間壓差與變頻泵做PID自動(dòng)調(diào)節(jié)。變頻泵根據(jù)自身頻率做臺(tái)數(shù)控制,冷水機(jī)組根據(jù)設(shè)置在集中冷站供水總管的流量計(jì)確定臺(tái)數(shù)。

圖1 集中冷站供水示意圖

圖2 空調(diào)機(jī)組控制回路示意圖

2.1 末端支路控制

采用“最不利末端壓差”恒定監(jiān)控方式對(duì)變頻水泵進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

控制基點(diǎn):結(jié)合水系統(tǒng)現(xiàn)狀實(shí)際已安裝了壓差傳感器的地方。大系統(tǒng)末端空調(diào)機(jī)組壓差為ΔPab。

控制范圍:ΔP ab不低于滿負(fù)荷工況時(shí)的最小值 ΔP ab,min。

調(diào)節(jié)手段:壓差-變頻器頻率PID調(diào)節(jié)。

控制參數(shù)(現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試選定壓差最不利點(diǎn)):

1號(hào)支路水系統(tǒng)為官洲車(chē)站,用戶編號(hào)AH U-02,ΔPab,min=0.135 MPa;用戶編號(hào) AHU-01,ΔPab,min=0.074 MPa。

2號(hào)支路水系統(tǒng)為大學(xué)城北站,用戶編號(hào)AHU-01,ΔPab,min=0.177 MPa。

2.2 二次泵增減臺(tái)數(shù)的判據(jù)調(diào)試

增一臺(tái)水泵條件:用水需求超出了現(xiàn)有運(yùn)行水泵的最大能力。

減一臺(tái)水泵條件:現(xiàn)有運(yùn)行水泵的最大能力超出需求的部分,達(dá)到1臺(tái)水泵的最大能力。

為最大限度地節(jié)能,二次泵采用全變頻設(shè)計(jì),調(diào)頻水泵多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),其頻率是同步的。在增減泵的過(guò)程中,遵循該原則。經(jīng)過(guò)調(diào)試,監(jiān)控系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)數(shù)據(jù)正確判斷、實(shí)施二次泵的增減,使供水與需求保持一致。

2.3 集中冷站控制策略

根據(jù)設(shè)計(jì)工藝要求,冷機(jī)出水溫度為7℃,回水最高溫度為16℃。在該工況設(shè)定下冷機(jī)實(shí)際滿載制冷量Q=168 m3/h。

冷負(fù)荷原則:

設(shè)Q1為利用制冷機(jī)的蒸發(fā)器進(jìn)出水溫度測(cè)量值和流量值計(jì)算出的冷機(jī)制冷量。若:

Q1≤KQ,投運(yùn)1臺(tái)冷機(jī);

KQ ＜Q1≤K(Q×2),投運(yùn)2臺(tái)冷機(jī);K(Q×2)＜Q1,投運(yùn)3臺(tái)冷機(jī)。

式中:

Q——經(jīng)過(guò)調(diào)試測(cè)定的制冷機(jī)實(shí)際制冷量額定值;

K——系數(shù),根據(jù)工程實(shí)際取用。

流量原則:

當(dāng)冷凍水從集水器流向分水器時(shí),為了避免由于集水器中的“熱”水流到分水器中引起大滯后,其流量只要大于0,則增開(kāi)1臺(tái)冷機(jī)。

當(dāng)冷凍水從分水器流向集水器時(shí),其流量只要大于1臺(tái)一次泵的水量時(shí),則減開(kāi)1臺(tái)冷機(jī)。

經(jīng)測(cè)試得知:投運(yùn)1臺(tái)冷機(jī)時(shí),一次側(cè)水量為168 m3/h;投運(yùn) 2臺(tái)冷機(jī)時(shí),一次側(cè)水量為 336 m3/h。因此,把二次側(cè)(用戶側(cè))檢測(cè)得到的流量與上述數(shù)據(jù)比較,即可知是否需要增減冷水機(jī)組運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述控制方式在廣州地鐵4號(hào)線中的應(yīng)用,結(jié)合廣州地鐵的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),筆者認(rèn)為:

(1)地鐵車(chē)站采用集中供冷的方式可大大減少車(chē)站空間,降低土建成本;

(2)集中供冷車(chē)站采用適當(dāng)?shù)目刂品绞?可滿足各用戶末端的用冷需求;

(3)集中供冷方式自動(dòng)控制策略選取合適,可大大降低能耗,降低運(yùn)行成本;

(4)集中供冷方式冷站設(shè)備可集中管理,便于運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

北京地鐵4號(hào)線列車(chē)

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