CN107704721B - 一种地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，采用隧道温度传感器实时监测隧道壁面温度t隧，并计算温升速率，当温升速率大于温升速率阈值时，开启排热风机。本发明主要对隧道排热风机、大系统风机的控制策略进行了优化，在初期运行策略优化节能约7.7％，年节电量共计38.8万KWh；在近期运行通过策略优化节能更加明显，约节约17.6％，年节电量共计116.1万KWh；在远期运行通过策略优化节能更加明显，约节约21.2％，年节电量共计195.0万KWh。
Description
技术领域
本发明涉及城市铁道交通领域，更具体地是屏蔽门系统风机运行方法，涉及一种地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法。
背景技术
南京地铁十号线总长23.6千米，共设置14座车站,其中过江隧道全长3600米，是中国掘进距离最长、埋深最深、水压最高、直径最大的地铁过江隧道,是南京地铁第一条采用屏蔽门制式的线路。而且目前关于屏蔽门系统隧道排热风机的运行模式没有确切的数据支持屏蔽门系统的负荷分析和其组成可以看出在屏蔽门系统中空调负荷计算不包括列车制动驱动产热量和列车空调冷凝器散热量，而这两项散热量是闭式系统的第一和第二两大热源，因此屏蔽门系统的冷负荷较闭式系统可以减少至其三分之一左右。但是屏蔽门系统因为隧道与车站空气基本隔绝,隧道内热量基本依靠排热风机,因此排热风机的运行频率对于地铁环控系统运行能耗非常重要。
由SES模拟结果可知：当地铁运行初期关闭轨道排热风机时，隧道温度满足规范要求，因此，建议充分利用活塞风作用，关闭轨道排热风机，同时运行初期不必开启夜间通风，因此隧道通风的能耗很小；地铁运行远期，由于隧道的累年温升、列车班数增多等因素，当关闭轨道排热风机时，有少量区域温度超过规范要求的40℃，因此，必须开启轨道排热风机进行机械排风，此时隧道通风的能耗增大。由于SES软件本身的缺陷，不能考虑当地土壤和地下水条件，隧道围岩传热能力不能预测，对远期隧道温升也就不能准确估计，因此隧道远期温升结论可能受到质疑。而且隧道热阻很大,一旦隧道温度上升很难有方法让其在下降回到原来水平,所以,希望有一些可靠的运行模式保证隧道温度和温升速度的前提下经济的运行排热风机,而不是简单的开或者不开。
发明内容
本发明的目的是针对地铁屏蔽门系统温度调控的问题，提出一种地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法。
本发明的技术方案是：
本发明提供一种地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，采用隧道温度传感器实时监测隧道壁面温度t隧，并计算温升速率，当温升速率大于温升速率阈值时，开启排热风机，前述排热风机的运行频率f采用以下步骤计算：
S1、采用温度传感器实时获取隧道壁面温度t隧和站台温度t台，采用下述公式获取屏蔽门传热量Q3；
其中，K为传热系数，K＝6.52W/(m2·℃)，F1为屏蔽门传热面积，单位m2；Δt1为门体两侧温差，Δt1＝t隧-t台，单位℃，X为修正系数；
S2、采用下述公式计算隧道壁面得热量Q；
Q＝Q1+Q2-Q3；
其中，Q1为列车进站刹车排热量；Q2为车载空调冷凝器放热量；
S3、计算隧道传热温差Δt2；
Δt2＝tk-t隧；
其中：tk为车载空调冷凝温度；
S4、采用下述公式计算散热总通风量G；
其中：c为空气比热值；取值1.01kj/kg·k；
S5、采用下述公式计算上游隧道进入的活塞风量Ginlet、经屏蔽门进入站台的活塞风量Gplatform以及活塞风的掺混系数ηmin：
Ginlet＝v1×F2×ΔT；
Gplatform＝v2×F1×ΔT；
其中：v1为活塞风速度；v2为屏蔽门活塞风速平均值；F2为隧道断面面积；ΔT为列车进出站时间差；Greturn为轨道顶面和站台底排风机排出的活塞风量；
S6、根据前述活塞风的掺混系数ηmin计算活塞风的掺混量G1以及排热风机风量G2；
G1＝G×ηmin；
G2＝G-G1；
S7、根据下述公式获取排热风机运行频率f：
G2＝0.007-0.5f3-0.0074f2+1.1733f-4.5787。
