CN111947275A - 地铁站风水联动节能优化方法 - Google Patents

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CN111947275A CN202010756589.3A CN202010756589A CN111947275A CN 111947275 A CN111947275 A CN 111947275A CN 202010756589 A CN202010756589 A CN 202010756589A CN 111947275 A CN111947275 A CN 111947275A
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Abstract

本发明公开了一种地铁站风水联动节能优化方法。该方法将设备管理用房通风空调系统称为小系统，将车站公共区通风空调系统称为大系统，优化步骤如下：大小系统工况自动控制：根据大小系统在不同时间段的焓值温度，对系统工况制定控制方案；大小系统温度自动控制：根据大小系统不同季节的温度变化，对系统中包括变频风机的设备制定控制方案；水系统控制：对包括水系统冷水机组、变频泵、电动蝶阀的设备制定控制方案。本发明通过大系统风循环使得车站大系统处于规定的温度范围，同时调节冷冻水、冷却水频率，使得冷水机组处于合理的工况，保证冷水系统安全、高效运行，降低了系统能耗。

Description

地铁站风水联动节能优化方法
技术领域
本发明涉及地铁环境与设备监控技术领域，特别是一种地铁站风水联动节能优化方法。
背景技术
近年来，地铁综合监控系统ISCS得到了迅速发展，综合监控系统深度集成了PSCADA、BAS等子系统，互联接入了其他专业子系统专业，实现信息共享、专业融合，在统一的平台上对各个子系统实施监控。
地铁供冷空调系统由冷源(冷水机组)、空气处理设备(组合式空调、表冷器)、风机、风阀、水泵、空气和水的管路系统等组成。按用途特点分类，又可分为车站设备管理用房通风空调系统(小系统)、车站公共区通风空调系统(大系统)，空调水系统以及隧道通风系统等。设备管理用房通风空调系统，简称车站小系统，正常运营时，应能为地铁工作人员提供舒适的工作环境及满足设备良好的设备运行环境条件。车站公共区通风空调系统，简称车站大系统，在正常运营时为乘客提供舒适的环境。空调水系统负责向车站公共区和设备管理用房区空调季节提供空调设备用冷冻水，能根据车站运营和非运营时段及全日负荷变化情况进行水系统负荷调节，实现系统稳定运行。
大系统由于受环境温度、客流等多方面影响，控制对象复杂且能耗占比较大，对于大系统，车站内的热交换过程如图1所示。对于大系统空调系统能耗主要由以下几个方面组成：(1)大系统风循环能耗；(2)冷冻水循环能耗；(3)冷水机组制冷能耗；(4)冷却水循环能耗；(5)冷却塔风循环能耗。
在现有的大部分地铁系统中，由于地铁是一个相对密闭的空间，为了能够为人们营造一个更加良好的乘车环境，就必须要对通风制冷系统进行合理控制。通风空调系统是对环境舒适稳定的一种保障。地铁站中的环境，分为三个主要部分：公共区环境，特别是在上下班高峰期，人员流动量大，环境变化也比较大；设备区环境，设备运行会产生很大的热量，为了保障设备持续稳定的运行，需要保持环境的低温；车控室、值班室环境，站内工作人员是保障地铁秩序不可缺少的，需保证他们所在环境的舒适度。
在现有大部分的地铁站中，空调通风制冷系统长期处在一种固定的运行模式中，控制站内各部分环境的温度，风量是通过站内工作人员的手动控制，根据不同季节的不同时间段以及现场实时的情况进行模式以及空调温度的手动调节，所以会消耗大量的能耗，而且这种单一的运行模式容易减少空调的使用寿命。同时，当地铁到站时，由于车门打开，使得内外环境互通，也会使得地铁空调通风系统的能耗增加，从而使地铁低压供电系统运行的效率降低，增加其能耗。
综上可知，目前单一、固定的运行模式不能够快速，准确的对现场情况进行判断；设备区作为工作人员很少进入的区域，不能够及时的对设备所处的环境进行监测和调整，可能会发生设备过热造成故障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地铁站风水联动节能优化方法，实现车站各空调系统处于规定的温度目标，保证车站大系统的舒适性以及各空调小系统房间的正常温度，同时实现整个空调系统的节能运行。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种地铁站风水联动节能优化方法，将设备管理用房通风空调系统称为小系统，将车站公共区通风空调系统称为大系统，优化步骤如下：
