劉歡

摘要：地鐵站內(nèi)空間大，維持正常運營需耗費大量能源，所以有必要科學(xué)采取節(jié)能降耗舉措。利用變頻控制技術(shù)可實現(xiàn)地鐵站通風空調(diào)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，達到環(huán)保節(jié)能的目的。圍繞變頻控制技術(shù)在地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用展開討論，分析地鐵空調(diào)通風系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，介紹變頻控制技術(shù)實現(xiàn)原理，并系統(tǒng)闡述了基于變頻控制技術(shù)的空調(diào)通風系統(tǒng)節(jié)能原理及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變頻控制技術(shù)；地鐵站；空調(diào)通風系統(tǒng)；節(jié)能

0? ?引言

地鐵工程中，通風空調(diào)系統(tǒng)是重要的機電設(shè)備組成，其包含設(shè)備數(shù)量多、運行環(huán)節(jié)復(fù)雜，整體設(shè)施運行需較大功率能耗維持，易導(dǎo)致能源浪費。變頻控制技術(shù)是一類新型自動化控制技術(shù)，可有效改善通風空調(diào)系統(tǒng)控制運行效率，在保證正常通風、制冷功能的同時，可降低系統(tǒng)工作噪聲，實現(xiàn)節(jié)能降耗[1]。本文針對變頻控制技術(shù)在地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)的實際應(yīng)用展開探討，以充分發(fā)揮變頻控制技術(shù)特征優(yōu)勢，形成科學(xué)合理的節(jié)能降耗調(diào)控方案，為地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行提供借鑒。

1? ?地鐵空調(diào)通風系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)主要由風機、進出風口、過濾設(shè)備、送風管路等設(shè)施構(gòu)成。

1.1? ?風機設(shè)備

空調(diào)通風系統(tǒng)中的風機主要用于調(diào)控地鐵站內(nèi)外空氣流轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)短時間內(nèi)的地鐵站內(nèi)空氣傳送，提升站內(nèi)換氣效率[2]。地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)實施變風量調(diào)控通常參考站內(nèi)運轉(zhuǎn)情況及實際客流量情況。實際調(diào)控過程中，站內(nèi)運轉(zhuǎn)負荷通常低于變風量設(shè)施容量。

1.2? ?進出風口

空調(diào)通風系統(tǒng)進出風口可分成進風口和出風口兩部分，進風口主要用于將站外空氣引進站內(nèi)，以實現(xiàn)站內(nèi)具備充足的新鮮空氣量；出風口主要用于將站內(nèi)不新鮮的空氣抽出至站外，以保證站內(nèi)具備新鮮的空氣質(zhì)量。通過合理調(diào)節(jié)進、出風口，可實現(xiàn)站內(nèi)空氣質(zhì)量的有效提升。

1.3? ?過濾設(shè)備

過濾設(shè)備主要用于地鐵站內(nèi)的空氣的過濾，避免空氣內(nèi)雜質(zhì)進入地鐵站，被乘客呼入至體內(nèi)形成呼吸危害。過濾設(shè)備通過將外界空氣有效過濾、隔離操作，以達到降低進入站內(nèi)的空氣污染指數(shù)、改善站內(nèi)空氣質(zhì)量的目的。

1.4? ?送風管路

空調(diào)通風系統(tǒng)送風管路主要用于系統(tǒng)空氣輸送，通風系統(tǒng)中進氣、排氣功能均應(yīng)通過管路實現(xiàn)。送風管路設(shè)計應(yīng)參照建筑實際整體結(jié)構(gòu)完成設(shè)定，送風管路的長度應(yīng)參考站內(nèi)需要設(shè)計，通常送風管路需裝設(shè)于地鐵站墻體外側(cè)。地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

