劉歡

摘要：地鐵站內(nèi)空間大，維持正常運(yùn)營(yíng)需耗費(fèi)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(shí)現(xiàn)地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)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(fēng)系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用展開(kāi)討論，分析地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，介紹變頻控制技術(shù)實(shí)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(fēng)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(fēng)系統(tǒng)；節(jié)能

0? ?引言

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

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

地鐵站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)、進(jìn)出風(fēng)口、過(guò)濾設(shè)備、送風(fēng)管路等設(shè)施構(gòu)成。

1.1? ?風(fēng)機(jī)設(shè)備

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)主要用于調(diào)控地鐵站內(nèi)外空氣流轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)短時(shí)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(fēng)系統(tǒng)實(shí)施變風(fēng)量調(diào)控通常參考站內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)情況及實(shí)際客流量情況。實(shí)際調(diào)控過(guò)程中，站內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷通常低于變風(fēng)量設(shè)施容量。

1.2? ?進(jìn)出風(fēng)口

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)出風(fēng)口可分成進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口兩部分，進(jìn)風(fēng)口主要用于將站外空氣引進(jìn)站內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)具備充足的新鮮空氣量；出風(fēng)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(guò)合理調(diào)節(jié)進(jìn)、出風(fēng)口，可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)空氣質(zhì)量的有效提升。

1.3? ?過(guò)濾設(shè)備

過(guò)濾設(shè)備主要用于地鐵站內(nèi)的空氣的過(guò)濾，避免空氣內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)入地鐵站，被乘客呼入至體內(nèi)形成呼吸危害。過(guò)濾設(shè)備通過(guò)將外界空氣有效過(guò)濾、隔離操作，以達(dá)到降低進(jìn)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(fēng)管路

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

2? ?變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

變頻控制技術(shù)是節(jié)能降耗的重要實(shí)施手段，實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要依據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷情況，控制設(shè)備運(yùn)行頻率，在有效調(diào)控空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，完成風(fēng)機(jī)輸出功率的科學(xué)調(diào)節(jié)，以達(dá)到降耗節(jié)能的運(yùn)行目標(biāo)。在地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中合理運(yùn)用變頻控制技術(shù)，可有效提高節(jié)電效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗[3]。

在地鐵站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)，在不改變風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)狀況的前提下，單臺(tái)風(fēng)機(jī)應(yīng)搭配1臺(tái)變頻器?？照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)多通過(guò)工頻直啟動(dòng)，產(chǎn)生的啟動(dòng)瞬時(shí)電流為額定電流的4～7倍。相較于工頻風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)，變頻器風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)脈動(dòng)電流相對(duì)較大。

地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)變頻器風(fēng)機(jī)通常為二級(jí)負(fù)載裝置，通過(guò)主備電源提供電源供給。其電源工作中易產(chǎn)生電壓波動(dòng)、電源故障等，導(dǎo)致主備電源間頻繁切換。完成切換實(shí)現(xiàn)變頻器二次啟動(dòng)時(shí)，如電動(dòng)機(jī)頻率同電源輸出頻率未形成匹配，易導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)或過(guò)壓保護(hù)，甚至?xí)p壞設(shè)備。因此在選取變頻器時(shí)，應(yīng)確定其具備瞬間停電二次啟動(dòng)模式，同時(shí)應(yīng)考慮消防方式、后續(xù)方便開(kāi)發(fā)等因素。

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

3.1? ?風(fēng)機(jī)系統(tǒng)變頻控制

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)施變頻控制通常可分為3類(lèi)模式：一是單一排熱風(fēng)機(jī)變頻模式，二是排熱風(fēng)機(jī)和大系統(tǒng)共同變頻模式，三是空調(diào)器機(jī)組、水泵與排熱風(fēng)機(jī)組合變頻模式。地鐵站內(nèi)空匹配的風(fēng)機(jī)功率大且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)[4]，為達(dá)到理想節(jié)能降耗目標(biāo)，應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻控制。

3.1.1? ?地鐵站通風(fēng)調(diào)控

地鐵站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)通常包括排風(fēng)設(shè)備、空調(diào)箱、回風(fēng)設(shè)備等。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝前，應(yīng)主要參考客流峰值階段用風(fēng)量[5]。若選用定風(fēng)量通風(fēng)模式，在非高峰時(shí)段即會(huì)形成風(fēng)量浪費(fèi)，對(duì)此可通過(guò)變風(fēng)量通風(fēng)模式實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。基于變頻控制技術(shù)下的變風(fēng)量控制，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量降低條件下保持風(fēng)機(jī)使用效率不受影響，達(dá)到預(yù)計(jì)節(jié)能效果。利用變頻控制技術(shù)可精準(zhǔn)調(diào)控系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速率，避免開(kāi)啟風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)載沖擊，保證通風(fēng)系統(tǒng)的使用壽命。