步骤1、大小系统工况自动控制：根据大小系统在不同时间段的焓值温度，对系统工况制定控制方案；
步骤2、大小系统温度自动控制：根据大小系统不同季节的温度变化，对系统中包括变频风机的设备制定控制方案；
步骤3、水系统控制：对包括水系统冷水机组、变频泵、电动蝶阀的设备制定控制方案。
进一步地，步骤1所述大小系统工况自动控制，具体如下：
将车站的工况分为空调工况和非空调工况，其中空调工况又分为小新风工况和全新风工况；
令Iw表示车站室外空气焓值，Iw根据新风温湿度计算得到；Ir表示车站回风空气焓值，Ir根据系统回风温湿度计算得到；To表示车站空调送风温度，To根据设计图纸指定；Tw为车站室外空气温度，Tw由新风温湿度传感器测得；
步骤1.1、Tw>To时，进入空调工况：
①小新风工况
当Ir<Iw进入小新风空调运行工况；
采用小新风空调工况运行，用小新风加一次回风运行；
②全新风工况
当Ir≥Iw进入全新风空调运行工况；
采用全新风空调运行，空调器处理室外新风后送至站厅和站台，回风则全部排出车站；
步骤1.2、当Tw≤To时，进入非空调工况：
进入全新风非空调运行工况，制冷系统停运，通风方式按照相关模式表进行控制；
小新风/全新风工况在“自动模式”下的切换由监控系统根据焓值参数判定并控制相应的风机进行平均值计算，并依据此平均值进行模式和工况转换控制；
监控系统根据每0.5～1小时对Tw的平均值计算并与To进行比较，作为进行空调季节与非空调季节的转换控制依据；
空调通风系统工况转换的关键是室内、外空气焓值的计算和比较判断；系统检测的是空气的干球温度和相对湿度信号；空气的焓值是由空气温湿度决定的，而温湿度每时每刻都在变化，因此焓值也随之变化；系统计算0.5～1小时内焓值的平均值，定期进行模式的控制和工况的转换控制；
焓值计算方法如下所示：
T＝273.15+t
ln(Pq,b)＝C8/T+C9+C10T+C11T2+C12T3+C13ln(T)
C8＝-5800.2206
C9＝1.3914993
C10＝-0.04860239
C11＝0.41764768×10-4
C12＝-0.14452093×10-7
C13＝6.5459673
Figure BDA0002611777850000031
d＝622Pq/(B-Pq)
I＝1.01t+0.001d(2501+1.84t)
其中：t为空气干球温度，单位℃；T为绝对温标，单位K；Pq,b为t温度下饱和水蒸气分压力，单位Pa；Pq为t温度下空气水蒸气分压力，单位Pa；B为实际的大气压力，单位Pa；
Figure BDA0002611777850000032
为空气相对湿度；d为空气含湿量，单位g/kg干空气；I为空气焓值，单位kJ/kg干空气；
根据现场采集的数据，通过计算得出焓值，判断焓值及温度的条件，按照步骤1.1、步骤1.2执行相应的模式。
进一步地，步骤2所述大小系统温度自动控制，具体如下：
大系统空调采用一次回风双风机、变频空调系统，其中送、回风机均设置变频器，小新风机不设变频器，定频运行；
步骤2.1、空调季控制方法如下：
对每一个车站的同一个空调空间，作为一个监控对象进行环境温度控制，即车站大系统作为一个控制对象；控制回路根据回风温度对车站站厅站台的室温进行PID调节；将站台计算平均温度作为反馈量，与设定值比较经PID输出，作用于执行器即风机变频器，调节风量，从而控制站厅的室温达到规定值；
在空调季节，车站站台能实现设计的温度与相对湿度，由于站厅、站台的自然结构，站厅温度会比站台高，BAS系统需要确定如下参数：
(1)站台设定温度；
(2)组合式空调器最低运行频率即车站最小送风量；
电动二通阀安装在组合式空调的回水管上，用来控制流经组合式空调的冷冻水流量，大系统环境温度通过改变送风量控制，通过控制二通阀开度，来保证组合式空调器送风温度恒定；
组合式空调、回排风机频率按照下式确定：
Figure BDA0002611777850000041
式中，f2为回排风机频率，f1为组合式空调送风频率，Q2为回排风机工频送风量，Q1为组合式空调工频送风量，Q3为小新风机送风量；
