CN109916025A

CN109916025A - 基于rwi指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法

Info

Publication number: CN109916025A
Application number: CN201910072137.0A
Authority: CN
Inventors: 梁彩华; 刘�文; 冯智慧; 邹俊杰
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明属于空气调节领域，涉及基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法。本优化方法根据实时采集的地铁站外环境参数设定站内最大相对热指标RWI值，初步设定站内各区域的环境参数，绘制乘客乘地铁全程RWI值变化曲线，确定站内RWI值阶跃升高处，采取局部优化措施降低此区域RWI值，在降低RWI值的区域内整体提高温湿度设定值，根据站内人体热舒适环境参数确定规则确定若干环境参数设定值，选择使站内空调负荷最小的环境参数设定值。本发明充分考虑了不同站外环境参数对站内乘客热舒适的影响，可实时根据站外环境参数的变化动态调整站内环境参数的设定值，并对站内热感觉较大处采取局部优化措施，既满足站内人体热舒适需求，又节约了空调能耗。

Description

基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法

技术领域

本发明属于空气调节领域，涉及基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法。

背景技术

随着我国城市规模不断扩大，以地铁为代表的城市轨道交通得到大力发展，但随之而来是地铁的运营能耗居高不下，而其中地铁通风空调系统的能耗又占了较大的比例，据报道，地铁车站通风空调系统能耗已占车站总能耗的30％-40％以上。因此，地铁站内中央空调系统节能优化控制系统及策略有着广阔的需求背景和重要的应用价值。

地铁站是乘客短暂停留的场所，属于过渡空间，由于人体从中性环境刚进入较热环境时，其热感觉有所滞后，即并非立刻觉得很热，而从较热环境进入中性环境时，会有一个“过感觉”，即立即感觉到凉，因此只需保证人体在进入过渡空间后的热感觉低于进入过渡空间前的热感觉，即可保证夏季人体在过渡空间的热舒适。在夏季的一天中，室外温度变化范围可从28℃-38℃，室外湿度变化范围可从35％-95％，人体在室外的热感觉全天波动很大，导致站内人体热感觉上限值全天波动很大，因此不同的站外环境参数对应不同的满足人体热舒适的站内环境参数设定区域，而当前常规地铁通风空调系统一般采取全天恒定站内温度控制，未能充分考虑室外环境参数变化对地铁站内乘客热舒适性的影响，导致站内舒适度不高，空调能耗增大。地铁空调系统的运行控制温湿度是平衡地铁空调系统能耗和地铁站内热舒适的纽带，因此根据地铁站外环境参数实时调整地铁站内环境参数设定值，对地铁空调系统节能和保证站内乘客热舒适尤为重要。

此外，本发明创作者前期研究乘客乘地铁全程热感觉变化曲线发现，乘客乘地铁过程中由于活动状态变化(如由快速行走到停步购票、停步候车时)，体表相对风速突然降低，但新陈代谢率未突然降低而仅缓慢下降，导致乘客在站内某些区域存在着明显的热不适现象。由于在进行地铁站内环境参数设定时要保证站内热感觉低于站外才能保证人体热舒适，且当前地铁通风空调系统未采取局部热感觉调节措施，导致当前地铁通风空调系统往往需要设定较低的站内温湿度值才能使站内整体处于人体热舒适区域，造成了考虑局部牺牲整体、空调能耗增大的现象。因此，考虑乘客活动特征和乘客乘地铁全程热感觉变化规律，对地铁站内热感觉较大处采取局部优化措施，即可以提升站内人体热舒适度，又可以进一步提高站内整体温湿度设定值，降低地铁通风空调系统能耗。

相对热指标RWI是美国运输部提出的考虑人体在过渡空间环境的热舒适性指标，综合考虑了温度、湿度、辐射、风速、人体新陈代谢、衣着等因素，可用于评价人体在过渡状态的热感觉，适应地铁车站特点。RWI值越高代表人体感觉越热，RWI越低代表人体感觉越冷。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有地铁环控系统未能根据地铁站外环境参数、乘客乘地铁全程活动特征及热感觉变化规律实时调整地铁站内环境参数设定值而导致的站内整体舒适度不高、通风空调能耗偏大的问题，提出了一种可保证地铁站内整体热舒适度高和通风空调能耗低的站内环境参数动态优化方法。