2? ?變頻控制技術(shù)實現(xiàn)原理

變頻控制技術(shù)是節(jié)能降耗的重要實施手段，實現(xiàn)過程主要依據(jù)系統(tǒng)負荷情況，控制設(shè)備運行頻率，在有效調(diào)控空調(diào)通風系統(tǒng)風機轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，完成風機輸出功率的科學(xué)調(diào)節(jié)，以達到降耗節(jié)能的運行目標。在地鐵空調(diào)通風系統(tǒng)中合理運用變頻控制技術(shù)，可有效提高節(jié)電效率，實現(xiàn)節(jié)能降耗[3]。

在地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)，在不改變風機電動機狀況的前提下，單臺風機應(yīng)搭配1臺變頻器?？照{(diào)通風系統(tǒng)風機多通過工頻直啟動，產(chǎn)生的啟動瞬時電流為額定電流的4～7倍。相較于工頻風機電動機，變頻器風機電動機脈動電流相對較大。

地鐵空調(diào)通風系統(tǒng)變頻器風機通常為二級負載裝置，通過主備電源提供電源供給。其電源工作中易產(chǎn)生電壓波動、電源故障等，導(dǎo)致主備電源間頻繁切換。完成切換實現(xiàn)變頻器二次啟動時，如電動機頻率同電源輸出頻率未形成匹配，易導(dǎo)致過流保護或過壓保護，甚至會損壞設(shè)備。因此在選取變頻器時，應(yīng)確定其具備瞬間停電二次啟動模式，同時應(yīng)考慮消防方式、后續(xù)方便開發(fā)等因素。

3? ?基于變頻控制技術(shù)的空調(diào)通風系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

3.1? ?風機系統(tǒng)變頻控制

風機系統(tǒng)實施變頻控制通?？煞譃?類模式：一是單一排熱風機變頻模式，二是排熱風機和大系統(tǒng)共同變頻模式，三是空調(diào)器機組、水泵與排熱風機組合變頻模式。地鐵站內(nèi)空匹配的風機功率大且運行時間長[4]，為達到理想節(jié)能降耗目標，應(yīng)對風機實施變頻控制。

3.1.1? ?地鐵站通風調(diào)控

地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)通常包括排風設(shè)備、空調(diào)箱、回風設(shè)備等。通風系統(tǒng)設(shè)計安裝前，應(yīng)主要參考客流峰值階段用風量[5]。若選用定風量通風模式，在非高峰時段即會形成風量浪費，對此可通過變風量通風模式實現(xiàn)節(jié)能控制。基于變頻控制技術(shù)下的變風量控制，可實現(xiàn)風量降低條件下保持風機使用效率不受影響，達到預(yù)計節(jié)能效果。利用變頻控制技術(shù)可精準調(diào)控系統(tǒng)運轉(zhuǎn)速率，避免開啟風機通風系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的負載沖擊，保證通風系統(tǒng)的使用壽命。

3.1.2? ?地鐵隧道通風調(diào)控

地鐵站臺下部及隧道頂端排熱通風系統(tǒng)的工作時長，通常等同于地鐵站的整體運行時長。為降低列車運營時產(chǎn)生的熱量對站內(nèi)形成的不利影響，在長時間熱量清排工作模式下，感應(yīng)裝置一旦監(jiān)測熱量達到特定區(qū)間，即通過變頻風機調(diào)控地鐵隧道排風量，實現(xiàn)熱量的及時清排調(diào)控。

3.2? ?空調(diào)水系統(tǒng)變頻控制

空調(diào)水系統(tǒng)冷卻水泵的型號和實際容量，是參照站內(nèi)最大客流量負荷設(shè)計選型的[6]?？照{(diào)水系統(tǒng)工作期間，通常長時間處在低功率運轉(zhuǎn)模式下，會耗費大量的能量和資源。通過加裝變頻器實施變頻控制，可實現(xiàn)水流量控制，降低水源浪費及污水排放。如對冷凍水泵實施變頻控制，可防止空調(diào)不同系統(tǒng)間的相互干擾。