由上式，新风量Q3保持不变，站厅站台均设有CO2传感器，BAS均监视，当站内CO2浓度超过规定范围，则进行报警，提示CO2超标，手动确定是否进入全新风工况运行；
步骤2.2、通风季控制方法如下：
当外界环境温度低于19.5℃时，进入通风季工况运行；组合式空调运行频率仍以调节站台温度为目标变频运行，最低运行频率为25Hz；当组合式空调处于最低运行频率时，关闭排风机，采用机械送风加自然排风的方式运行；
步骤2.3、冬季通风控制方法如下：
当室外温度低于10℃，车站公共区通风空调系统转入冬季通风运行模式，当CO2探测器检测出的CO2浓度大于1.5‰或者室内外温度差高于设定值时，启动组合式空调器KT对车站进行通风；同时根据温差对送风机频率自动调节，以维持车站内外温差处于设定范围；当车站内外温差处于设定范围时，此时送风机以最低频率运行，切换至机械送风加自然排风模式运行，或者采用循环关闭送、排风机的间歇式通风模式运行；
步骤2.4、人工干预
当车站负荷出现超出阈值变化时，由人工干预，直接升至工频运行；
步骤2.5、小系统控制方法如下：
通过调节小系统组合式空调回水管上二通阀的开度，实现调节小系统回风温度，通过调节风量控制系统。
进一步地，步骤3所述水系统控制，具体如下：
BAS系统要求供水系统必须满足如下要求：
(1)在各空调用户最大负荷时，水系统能满足用户对冷冻水最大水量的要求；
(2)水系统各支路应能满足水力平衡的先决条件；
(3)分、集水器之间的旁通阀应该保证分集水器之间压差恒定，该压差应能满足各支路需求；
(4)系统各管路压力满足要求；
步骤3.1、冷水机组启动台数的控制，具体如下：
根据设置在冷冻水出水、回水总管上的温度传感器，以及设置在供水管上的流量传感器，测定目前车站用冷功率：
Q＝K×M×(T1-T2)
式中，Q为负荷；K为常数；M为流量，由设置在出水总管上的流量传感器测得；T1为回水总管温度，由设置在回水总管上的温度传感器测得；T2为供水总管温度，由设置在供水总管上的温度传感器测得；
当车站运行一台冷机的情况下，用冷功率Q≥K1×冷机额定制冷功率，且车站温度高于控制目标时，启动第二台冷机；
当车站运行两台冷机，车站用冷功率＜K2×冷机额定制冷功率时，关闭一台冷机；以上K1＝0.85，K2＝0.4；
冷机启动关闭次数参照冷机的运行时间；
要求冷机能向BAS系统提供：
(1)车站冷机的额定制冷功率；
(2)车站冷机的负荷性能、参数；
(3)冷机能够向BAS系统传送冷机运行时间；
步骤3.2、冷冻/却水泵变频控制方法，具体如下：
对冷冻/却水泵进行变频调节，明确冷水机组正常工作最小冷冻/却水量以及对应的冷冻/却水泵最低运行频率，在调试过程中确定变频泵的频率上限；
由于冷冻/却水泵为各空调系统供冷，而末端二通阀用于调节流经各空调器的冷冻/却水流量，改变冷冻/却水泵频率和改变二通阀开度均能影响流经空调器的冷冻水流量，为了实现最大程度的节能，采用调节冷冻/却水泵频率的方法，首先在调试过程中明确冷冻/却水泵运行频率与各支路流量之间的关系，然后在调节逻辑中建立冷冻/却水泵运行频率与各支路流量、二通阀开度与各支路流量的对应关系，最后根据现场的流量，对水泵频率和二通阀开度进行控制；根据现场流量的最大值设定一个额定值，当流量超过这个额定值，减小水泵的频率，同时减小二通阀的开度；反之，增大水泵的频率，同时增大二通阀的开度，在始端和末端同时控制流量大小。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)根据不同季节的气候，不同时间段的人流量，早中晚的温湿度来进行固定的模式调节，可以根据实时的焓值变化而对整个车站的风水系统进行自动调节，以达到节能的目的；(2)冷冻水泵、冷却水泵均设置变频器，均可由BAS系统基于综合监控平台进行变频调速控制，大系统组合式空调器、回排风机均设置变频器，可由BAS系统基于综合监控平台进行变频调速控制；(3)通过大系统风循环使得车站大系统处于规定的温度范围，同时调节冷冻水、冷却水频率，使得冷水机组处于合理的工况，保证冷水系统安全、高效运行，降低了系统能耗。
附图说明
图1为车站内的主要热交换过程示意图。
图2为车站大系统同时控制车站两端的空调系统处理示意图。
图3为车站小系统温度控制过程示意图。
图4为车站BAS系统数据采集以及模式控制示意图。
具体实施方式
本发明地铁站风水联动节能优化方法，包括以下步骤：
