CN113566342B - 地铁车站通风空调系统节能装置及控制方法 - Google Patents

地铁车站通风空调系统节能装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地铁车站通风空调系统节能装置及控制方法，主要解决现有地铁通风系统空调系统耗能高的问题。该系统包括配设于站厅至站台楼梯或扶梯口处的多功能楼扶梯岛式送风单元，设置于地铁车站出入口通道处具备空气处理和空气幕功能的车站通道多功能空气处理机组，设置于车站行车隧道两端的列车活塞风节流装置，以及利用列车制动能量驱动风机装置。本发明首先通过减少列车行驶过程中形成的活塞风效应对车站公共区的影响，同时增加车站出入口通道的空气阻力、从而减少地铁车站隧道和室外空气与地铁公共区的热质交换，进而大大减小公共区空调冷负荷；其次通过减少输配能耗、选择最佳冷冻水出水温度，提高运行能效，达到节能的效果。

Description

地铁车站通风空调系统节能装置及控制方法
技术领域
本发明涉及地铁通风节能技术领域，具体地说，是涉及一种地铁车站通风空调系统节能装置及控制方法。
背景技术
目前设置有空调系统的房间，为节约能源、减少能耗，通常要求空调区域相对密闭。地铁出入口通道除了空调季节应具备良好的室内外空气隔离能力外，遇到客流高峰及火灾时，通道内不能有障碍物影响通行能力，再加上幕帘容易引起疾病传播，因此只能采用空气幕减少车站渗漏风量。但是，由于列车的活塞风效应，仅靠出入口通道设置的常规空气幕机不能起到有效隔离室内外空气的目的。地铁车站站台设置有屏蔽门，而各屏蔽门单元之间存在缝隙，地铁列车在区间隧道行驶过程中产生的活塞风会使车站公共区与区间隧道之间的空气互相流动。列车出站时室外空气会通过车站出入口通道流入车站公共区、同时站台公共区的空气通过屏蔽门缝隙进入区间隧道；列车进站时隧道内的空气通过屏蔽门缝隙进入车站公共区、同时车站公共区的空气会通过车站出入口通道流到室外大气，因此列车活塞风效应会造成空调系统大量的能源浪费。经现场测试及理论计算，设置屏蔽门系统的典型地铁车站，夏季列车活塞风效应形成空调冷负荷约占整个公共区空调负荷的30％～50％。
地铁车站的空气处理量大，组合式空调组、回/排风机布置通常在车站两端的空调机房内，送风系统和排风系统的空气输配距离均为80～150m。长距离、大风量的空气输配导致风机功率大，通风系统运行能耗高。
地铁车站及隧道仅通过活塞风井和出入口与室外连通，空间体积大，相对比较封闭，具备缺乏日光照射、空气湿度大、空气污染物累积的工程特点，不利于环境污染物的稀释。地铁及区间隧道空气中粉尘含量大，环境中常充斥携带细菌真菌等微生物气溶胶的污染，容易引起疾病传播。另外，由于列车与轨道摩擦和刹车系统形成超细颗粒物等原因，隧道重金属浓度经常出现超过当地土壤背景值的情形。
地铁车站仅在组合式空调机组内设置有过滤器、空气净化装置，车站及隧道的其他部位均没有设置空气处理措施。非空调季地铁车站内的含湿量、颗粒物、微生物等浓度超过环境卫生要求时，只能通过开启车站公共区的组合式空调机组和回/排风井进行通风换气和空气净化处理。但是，配电功率高的通风空调系统导致运行成本高昂，经济性差。