3.3? ?空調(diào)工作模式變頻控制

地鐵空調(diào)系統(tǒng)運行時，應(yīng)重點關(guān)注風量和水量的變頻控制，根據(jù)氣候天氣不同設(shè)定差異化工作方式，以實現(xiàn)節(jié)能降耗目的[7]。地鐵站滿負荷運營時間較少，大多數(shù)時間空調(diào)系統(tǒng)負荷較小，應(yīng)用變頻控制可實現(xiàn)站內(nèi)風量和水量的按需調(diào)節(jié)，實現(xiàn)節(jié)能降耗和降本增效目的。

對空調(diào)水泵系統(tǒng)實施閉環(huán)改造，有利于提高運行效率、降低能源消耗。以時下主流的冷卻水系統(tǒng)閉環(huán)控制改造方案為例，在確保冷卻水外流的基礎(chǔ)上，通過變頻裝置調(diào)控冷卻水的流量。若空調(diào)中冷卻水出水溫度偏低，應(yīng)相應(yīng)變頻調(diào)低冷卻水流量。若空調(diào)中冷卻水出水溫度偏高，應(yīng)相應(yīng)變頻增加冷卻水流量。

3.4? ?差異化模式下空調(diào)變頻控制

3.4.1? ?制冷模式下空調(diào)冷凍水泵閉環(huán)變頻調(diào)控

滿足地鐵站空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備冷凍水流量正常供給時，可將空調(diào)冷凍水泵設(shè)定至最低頻率。在空調(diào)冷凍水系統(tǒng)主干管上配有溫度傳感裝置，用于觀測冷凍水回水水溫。依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的溫度控制器對應(yīng)變頻器頻率關(guān)系，參考實際水溫調(diào)控變頻狀態(tài)調(diào)整冷凍水泵頻率，如冷凍水回水溫度高于預(yù)設(shè)水溫，可將變頻器頻率適當調(diào)大，反之將頻率調(diào)小。

3.4.2? ?制熱模式下空調(diào)冷凍水泵閉環(huán)變頻調(diào)控

此模式下的地鐵站空調(diào)冷凍水泵閉環(huán)變頻調(diào)控，通常在空調(diào)熱泵工作時完成。在確?？照{(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備冷凍水流量正常供給的前提下，將最低冷凍水泵變頻頻率設(shè)定為下限工作頻率?？照{(diào)冷凍水泵閉環(huán)頻率設(shè)定，依據(jù)裝設(shè)在回水主干管溫度傳感器測定的回水溫度，根據(jù)預(yù)設(shè)的變頻器頻率與溫度控制器溫度對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)變頻器的合理調(diào)節(jié)。與制冷模式相區(qū)別的是，冷凍水回水水溫越高，變頻器對應(yīng)的疏松頻率越小。利用裝設(shè)在冷凍水系統(tǒng)回水管的傳感器監(jiān)測溫度，依據(jù)變頻器預(yù)設(shè)參數(shù)，控制空調(diào)水系統(tǒng)溫度處于合理區(qū)間。

4? ?變頻控制技術(shù)在地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1? ?空調(diào)通風系統(tǒng)變頻節(jié)能模式優(yōu)化

實施地鐵站變頻節(jié)能項目優(yōu)化改造時，應(yīng)保證改造方案的全面系統(tǒng)性，在增加規(guī)定數(shù)量變頻硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，將自動化軟件控制系統(tǒng)同變頻調(diào)控方法有效結(jié)合，以充分實現(xiàn)節(jié)能效果。

空調(diào)通風系統(tǒng)變頻節(jié)能模式優(yōu)化流程如下：將變頻控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)方式、頻率給定等參數(shù)，上傳至地鐵站設(shè)備管理平臺及調(diào)度指揮中心。通過BAS系統(tǒng)實現(xiàn)地鐵站環(huán)境溫度的自動化調(diào)節(jié)，特殊情況下可通過手動調(diào)節(jié)，以保證站內(nèi)處于適宜的溫度環(huán)境，并達到節(jié)能降耗的目的。變頻節(jié)能方案中，還應(yīng)考慮設(shè)置站內(nèi)火災(zāi)消防排煙功能，一旦開啟BAS系統(tǒng)的火災(zāi)模式，變頻風機可自動切至工頻工作方式，實現(xiàn)同火災(zāi)控制模式保持一致。經(jīng)變頻節(jié)能優(yōu)化的空調(diào)通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.2? ?變風量變頻控制應(yīng)用