步骤1、大小系统工况自动控制：根据大小系统在不同时间段的焓值温度，对系统工况制定控制方案；
步骤2、大小系统温度自动控制：根据大小系统不同季节的温度变化，对系统中包括变频风机的设备制定控制方案；
步骤3、水系统控制：对包括水系统冷水机组、变频泵、电动蝶阀的设备制定控制方案。
进一步的，步骤1中所述大小系统工况自动控制，具体如下：
我们将车站的工况分为空调工况和非空调工况，其中空调工况又分为小新风工况和全新风工况。
令Iw表示车站室外空气焓值，Iw根据新风温湿度计算得到；Ir表示车站回风空气焓值，Ir根据系统回风温湿度计算得到；To表示车站空调送风温度，To根据设计图纸指定；Tw为车站室外空气温度，Tw由新风温湿度传感器测得；
步骤1.1、空调工况(Tw>To)
小新风工况
当ir<iw进入小新风空调运行工况。
采用小新风空调工况运行，用小新风加一次回风运行。
全新风工况
当ir≥iw进入全新风空调运行工况。
采用全新风空调运行，空调器处理室外新风后送至站厅和站台，回风则全部排出车站。
步骤1.2、非空调工况(Tw≤To)
进入全新风非空调运行工况，制冷系统停运。通风方式按照相关模式表进行控制。
上述式中：
Iw—车站室外空气焓值(根据新风温湿度计算)
Ir—车站回风空气焓值(根据系统回风温湿度计算)
To—车站空调送风温度(根据设计图纸指定)
Tw—车站室外空气温度(由新风温湿度传感器测得)。
小新风/全新风工况在“自动模式”下的切换由监控系统根据焓值参数判定并控制相应的风机进行平均值计算，并依据此平均值进行模式和工况转换控制。“自动模式”属于正常模式的一种，只有在“自动模式”情况下，系统才进行工况的自动切换。
监控系统根据每0.5～1小时(可调)对Tw的平均值计算并与To进行比较，作为进行空调季节与非空调季节的转换控制依据。
空调通风系统工况转换的关键是室内、外空气焓值的计算和比较判断；系统检测的是空气的干球温度和相对湿度信号；空气的焓值是由空气温湿度决定的，而温湿度每时每刻都在变化，因此焓值也随之变化；但是由于车站公共区空间较大，因此空气状态变化缓慢，属于大滞后环节；为了防止工况在一天内频繁转换，系统计算0.5～1小时内(时间可设定)焓值的平均值，定期进行模式的控制和工况的转换控制。
焓值计算方法如下所示：
T＝273.15+t
ln(Pq,b)＝C8/T+C9+C10T+C11T2+C12T3+C13ln(T)
C8＝-5800.2206
C9＝1.3914993
C10＝-0.04860239
C11＝0.41764768×10-4
C12＝-0.14452093×10-7
C13＝6.5459673
Figure BDA0002611777850000081
d＝622Pq/(B-Pq)
I＝1.01t+0.001d(2501+1.84t)
符号说明：
t：空气干球温度，单位℃；
T：绝对温标，单位K；
Pq,b：该温度t下饱和水蒸气分压力，单位Pa；
Pq：该温度t下空气水蒸气分压力，单位Pa；
B：实际的大气压力，单位Pa；
Figure BDA0002611777850000082
空气相对湿度；
d：空气含湿量，单位g/kg干空气；
I：空气焓，单位kJ/kg干空气。
根据现场采集的数据，通过计算得出焓值，判断焓值及温度的条件，按照步骤1.1
步骤1.2执行相应的模式。
工况的切换也可以由人工切换实现。
进一步地，步骤2所述的大小系统控制方案，具体如下：
大系统空调采用一次回风双风机(KT、HPF)变频空调系统，其中送、回风机均设置变频器。小新风机不设变频器，定频运行。
步骤2.1空调季控制方案
对每一个车站的同一个空调空间，作为一个监控对象进行环境温度控制，即对车站大系统按照同时控制车站两端的空调系统处理，作为一个控制对象，如图2所示。
控制回路根据回风温度对车站站厅站台的室温进行PID调节，使室温稳定在设计水平上。
鉴于站厅层受出入口影响较大，易产生空气温度波动，将站台计算平均温度作为反馈量，与设定值比较经PID输出，作用于执行器(风机变频器)，调节风量，从而及时控制站厅(台)的室温达到规定值。
在空调季节，车站站台能稳定地实现设计的温度与相对湿度。由于站厅、站台的自然结构，站厅温度会比站台高2℃左右。BAS系统需要确定如下参数：
(1)站台设定温度；
(2)组合式空调器最低运行频率(车站最小送风量)。