3.1.2? ?地鐵隧道通風(fēng)調(diào)控

地鐵站臺(tái)下部及隧道頂端排熱通風(fēng)系統(tǒng)的工作時(shí)長(zhǎng)，通常等同于地鐵站的整體運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。為降低列車(chē)運(yùn)營(yíng)時(shí)產(chǎn)生的熱量對(duì)站內(nèi)形成的不利影響，在長(zhǎng)時(shí)間熱量清排工作模式下，感應(yīng)裝置一旦監(jiān)測(cè)熱量達(dá)到特定區(qū)間，即通過(guò)變頻風(fēng)機(jī)調(diào)控地鐵隧道排風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)熱量的及時(shí)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(hào)和實(shí)際容量，是參照站內(nèi)最大客流量負(fù)荷設(shè)計(jì)選型的[6]。空調(diào)水系統(tǒng)工作期間，通常長(zhǎng)時(shí)間處在低功率運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，會(huì)耗費(fèi)大量的能量和資源。通過(guò)加裝變頻器實(shí)施變頻控制，可實(shí)現(xiàn)水流量控制，降低水源浪費(fèi)及污水排放。如對(duì)冷凍水泵實(shí)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(yùn)行時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)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(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的[7]。地鐵站滿負(fù)荷運(yùn)營(yíng)時(shí)間較少，大多數(shù)時(shí)間空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷較小，應(yīng)用變頻控制可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)風(fēng)量和水量的按需調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和降本增效目的。

對(duì)空調(diào)水泵系統(tǒng)實(shí)施閉環(huán)改造，有利于提高運(yùn)行效率、降低能源消耗。以時(shí)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(guò)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(shí)，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(cè)冷凍水回水水溫。依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的溫度控制器對(duì)應(yīng)變頻器頻率關(guān)系，參考實(shí)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(dāng)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(shí)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(cè)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(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)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(duì)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(cè)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(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用

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

實(shí)施地鐵站變頻節(jié)能項(xiàng)目?jī)?yōu)化改造時(shí)，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(dòng)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(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

空調(diào)通風(fēng)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(tái)及調(diào)度指揮中心。通過(guò)BAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地鐵站環(huán)境溫度的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，特殊情況下可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證站內(nèi)處于適宜的溫度環(huán)境，并達(dá)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(kāi)啟BAS系統(tǒng)的火災(zāi)模式，變頻風(fēng)機(jī)可自動(dòng)切至工頻工作方式，實(shí)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(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.2? ?變風(fēng)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(fēng)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(guò)將箱送風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)實(shí)施變頻控制，將新風(fēng)設(shè)備實(shí)施風(fēng)量定量運(yùn)轉(zhuǎn)，選擇穩(wěn)定送風(fēng)模式調(diào)節(jié)送風(fēng)量，可實(shí)現(xiàn)空調(diào)送風(fēng)量及送風(fēng)溫度控制。與控制系統(tǒng)配合運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)變風(fēng)量系統(tǒng)供給風(fēng)量，在滿足實(shí)際站內(nèi)需要基礎(chǔ)上，最大限度降低風(fēng)量變化對(duì)功率的影響，通過(guò)自動(dòng)化變頻調(diào)控提升頻率控制的靈活性，可達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

從工作時(shí)長(zhǎng)的角度分析，風(fēng)機(jī)工作時(shí)長(zhǎng)顯著大于制冷時(shí)長(zhǎng)。地鐵站內(nèi)空間大、人流多，風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率也應(yīng)高于制冷機(jī)功率。基于這一情況，利用變頻控制技術(shù)對(duì)風(fēng)量和風(fēng)速實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)，充分滿足實(shí)際用風(fēng)量需求。同時(shí)減少了通風(fēng)啟動(dòng)瞬時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的破壞，有利于提高通風(fēng)系統(tǒng)使用效率和使用壽命。

4.3? ?水系統(tǒng)和空調(diào)機(jī)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(jī)組中，主要完成地鐵站站臺(tái)、站廳的溫度調(diào)控。通過(guò)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(jī)組送風(fēng)量，以達(dá)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(fēng)溫度會(huì)隨著送風(fēng)量的變化而變化，以此達(dá)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(fēng)量降至一定區(qū)間，可對(duì)水系統(tǒng)的冷凍水泵實(shí)施閉環(huán)變頻二次控制調(diào)節(jié)。具體為參照冷卻水進(jìn)、出水管溫差參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)二通控制閥的水量調(diào)控。

通過(guò)采用變頻節(jié)能控制技術(shù)，可對(duì)冷水泵實(shí)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(yùn)行時(shí)主要參照系統(tǒng)內(nèi)水量和冷量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。冷凍水溫差的變頻調(diào)節(jié)，應(yīng)參考?xì)夂?、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(cè)季節(jié)同溫度不匹配，變頻控制系統(tǒng)即可自動(dòng)化調(diào)整。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

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

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