进一步地，所述的步骤S1中，温升速率阈值为0.4-0.6度/年时。
进一步地，所述的步骤S1中，F1的屏蔽门传热面积为416.8m2。
进一步地，所述的步骤S1中，当有列车在站时，X取值0.25，当无列车在站时，X取值0.75。
进一步地，所述的步骤S2中，Q1、Q2均由列车出厂参数给出。
进一步地，所述的步骤S5中，v1、v2均由隧道内风速传感器测定值上传。
进一步地，所述的步骤S5中，Greturn是根据排风机参数获取的定值。
进一步地，该方法还包括：获取室内外焓差,当室外焓值低于室内时开启早晚通风将室外空气吹入隧道，当室外焓值高于室内时,将室内空气吹入隧道。
本发明的有益效果：
本发明通过现场实测获得了不同运行模式、不同频率下的风量和风机耗电量，并拟合成曲线，方便能耗预测时建立能耗模型。通过现场实测结合人流量，给出了在不同模式下合理的风机设定频率，对未来地铁环控有一定的指导意义。通过现场实测发现水系统能效的提升空间较大，给出了水系统的控制策略建议。
本发明主要对隧道排热风机、大系统风机的控制策略进行了优化，在初期运行策略优化节能约7.7％，年节电量共计38.8万KWh；在近期运行通过策略优化节能更加明显，约节约17.6％，年节电量共计116.1万KWh；在远期运行通过策略优化节能更加明显，约节约21.2％，年节电量共计195.0万KWh。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。
一种地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，采用隧道温度传感器实时监测隧道壁面温度t隧，并计算温升速率，当温升速率大于温升速率阈值时，开启排热风机，前述排热风机的运行频率f采用以下步骤计算：
1.输入Q＝(列车进站刹车排热Q1+车载空调冷凝器放热Q2)-屏蔽门传热Q3
(Q1,Q2由列车出厂参数给出,Q3按下式计算)
屏蔽门传热Q3＝k×F1×Δt1/1000X
式中:F1为屏蔽门传热面积(m2)；Δt1为门体两侧温差(℃),Δt1＝t隧-t台，K＝6.52W/(m2·℃)，F1＝416.8㎡，X为有无列车时间修正系数，X有＝0.25、X无＝0.75；t隧、t台均由温度传感器测试上传；
2.输入车载空调冷凝温度tk
3.输入隧道壁面温度t隧
4.计算Δt2＝tk-t隧；
5.计算散热总通风量G＝Q/c×△t2；c＝1.01kj/kg.k
6计算活塞风的掺混系数可以表示为：
其中Ginlet为上游隧道进入的活塞风量，kg/h；Gplatform为经屏蔽门进入站台的活塞风量，kg/h；Greturn为由轨顶和站台底排风机排出的活塞风量，kg/h。Ginlet活塞风量(m3)＝活塞风速度v1(m/s)×隧道断面面积(m2)×时间(s)，Gplatform进入站台活塞风量(m3)＝屏蔽门活塞风速平均值v2(m/s)×屏蔽门面积(m2)×时间(s)。(v1，v2均由隧道内风速传感器测定值上传，隧道段面积和屏蔽门面积为设计固定值)；Greturn按排风机参数给出的定值。
7.计算活塞风参混量G1＝G*ηmix
8.计算排热风机风量G2＝G-G1
9.计算排热风机运行频率G2＝0.007-0.5f3-0.0074f2+1.1733f-4.5787
如果温升速率继续增大加大运行频率和时间.温升速率和运行频率都可以在程序中设置为变量,可以根据具体情况重新设置.由下列公式根据设置的频率计算出风机轴功率,再推算出风机送风量,并代入公式计算出频率,此频率与设置值二者取大值。
同时根据室内外焓差,当室外焓值低于室内时开启早晚通风将室外空气进入隧道，(焓值是根据温度和湿度传感器数值由空气焓湿图自动生成)当室外焓值高于室内时,将室内空气吹入隧道。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (8)
1.一种地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，其特征在于，采用隧道温度传感器实时监测隧道壁面温度t隧，并计算温升速率，当温升速率大于温升速率阈值时，开启排热风机，前述排热风机的运行频率f采用以下步骤计算：