电动二通阀安装在组合式空调的回水管上，用来控制流经组合式空调的冷冻水流量，大系统环境温度通过改变送风量控制，通过控制二通阀开度，来保证组合式空调器送风温度恒定。
组合式空调、回排风机频率按照下式确定：
Figure BDA0002611777850000091
式中，f2为回排风机频率，f1为组合式空调送风频率，Q2为回排风机工频送风量，Q1为组合式空调工频送风量，Q3为小新风机送风量。
由上式，新风量(Q3)保持不变，以保证站内空气品质。站厅站台均设有CO2传感器，BAS均与以监视，根据所述的控制策略，当站内CO2浓度超过规定范围，则进行报警，提示相关人员CO2超标，由相关人员手动确定是否进入全新风工况运行。
步骤2.2通风季控制策略
当外界环境温度低于19.5℃时，进入通风季工况运行。组合式空调运行频率仍以调节站台温度为目标变频运行，最低运行频率为25Hz。当组合式空调处于最低运行频率时，关闭排风机，采用机械送风加自然排风的方式运行。
步骤2.3冬季通风控制策略
当室外温度低于10℃，车站公共区通风空调系统转入冬季通风运行模式，当CO2探测器检测出的CO2浓度大于1.5‰或者室内外温度差高于设定值时，启动组合式空调器KT对车站进行通风；同时建立温差与送风机频率的自动调节运行，以维持车站内外处于合理的温差。当车站内外温差处于合理范围是，此时送风机以最低频率运行，可以切换至机械送风加自然排风模式运行或者采用暂时关闭送、排风机的间歇式通风模式运行。
步骤2.4人工干预
当车站出现突发客流等因素，负荷出现较大的跳跃性变化时，系统由人工干预，直接升至工频运行。
步骤2.5小系统控制方案
小系统温度主要通过调节小系统组合式空调回水管上二通阀的开度实现调节小系统回风温度，为定风量控制系统，如图3所示。
进一步的，步骤3所述的水系统控制方案，具体如下：
为了保证空调系统能够达到良好的控制效果，BAS系统要求供水系统必须满足如下要求：
(1)在各空调用户最大负荷时，水系统能满足用户对冷冻水最大水量的要求；
(2)水系统各支路应能满足水力平衡的先决条件；
(3)分、集水器之间的旁通阀应该保证分集水器之间压差恒定，该压差应能满足各支路需求；
(4)系统各管路压力满足要求。
步骤3.1、冷水机组启动台数的控制。
BAS系统对水系统的控制主要是对冷机启动台数的控制。
根据设置在冷冻水出水、回水总管上的温度传感器以及设置在供水管上的流量传感器，可以测定目前车站用冷功率。
Q＝K×M×(T1-T2)
式中，Q表示负荷；K表示常数；M表示流量(由设置在出水总管上的流量传感器测得)；T1表示回水总管温度(由设置在回水总管上的温度传感器测得)；T2表示供水总管温度(由设置在供水总管上的温度传感器测得)。
当车站运行一台冷机的情况下，用冷功率Q≥K1×冷机额定制冷功率，且车站温度高于控制目标时，启动第二台冷机。
当车站运行两台冷机，车站用冷功率＜K2×冷机额定制冷功率时，关闭一台冷机。以上K1＝0.85，K2＝0.4。
冷机启动关闭次数可以参照冷机的运行时间。为了达到良好的控制效果，要求冷机能向BAS系统提供：
(1)车站冷机的额定制冷功率；
(2)车站冷机的负荷性能、参数；
(3)冷机能够向BAS系统传送冷机运行时间。
步骤3.2、冷冻/却水泵变频控制方案
对冷冻/却水泵进行变频调节，将会影响流经冷水机组的冷冻水流量，对于冷机的正常工作将会产生影响，因此需要明确冷水机组正常工作最小冷冻/却水量以及对应的冷冻/却水泵最低运行频率。
在实施过程中，由于一次泵选型较大，会造成系统压差过大，在调试过程中可以确定变频泵的频率上限，同时也能保证末端电动二通阀调节稳定。
由于冷冻/却水泵为各空调系统供冷，而末端二通阀主要调节流经各空调器的冷冻/却水流量，改变冷冻/却水泵频率和改变二通阀开度均能影响流经空调器的冷冻水流量，为了实现最大程度的节能，采用调节冷冻/却水泵频率的方法，首先在调试过程中明确冷冻/却水泵运行频率与各支路流量之间的关系，然后在调节逻辑中建立冷冻/却水泵运行频率与各支路流量、二通阀开度与各支路流量的对应关系，最后根据现场的流量，对水泵频率和二通阀开度进行控制。根据现场流量的最大值设定一个额定值。当流量超过这个额定值，减小水泵的频率，同时减小二通阀的开度；反之，增大水泵的频率，同时增大二通阀的开度，在始端和末端同时控制流量大小。
步骤3.3、在本设计中考虑了如下节能措施：
(1)车站公共区通过调节送排风机频率来保证车站舒适运行(温度28℃)；