本发明采用如下技术方案：

基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，其特征在于：

根据实时采集的地铁站内和站外环境参数设定站内最大相对热指标RWI值，初步设定站内各区域的环境参数值，初步设定规则为：站内RWI最大值≥站内所有区域RWI值，且温度满足站外>出入口通道>站厅>站台，相对湿度满足站外≥出入口通道≥站厅≥站台；

根据初步设定的站内环境参数，绘制乘客乘地铁全程RWI变化曲线，确定站内RWI值阶跃升高处，通过提高局部风速的方式，降低此处RWI值，提高降低RWI值的区域整体(站厅或站台)的温湿度设定值，确定若干满足站内人体热舒适的环境参数设定值，站内人体热舒适环境参数确定规则为：站内RWI最大值≥出入口通道RWI值＞站厅RWI值＞站台RWI值；

根据上述确定的若干满足站内人体热舒适的环境参数设定值，比较不同的站内环境参数设定值对应的空调负荷大小，选择使站内空调负荷最小的环境参数设定值，由此可确定当前站外环境参数下既能保证站内乘客整体热舒适又能使站内空调负荷最小的站内环境参数设定值。

进一步的，本发明所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，相对热指标RWI值通过下式获得：

(空气水蒸气分压力Pa≤2269Pa时)

(空气水蒸气分压力Pa≥2269Pa时)

式中：M为新陈代谢率，τ为过渡过程中经历的时间，t_a为环境空气的干球温度，I_cw为服装热阻，I_a为服装外空气边界层热阻，R为室外单位皮肤面积的平均辐射得热。由于人从一种活动状态过渡到另一种状态时，要经过6分钟的过程代谢率才能最终达到最终活动状态下的稳定代谢率，因此处在过渡过程中的代谢率为两种活动状态的代谢率关于时间的线性插值。

进一步的，本发明所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法中，环境参数的采集点布置在地铁站外、出入口通道、站台、站厅，其采集的环境参数为空气温度、空气湿度及风速。

进一步的，本发明所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，根据实时采集到的地铁站外环境参数计算地铁站外相对热指标RWI值，根据地铁站外RWI值确定地铁站内RWI最大值，根据地铁站内RWI最大值确定地铁站内各区域RWI设定值。由于热舒适忍受极限环境的RWI值约为0.5，为保证站内乘客的热舒适，站内最大RWI设定为站外RWI值和0.5之间的较小值，即站内最大RWI＝min(站外RWI,0.5)。

进一步的，本发明所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法中，为保障乘客在地铁站内的热舒适，站厅设定温度不应高于31℃，站台设定温度不应高于30℃。此外，由于出入口通道与地铁站外相通，其温湿度相对难以控制，且人员在此处停留时间相对较短，进行RWI值计算时，取出入口通道温湿度值为：温度＝站厅温度+1℃；相对湿度＝站厅相对湿度+5％.

进一步的，本发明所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，利用相对热指标RWI评价人体热舒适度，根据乘客进、出站全程的活动状态变化，计算出乘客进、出站时在地铁站外、出入口通道、站厅、站台处的RWI值，结合乘客在各个区域内停留的平均时间，绘制乘客乘地铁站内全程RWI值变化热感觉变化曲线。

进一步的，本发明所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，根据乘客乘地铁全程活动特征和RWI值变化曲线，对站内RWI值阶跃升高处、热感觉较大处采取增大局部风速等方式进行局部热感觉优化，使其RWI值不大于RWI阶跃升高前的RWI值，RWI曲线变化趋于平缓，在此基础上提高站内整体的温湿度设定值。

进一步的，地铁内的冷负荷由如下几部分构成：照明和设备负荷、围护结构负荷、人员负荷、新风负荷、风机温升负荷、出入口渗透负荷等，地铁室内温湿度设定值的改变仅会对新风负荷、人员负荷和围护结构负荷这三项产生影响，其中围护结构负荷在地铁冷负荷中占比远小于新风负荷与人员负荷，因此可忽略围护结构负荷随站内温湿度设定值的变化。空气调节过程中，新风负荷和人员负荷均为室内空气与新风、人员热质交换过程的总热量，而这种总热交换的推动力是空气的焓差，而地铁空调系统供冷过程中，新风和人员体表的空气焓值均高于室内空气，因此，室内空气的焓值越高，冷负荷越小。故在本发明所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法中，在确定的一系列满足站内人体热舒适的环境参数设定值后，计算各环境参数对应的空气焓值，将焓值最大点对应的温湿度设定为站内温湿度设定值，此设定值下站内空调负荷最小。