同时地铁站间距较短，列车启动、制动频繁，约40％的能量被浪费，可回收的制动能量可观。采用逆变回馈式不能完成对制动能量的完全利用，仍需配置制动电阻。该部分电阻式再生制动吸收的电能未被有效利用，能量被电阻以发热的形式消耗掉，存在一定的能源浪费，并且散发的热量会加重车站空调和通风设施的负担。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地铁车站通风空调系统节能装置及控制方法，主要解决现有地铁通风空调系统耗能高的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种地铁车站通风空调系统节能装置，包括配设于站厅至站台楼梯或扶梯口处的多功能楼扶梯岛式送风单元，设置于地铁车站出入口通道处具备空气处理和空气幕功能的车站通道多功能空气处理机组，设置于车站行车隧道两端的地铁隧道列车活塞风节流装置，以及利用列车制动能量驱动风机的装置。
进一步地，所述多功能楼扶梯岛式送风单元由设置于楼扶梯空间上方的站厅楼板上的多个立式模块化空调送风机组构成；单个所述立式模块化空调送风机组包括固定于站厅楼板上的立式外机壳，设置于立式外机壳侧面下端的第一进风口，设置于立式外机壳顶部的第二进风口，设置于立式外机壳侧面上端的多个第一喷口，设置于立式外机壳底部贯穿站厅楼板的用于向站台层送风的送风孔，以及设置于立式外机壳内的可逆转风机；其中，所述第一进风口、第二进风口处均设置有第一过滤器。
进一步地，所述车站通道多功能空气处理机组由设置于地铁出入口吊顶通道内的多个卧式模块化空调送风机组构成；单个所述卧式模块化空调送风机组包括地铁出入口吊顶通道上的卧式外机壳，设置于卧式外机壳朝向地铁出入口一端的进风管，设置于卧式外机壳内的隔板，设置于隔板上方的机组回风道，设置于卧式外机壳朝向站厅一侧并与机组回风道连通的第三进风口，设置于隔板下方的卧式外机壳空间内的风机，设置于卧式外机壳朝向站厅一侧并与风机所在的卧式外机壳连通的第二喷口，以及设置于卧式外机壳朝向地铁通道面一侧的多个条缝喷口；其中，所述风机所在的外机壳通道内靠近进风管一端设置有第二过滤器和电子净化装置，且所述地铁出入口通道内还设置有风速传感器。
进一步地，所述地铁隧道列车活塞风节流装置包括在列车隧道内靠近两端车站的活塞风井处设置的活塞风挡流墙；所述活塞风挡流墙中部预留有列车通过的门洞，所述门洞大于列车区间隧道内的列车限界的外轮廓。
进一步地，所述利用列车制动能量驱动装置包括并联于地铁机车供电系统的逆变装置，与逆变装置相连的隔离变压器，以及与隔离变压装置相连的隧道排风机；所述逆变装置包括与隔离变压器输入端相连的信号处理器，与信号处理器相连的PI控制器，与PI控制器相连的SPWM控制器，与SPWM控制器相连的驱动回路，以及控制信号接收端与驱动回路相连的PWM逆变器；其中，PWM逆变器的输入端并联于地铁机车供电系统中，PWM逆变器的输出端与隔离变压器的输入端相连。
进一步地，所述第一进风口、第二进风口、送风孔、第一喷口、进风管末端、第三进风口、第二喷口及条缝喷口处均设置有电动风阀。
进一步地，所述可逆转风机和风机的前后两端还设置有消声器；所述可逆转风机和风机的进风一端还设置有表冷器。
进一步地，所述PWM逆变器与隔离变压器之间还连接有LC滤波器。
本发明还提供了一种地铁车站通风空调系统节能装置的控制方法，适用于上述地铁车站通风空调节能系统，适用于上述地铁车站通风空调系统节能装置，包括如下措施：
(S1)采用车站通道多功能空气处理机组、地铁隧道列车活塞风节流装置和利用列车制动能量驱动风机装置减少地铁车站通风空调系统的冷负荷需求；
(S2)采用地铁车站多功能楼扶梯岛式送风单元和车站通道多功能空气处理机组减少地铁车站通风空调系统的总配电功率；
(S3)根据地铁车站室内的设计温度和湿度、室外温度和湿度及室内空调负荷，动态调整冷水机组的出水温度，确定冷冻水供水温度，提高地铁车站通风空调系统中冷水机组的等效等级，从而获得最佳的地铁车站通风空调系统能效。