(2)通过自动改变系统运行工况，来保证系统运行最佳节能效果；
(3)车站公共区通过调节二通阀开度，来保证空调器送风温度；
(4)小系统通过调节空调器末端二通阀来保证房间正常温度；
(5)通过调节冷冻水泵运行频率来减小降低在电动二通阀上的压力损失；
(6)根据冷负荷变化情况，自动投切冷机数量，使得冷机处于高效工况；
(7)根据冷水机组厂家提供的机组性能曲线，可进一步对冷冻水、冷却水进行调节，确保机组在高效区工作，提高机组能效；
(8)后续可进一步对控制方案进行优化，通过风水系统联合调节，进一步提高系统节能效率。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的使用范围并不限于此，只要是包含有通风空调系统的都可以使用。
实施例
将本发明地铁站风水联动节能优化方法应用于地铁某车站的节能优化控制。
首先，根据步骤1，对车站大小系统进行模式控制，根据焓值、温度的不同，进行模式控制。正常运行情况下，系统分为停运模式、小新风模式、全新风模式、通风模式。在温度低于18℃时，打开通风模式；当温度高于18℃，焓值小于额定焓值时，打开全新风模式；当焓值大于额定焓值，打开小新风模式。通过此种控制，以达到节能和控制系统稳定平衡的目的。
然后，根据步骤2，一是通过调节系统末端即二通阀的开度来调节整个系统中冷风的流量；二是通过调节系统始端即风机的频率来调节风速。通过以上两种方法，来达到相对节能的要求。
以公共区焓值调节为例。在每天时间表刚刚开始的时候，我们都会把二通阀开到最大，然后每过一个小时会进行一下判断。当此风道所经过的房间的温度传感器传回PLC的温度比我们所设定的温度高时，我们将会对二通阀下达缩小四分之一开度的控制命令，反之，温度比设定的温度高时，会对二通阀下达增大四分之一开度的控制命令。
公共区的组合式空调箱和回排风机采用变频控制。二者的变频控制规律如下：
(f回×Q回)/50＝(f箱×Q箱)/50-Q新
注：f回-回排风机频率，Q回-回排风机工频风量(45659m3/h)，f箱-组合式空调箱频率，Q箱-组合式空调箱工频风量(60059m3/h)，Q新-小新风机风量(14400m3/h)
当此风道所经过的房间的温度传感器传回PLC的温度比我们所设定的温度高时，我们将空调机组的运行频率增大到50Hz，以增大风量；反之，温度比我们所设定的温度低时，我们将空调机组的运行频率缩小到30Hz。通过以上公式计算，我们可以得到此时空调机组频率所对应的回排风机的运行频率。
再根据步骤3，根据设置在冷冻水出水、回水总管上的温度传感器以及设置在供水管上的流量传感器，可以测定目前车站用冷功率。
式中，Q表示负荷；K表示常数；M表示流量(由设置在出水总管上的流量传感器测得)；T1表示回水总管温度(由设置在回水总管上的温度传感器测得)；T2表示供水总管温度(由设置在供水总管上的温度传感器测得)。
当车站运行一台冷机的情况下，用冷功率Q≥K1×冷机额定制冷功率，且车站温度高于控制目标时，启动第二台冷机。
当车站运行两台冷机，车站用冷功率＜K2×冷机额定制冷功率时，关闭一台冷机。以上K1＝0.85，K2＝0.4。
根据以上三个步骤，通过环境与设备监控系统进行软件的程序设计与编写，然后在车站中对整个车站进行监控，数据采集，计算。
空调系统制冷量Q空调系统(单位：kW)以及主机制冷量Q主机(单位：kW)计算公式如下：
Figure BDA0002611777850000131
Q空调系统＝Q一号主机+Q二号主机
式中，W主机为主机冷冻水流量；t主机回水、t主机供水分别为主机冷冻水回水温度、主机冷冻水出水温度；
空调系统能效比EERs计算公式如下：
Figure BDA0002611777850000132
式中，P空调系统、P主机、P冷冻水泵、P冷却水泵、P冷却塔、P大系统送风机、P大系统回排风机分别为地铁车站通风空调系统总有功功率、主机总有功功率、冷冻水泵总有功功率、冷却水泵总有功功率、冷却塔总有功功率、大系统送风机总有功功率、大系统回排风机总有功功率；
冷水机房综合能效比COPs计算公式如下：
Figure BDA0002611777850000133
以上计算公式为瞬时值计算方法，本期值计算方法同瞬时值。
定流量开机方法与风水联动控制方法分别如下：
定流量：将设备切换至就地手动模式，由人工自由选择开启一台主机以及相关辅机(冷冻水泵、冷却水泵各一台，冷却塔两台)，并冷冻水泵、冷却水泵为工频运行，冷却塔为高速运行，大系统送、回排风机定频频率(50Hz)。