进一步的，本发明前期研究乘客乘地铁全程RWI变化曲线发现，乘客进站过程中由于活动状态突变会出现两个RWI峰值，分别在站厅购票处和站台候车处，需在此处增大局部风速进行局部热感觉优化，故在地铁通风空调系统设计时，需考虑站厅购票处和站台候车处出风口风速可调，值得注意的是，一般乘客在站台候车时站在列车门两侧对应的站台位置，而出站时从列车门中间进入站台，故设置站台候车处风口时应注意将风口设置在列车门两侧对应的站台位置。

有益效果

本发明基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，充分考虑了不同站外环境参数对站内乘客热舒适的影响，可实时根据站外环境参数的变化动态调整站内环境参数的设定值，满足人体热舒适性需求，避免了当前常规地铁通风空调系统采取全天恒定站内温度控制导致的站内舒适度不高、空调能耗增大的现象。

本发明基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，充分考虑了乘客乘地铁全程的活动特征和热感觉变化规律，对地铁站内热感觉较大处采取加大局部风速的优化措施，即避免了站内存在局部热不适的现象，又进一步提高了站内整体温湿度设定值，较大程度地降低了站内空调负荷。

本发明基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，在利用RWI指标求得满足站内人体热舒适的环境参数设定区域的基础上，比较不同站内温湿度设定参数对应的空气焓值得出了唯一的环境参数设定值，既可使站内乘客整体处于热舒适区域，又能使站内通风空调系统冷负荷最小。

附图说明

图1是本发明地铁站内环境参数动态优化控制流程图。

图2是典型乘地铁过程的RWI变化曲线。

图3是优化后乘地铁过程的RWI变化曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，优化步骤如下：

1)实时采集地铁站外、出入口通道、站厅、站台处的空气温湿度、风速等环境参数。

2)根据实时采集到的环境参数，计算地铁站外的相对热指标RWI。根据站外RWI值确定站内RWI最大值。

3)站厅、站台风速取为常规值，根据站内RWI最大值≥站内所有区域RWI值，且温度设定满足站外>出入口通道>站厅>站台，相对湿度设定满足站外≥出入口通道≥站厅≥站台的规则，初步确定站厅、站台的温湿度设定值。

4)根据步骤3)确定的地铁站外、出入口通道、站厅、站台处的环境参数，利用相对热指标RWI评价人体热舒适度，根据乘客进、出站全程的活动状态变化，计算出乘客进、出站时在地铁站外、出入口通道、站厅、站台处的RWI值，结合乘客在各个区域内停留的平均时间，绘制乘客乘地铁全程RWI值变化曲线，即为乘客乘地铁全程的热感觉变化曲线，如图2所示。

5)针对乘客进站乘车过程RWI值变化曲线中曲线阶跃升高处，即站内RWI较大处，确定其所在位置，加大其局部风速，计算加大风速后此处的RWI值，使其RWI值不大于RWI阶跃升高前的RWI值，如图3中乘客进站时站厅和站台处的RWI值变化曲线所示，RWI曲线变化趋于平缓。

6)将步骤5)中站内RWI阶跃升高区域的RWI值通过加大局部风速降低后，提升其所在区域整体(站厅或站台)的温湿度设定值，使之满足站内人体热舒适环境参数确定规则：站内RWI最大值≥出入口通道RWI值＞站厅RWI值＞站台RWI值。由此可确定若干既满足人体热舒适，又相对节能的站厅、站台温湿度设定值组合。

7)在步骤6)确定的站厅、站台温湿度设定组合范围内，对比不同温湿度设定值对应的空调负荷，选择使地铁站内空调负荷最小的温湿度设定参数，最大限度的降低空调负荷。至此，可以确定唯一的既满足人体热舒适，又能使站内空调负荷最小的站厅、站台温湿度设定值组合。站内环境参数优化后的乘客乘地铁全程RWI值变化曲线如图3所示。

本发明策略的步骤2)—6)中根据下式计算相对热指标RWI值：

(空气水蒸气分压力P_a≤2269Pa时)

(空气水蒸气分压力P_a≥2269Pa时)

由于热舒适忍受极限环境的RWI值约为0.5，为保证站内乘客的热舒适，本发明策略的步骤2)中站内最大RWI设定为站外RWI值和0.5之间的较小值，即站内最大RWI＝min(站外RWI,0.5)。同时，为保障乘客在地铁站内的热舒适，本发明策略的步骤3)—6)中站厅设定温度不应高于31℃，站台设定温度不应高于30℃。

由于出入口通道与地铁站外相通，其温湿度相对难以控制，且人员在此处停留时间相对较短，故本发明策略的步骤3)—6)中进行RWI值计算时，取出入口通道温湿度值为：温度＝站厅温度+1℃；相对湿度＝站厅相对湿度+5％.