將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)中，主要應(yīng)用范圍包括水系統(tǒng)、小系統(tǒng)、大系統(tǒng)等系統(tǒng)環(huán)境，尤其在大系統(tǒng)中應(yīng)用效果顯著。通過將箱送風機、回排風機實施變頻控制，將新風設(shè)備實施風量定量運轉(zhuǎn)，選擇穩(wěn)定送風模式調(diào)節(jié)送風量，可實現(xiàn)空調(diào)送風量及送風溫度控制。與控制系統(tǒng)配合運轉(zhuǎn)，通過變風量系統(tǒng)供給風量，在滿足實際站內(nèi)需要基礎(chǔ)上，最大限度降低風量變化對功率的影響，通過自動化變頻調(diào)控提升頻率控制的靈活性，可達到節(jié)能降耗的效果。

從工作時長的角度分析，風機工作時長顯著大于制冷時長。地鐵站內(nèi)空間大、人流多，風機運行功率也應(yīng)高于制冷機功率。基于這一情況，利用變頻控制技術(shù)對風量和風速實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)，充分滿足實際用風量需求。同時減少了通風啟動瞬時對電力系統(tǒng)的破壞，有利于提高通風系統(tǒng)使用效率和使用壽命。

4.3? ?水系統(tǒng)和空調(diào)機組的變頻控制方式應(yīng)用

將變頻控制技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)機組中，主要完成地鐵站站臺、站廳的溫度調(diào)控。通過站內(nèi)區(qū)域溫度感應(yīng)反饋，利用PID法控制調(diào)節(jié)空調(diào)機組送風量，以達到具有節(jié)能屬性的溫度控制效果。將變頻裝置應(yīng)用在變頻器轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)中，送風溫度會隨著送風量的變化而變化，以此達到借助調(diào)節(jié)閥控制空調(diào)箱內(nèi)冷水量的目的。如空調(diào)系統(tǒng)送風量降至一定區(qū)間，可對水系統(tǒng)的冷凍水泵實施閉環(huán)變頻二次控制調(diào)節(jié)。具體為參照冷卻水進、出水管溫差參數(shù)，實現(xiàn)電動二通控制閥的水量調(diào)控。

通過采用變頻節(jié)能控制技術(shù)，可對冷水泵實施有效控制，泵體頻率調(diào)節(jié)主要由水泵兩側(cè)水壓力差決定，水泵運行時主要參照系統(tǒng)內(nèi)水量和冷量的對應(yīng)關(guān)系。冷凍水溫差的變頻調(diào)節(jié)，應(yīng)參考氣候、溫度等條件變化，借助地鐵站室外溫度傳感裝置輔助配合，若監(jiān)測季節(jié)同溫度不匹配，變頻控制系統(tǒng)即可自動化調(diào)整。

5? ?結(jié)束語

本文通過分析地鐵空調(diào)通風系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，進而論述變頻控制技術(shù)實現(xiàn)原理，探討基于變頻控制技術(shù)的空調(diào)通風系統(tǒng)節(jié)能實現(xiàn)過程，并提出了變頻控制技術(shù)在地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)的實際應(yīng)用過程。將變頻控制技術(shù)科學(xué)應(yīng)用到地鐵站空調(diào)通風系統(tǒng)中，可有效改善通風空調(diào)系統(tǒng)調(diào)控運行效率，在滿足站內(nèi)正常通風、制冷效果的前提下，降低系統(tǒng)運行過程噪聲及能耗，減少運營成本。

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