风水联动：将设备切换至远程变频模式，人为从软件界面启动主机以及相关辅机，开启风水联动进化算法，由软件自动根据运行情况自动调节，包括自动选择效率较高主机运行、主机出口温度动态设置、冷冻水泵变频、冷却水泵变频、冷却塔自动调速、冷冻水阀自动调节、送/回排风机自动调节。
节能量＝定流量总耗电量-变流量总耗电量
节能率＝节能量/定流量总耗电量
表1
Figure BDA0002611777850000141
表2
Figure BDA0002611777850000142
采用软件统计数据进行自动控制如图4，得到设备能耗如表1、表2所示，对数据计算，节能46926.9kW·h。地铁站中的水系统和风系统的综合节能率在20％以上。

Claims (4)

1.一种地铁站风水联动节能优化方法，其特征在于，将设备管理用房通风空调系统称为小系统，将车站公共区通风空调系统称为大系统，优化步骤如下：
步骤1、大小系统工况自动控制：根据大小系统在不同时间段的焓值温度，对系统工况制定控制方案；
步骤2、大小系统温度自动控制：根据大小系统不同季节的温度变化，对系统中包括变频风机的设备制定控制方案；
步骤3、水系统控制：对包括水系统冷水机组、变频泵、电动蝶阀的设备制定控制方案。
2.根据权利要求1所述的地铁站风水联动节能优化方法，其特征在于，步骤1所述大小系统工况自动控制，具体如下：
将车站的工况分为空调工况和非空调工况，其中空调工况又分为小新风工况和全新风工况；
令Iw表示车站室外空气焓值，Iw根据新风温湿度计算得到；Ir表示车站回风空气焓值，Ir根据系统回风温湿度计算得到；To表示车站空调送风温度，To根据设计图纸指定；Tw为车站室外空气温度，Tw由新风温湿度传感器测得；
步骤1.1、Tw>To时，进入空调工况：
①小新风工况
当Ir<Iw进入小新风空调运行工况；
采用小新风空调工况运行，用小新风加一次回风运行；
②全新风工况
当Ir≥Iw进入全新风空调运行工况；
采用全新风空调运行，空调器处理室外新风后送至站厅和站台，回风则全部排出车站；
步骤1.2、当Tw≤To时，进入非空调工况：
进入全新风非空调运行工况，制冷系统停运，通风方式按照相关模式表进行控制；
小新风/全新风工况在“自动模式”下的切换由监控系统根据焓值参数判定并控制相应的风机进行平均值计算，并依据此平均值进行模式和工况转换控制；
监控系统根据每0.5～1小时对Tw的平均值计算并与To进行比较，作为进行空调季节与非空调季节的转换控制依据；
空调通风系统工况转换的关键是室内、外空气焓值的计算和比较判断；系统检测的是空气的干球温度和相对湿度信号；空气的焓值是由空气温湿度决定的，而温湿度每时每刻都在变化，因此焓值也随之变化；系统计算0.5～1小时内焓值的平均值，定期进行模式的控制和工况的转换控制；
焓值计算方法如下所示：
T＝273.15+t
ln(Pq,b)＝C8/T+C9+C10T+C11T2+C12T3+C13ln(T)
C8＝-5800.2206
C9＝1.3914993
C10＝-0.04860239
C11＝0.41764768×10-4
C12＝-0.14452093×10-7
C13＝6.5459673
Figure FDA0002611777840000021
d＝622Pq/(B-Pq)
I＝1.01t+0.001d(2501+1.84t)
其中：t为空气干球温度，单位℃；T为绝对温标，单位K；Pq,b为t温度下饱和水蒸气分压力，单位Pa；Pq为t温度下空气水蒸气分压力，单位Pa；B为实际的大气压力，单位Pa；
Figure FDA0002611777840000022
为空气相对湿度；d为空气含湿量，单位g/kg干空气；I为空气焓值，单位kJ/kg干空气；
根据现场采集的数据，通过计算得出焓值，判断焓值及温度的条件，按照步骤1.1、步骤1.2执行相应的模式。
3.根据权利要求1所述的地铁站风水联动节能优化方法，其特征在于，步骤2所述大小系统温度自动控制，具体如下：
大系统空调采用一次回风双风机、变频空调系统，其中送、回风机均设置变频器，小新风机不设变频器，定频运行；
步骤2.1、空调季控制方法如下：
对每一个车站的同一个空调空间，作为一个监控对象进行环境温度控制，即车站大系统作为一个控制对象；控制回路根据回风温度对车站站厅站台的室温进行PID调节；将站台计算平均温度作为反馈量，与设定值比较经PID输出，作用于执行器即风机变频器，调节风量，从而控制站厅的室温达到规定值；