地铁内的冷负荷由如下几部分构成：照明和设备负荷、围护结构负荷、人员负荷、新风负荷、风机温升负荷、出入口渗透负荷等，地铁室内温湿度设定值的改变仅会对新风负荷、人员负荷和围护结构负荷这三项产生影响，其中围护结构负荷在地铁冷负荷中占比远小于新风负荷与人员负荷，因此可忽略围护结构负荷随站内温湿度设定值的变化。空气调节过程中，新风负荷和人员负荷均为室内空气与新风、人员热质交换过程的总热量，而这种总热交换的推动力是空气的焓差，而地铁空调系统供冷过程中，新风和人员体表的空气焓值均高于室内空气，因此，室内空气的焓值越高，冷负荷越小。因此，本发明控制策略的步骤7)中，在确定满足人体热舒适的站厅、站台温湿度设定组合范围后，根据各站内温湿度设定值计算其对应的空气焓值，将焓值最大点对应的温湿度设定为站内温湿度设定值，此设定值既可保证在当前站外环境参数下站内人员的热舒适度，又可使站内空调冷负荷最小。

典型的乘客乘地铁全程RWI变化曲线如图2所示，乘客进站过程中由于活动状态突变会出现两个RWI峰值，分别在站厅购票处和站台候车处，需在此处增大局部风速进行局部热感觉优化，故在地铁通风空调系统设计时，需考虑站厅购票处和站台候车处出风口风速可调，值得注意的是，一般乘客在站台候车时站在列车门两侧对应的站台位置，而出站时从列车门中间进入站台，故设置站台候车处风口时应注意将风口设置在列车门两侧对应的站台位置。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，其特征在于：

根据上述确定的若干满足站内人体热舒适的环境参数设定值，比较不同的站内环境参数设定值对应的空调负荷大小，选择使站内空调负荷最小的环境参数设定值，由此可确定当前站外环境参数下站内环境参数的设定值。

2.根据权利要求1所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，其特征在于：相对热指标RWI值通过下式获得：

(空气水蒸气分压力Pa≤2269Pa时)

(空气水蒸气分压力Pa≥2269Pa时)

式中：M为新陈代谢率，τ为过渡过程中经历的时间，t_a为环境空气的干球温度，I_cw为服装热阻，I_a为服装外空气边界层热阻，R为室外单位皮肤面积的平均辐射得热。

3.根据权利要求1所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，其特征在于：环境参数的采集点布置在地铁站外、出入口通道、站台、站厅，其采集的环境参数为空气温度、空气湿度及风速。

4.根据权利要求1所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，其特征在于：根据地铁站外的相对热指标RWI值确定地铁站内RWI最大值，根据地铁站内RWI最大值确定地铁站内各区域RWI设定值。

5.根据权利要求1所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，其特征在于：人体热舒适度利用相对热指标RWI进行评价，根据乘客进、出站全程的活动状态变化，计算出乘客进、出站时在地铁站外、出入口通道、站厅、站台处的RWI值，结合乘客在各个区域内停留的平均时间，绘制乘客乘地铁站内全程RWI值变化曲线。

6.根据权利要求1或5所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，其特征在于：根据乘客乘地铁全程活动特征与RWI值变化曲线，对站内RWI值阶跃升高处、热感觉较大处采取增大局部风速方式进行局部热感觉优化，使其RWI值不大于RWI阶跃升高前的RWI值，RWI曲线变化趋于平缓，以提高站内整体的温湿度设定值。

7.根据权利要求1所述的基于RWI指标的地铁站内环境控制参数的动态优化方法，其特征在于：在确定若干满足站内人体热舒适的环境参数设定值后，计算各环境参数设定值对应的空气焓值，将焓值最大点对应的环境参数定为站内环境参数设定值，此设定值下站内空调负荷最小。