S1、采用温度传感器实时获取隧道壁面温度t隧和站台温度t台，采用下述公式获取屏蔽门传热量Q3；
其中，K为传热系数，K＝6.52W/(m2·℃)，F1为屏蔽门传热面积，单位m2；Δt1为门体两侧温差，Δt1＝t隧-t台，单位℃，X为修正系数；
S2、采用下述公式计算隧道壁面得热量Q；
Q＝Q1+Q2-Q3；
其中，Q1为列车进站刹车排热量；Q2为车载空调冷凝器放热量；
S3、计算隧道传热温差Δt2；
Δt2＝tk-t隧；
其中：tk为车载空调冷凝温度；
S4、采用下述公式计算散热总通风量G；
其中：c为空气比热值；取值1.01kj/kg·k；
S5、采用下述公式计算上游隧道进入的活塞风量Ginlet、经屏蔽门进入站台的活塞风量Gplatform以及活塞风的掺混系数ηmin：
Ginlet＝v1×F2×ΔT；
Gplatform＝v2×F1×ΔT；
其中：v1为活塞风速度；v2为屏蔽门活塞风速平均值；F2为隧道断面面积；ΔT为列车进出站时间差；Greturn为轨道顶面和站台底排风机排出的活塞风量；
S6、根据前述活塞风的掺混系数ηmin计算活塞风的掺混量G1以及排热风机风量G2；
G1＝G×ηmin；
G2＝G-G1；
S7、根据下述公式获取排热风机运行频率f：
G2＝0.007-0.5f3-0.0074f2+1.1733f-4.5787。
2.根据权利要求1所述的地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，其特征是所述的步骤S1中，温升速率阈值为0.4-0.6度/年时。
3.根据权利要求1所述的地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，其特征是所述的步骤S1中，F1的屏蔽门传热面积为416.8m2。
4.根据权利要求1所述的地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，其特征是所述的步骤S1中，当有列车在站时，X取值0.25，当无列车在站时，X取值0.75。
5.根据权利要求1所述的地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，其特征是所述的步骤S2中，Q1、Q2均由列车出厂参数给出。
6.根据权利要求1所述的地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，其特征是所述的步骤S5中，v1、v2均由隧道内风速传感器测定值上传。
7.根据权利要求6所述的地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，其特征是所述的步骤S5中，Greturn是根据排风机参数获取的定值。
8.根据权利要求1所述的地铁屏蔽门系统排热风机运行频率确定方法，其特征是该方法还包括：获取室内外焓差,当室外焓值低于室内时开启早晚通风将室外空气吹入 隧道，当室外焓值高于室内时,将室内空气吹入隧道。
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- 2017-10-09 CN CN201710930199.1A patent/CN107704721B/zh active Active
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Non-Patent Citations (2)
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| Study on Disaster Prevention in Case of Fire at Subway Platform with Platform Screen Door;Dong-Ho Rie 等;《International Journal of Safety》;20051231;第4卷(第2期);第36-42页 * |
| 广州市某地铁站通风与空调设计;罗少良;《建材与装饰》;20161215(第39期);第40-41页 * |
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