在空调季节，车站站台能实现设计的温度与相对湿度，由于站厅、站台的自然结构，站厅温度会比站台高，BAS系统需要确定如下参数：
(1)站台设定温度；
(2)组合式空调器最低运行频率即车站最小送风量；
电动二通阀安装在组合式空调的回水管上，用来控制流经组合式空调的冷冻水流量，大系统环境温度通过改变送风量控制，通过控制二通阀开度，来保证组合式空调器送风温度恒定；
组合式空调、回排风机频率按照下式确定：
Figure FDA0002611777840000031
式中，f2为回排风机频率，f1为组合式空调送风频率，Q2为回排风机工频送风量，Q1为组合式空调工频送风量，Q3为小新风机送风量；
由上式，新风量Q3保持不变，站厅站台均设有CO2传感器，BAS均监视，当站内CO2浓度超过规定范围，则进行报警，提示CO2超标，手动确定是否进入全新风工况运行；
步骤2.2、通风季控制方法如下：
当外界环境温度低于19.5℃时，进入通风季工况运行；组合式空调运行频率仍以调节站台温度为目标变频运行，最低运行频率为25Hz；当组合式空调处于最低运行频率时，关闭排风机，采用机械送风加自然排风的方式运行；
步骤2.3、冬季通风控制方法如下：
当室外温度低于10℃，车站公共区通风空调系统转入冬季通风运行模式，当CO2探测器检测出的CO2浓度大于1.5‰或者室内外温度差高于设定值时，启动组合式空调器KT对车站进行通风；同时根据温差对送风机频率自动调节，以维持车站内外温差处于设定范围；当车站内外温差处于设定范围时，此时送风机以最低频率运行，切换至机械送风加自然排风模式运行，或者采用循环关闭送、排风机的间歇式通风模式运行；
步骤2.4、人工干预
当车站负荷出现超出阈值变化时，由人工干预，直接升至工频运行；
步骤2.5、小系统控制方法如下：
通过调节小系统组合式空调回水管上二通阀的开度，实现调节小系统回风温度，通过调节风量控制系统。
4.根据权利要求1所述的地铁站风水联动节能优化方法，其特征在于，步骤3所述水系统控制，具体如下：
BAS系统要求供水系统必须满足如下要求：
(1)在各空调用户最大负荷时，水系统能满足用户对冷冻水最大水量的要求；
(2)水系统各支路应能满足水力平衡的先决条件；
(3)分、集水器之间的旁通阀应该保证分集水器之间压差恒定，该压差应能满足各支路需求；
(4)系统各管路压力满足要求；
步骤3.1、冷水机组启动台数的控制，具体如下：
根据设置在冷冻水出水、回水总管上的温度传感器，以及设置在供水管上的流量传感器，测定目前车站用冷功率：
Q＝K×M×(T1-T2)
式中，Q为负荷；K为常数；M为流量，由设置在出水总管上的流量传感器测得；T1为回水总管温度，由设置在回水总管上的温度传感器测得；T2为供水总管温度，由设置在供水总管上的温度传感器测得；
当车站运行一台冷机的情况下，用冷功率Q≥K1×冷机额定制冷功率，且车站温度高于控制目标时，启动第二台冷机；
当车站运行两台冷机，车站用冷功率＜K2×冷机额定制冷功率时，关闭一台冷机；以上K1＝0.85，K2＝0.4；
冷机启动关闭次数参照冷机的运行时间；
要求冷机能向BAS系统提供：
(1)车站冷机的额定制冷功率；
(2)车站冷机的负荷性能、参数；
(3)冷机能够向BAS系统传送冷机运行时间；
步骤3.2、冷冻/却水泵变频控制方法，具体如下：
对冷冻/却水泵进行变频调节，明确冷水机组正常工作最小冷冻/却水量以及对应的冷冻/却水泵最低运行频率，在调试过程中确定变频泵的频率上限；
由于冷冻/却水泵为各空调系统供冷，而末端二通阀用于调节流经各空调器的冷冻/却水流量，改变冷冻/却水泵频率和改变二通阀开度均能影响流经空调器的冷冻水流量，为了实现最大程度的节能，采用调节冷冻/却水泵频率的方法，首先在调试过程中明确冷冻/却水泵运行频率与各支路流量之间的关系，然后在调节逻辑中建立冷冻/却水泵运行频率与各支路流量、二通阀开度与各支路流量的对应关系，最后根据现场的流量，对水泵频率和二通阀开度进行控制；根据现场流量的最大值设定一个额定值，当流量超过这个额定值，减小水泵的频率，同时减小二通阀的开度；反之，增大水泵的频率，同时增大二通阀的开度，在始端和末端同时控制流量大小。
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