进一步地，在本发明中，所述冷冻水供水温度的计算公式为：
t0＝COP实·(273+tk)/(k+COP实)+Δt0―273≤tN―8.5
其中，t0为冷冻水供水温度；COP实为冷水机组制冷系数；tk为冷水机组冷凝温度；k为修正系数；Δt0为蒸发器侧实际温差；tN为站台空气设计计算干球温度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明首先通过减少列车行驶过程中形成的活塞风效应对车站公共区的影响，同时增加车站出入口通道的空气阻力、从而减少地铁车站隧道和室外空气与地铁公共区的热质交换，进而大大减小公共区空调冷负荷。其次，优化空调末端设置位置，将空调送风末端设置于空调房间内，大幅度减少了通风空调系统空气输配系统配电总容量，达到节能的效果。
(2)本发明中，地铁车站多功能楼扶梯岛式送风单元通过将多个立式模块化空调送风机组设置在站厅至站台的楼扶梯口部位置，除了常规空调末端机组功能外，具备往站台公共区送风的独特功能。该装置同时具备空调送风、通风送风、净化、兼做站台排烟补风等功能。且本发明取消了长距离的送风管及排风管，大大减少了通风空调系统风系统输配能耗。
(3)本发明中，地铁车站多功能楼扶梯岛式送风单元在非空调季可以单独开启，可作为室内空气净化单元使用，克服了开启组合式空调机组耗电量大的缺点。同时，当站台空气质量不满足人员卫生要求时，本装置风机逆转开启，“接力”车站出入口通道进入的新风送至站台公共区，满足站台人员的新风量要求。
(4)站台火灾时，本发明中地铁车站多功能楼扶梯岛式送风单元风机逆转，送风方向由站厅层沿楼梯口至站台层，利用本装置即可实现“站厅至站台的楼梯或扶梯口处具有不小1.5m/s的向下气流”或同等功能要求，不需要采用将排热系统接入站台公共区等其他工程措施，简化了站台排烟系统设计。
(5)本发明中地铁车站出入口通道多功能空气处理机组通过在空调机组进风端与出风端分别设置有两个电动阀门。通过阀门的开启及切换，可同时具备空气处理、空气幕、室外空气引入的功能。对于空调季，在列车进出站过程中，本装置向下送风，通过形成的多重空气幕，增加通道空气的流动阻力，有效隔离室内外空气交换，进而减少空调负荷。当列车形成的活塞风效应对地铁车站出入口通道基本没有影响时，本装置向前送风至站厅公共区，进而对公共区进行冷却降温。对于非空调季本装置可将室外新鲜空气由出入口通道送至站厅公共区，提供给车站人员新风量要求。而当站台发生火灾时，本装置为通风工况运行，可以克服室外空气由出入口、站厅流向站台公共区的空气阻力，增加补风通路的空气动力，满足消防补风的要求。
(6)当地铁车站列车区间隧道设置活塞风节流装置后，活塞风经节流装置进入前方隧道的阻力增加、流量减小，对应通过活塞风道流至室外大气的空气流量值增加。当列车通过节流装置时，由于列车车厢的遮挡，该通风支路的过风净面积最小、空气流动阻力最大，此时列车形成的活塞风流至室外的流量达到最大，节流装置的作用最为明显。这样能够大大降低夏季列车活塞风效应给空调系统带来的高负荷。
(7)本发明列车制动能量驱动装置中将车辆制动所产生的能量经过DC/AC逆变器再经过隔离变压器调整为需要的电压，供给地铁车站隧道风机或排热风机的风机等用电装置使用，是一种以近乎为零的耗电费用驱动风机的能量利用装置，避免了制动能量被消耗浪费掉，起到节能环保作用。当列车在进站制动过程中，利用列车制动能量驱动风机，把更多的活塞风排除站外，一方面可以增加地铁区间隧道通风换气量、减小地铁车站空调冷负荷，起到节能减排的作用；另一方面，通过本装置可以平衡高压电网电压，避免列车制动能量对高压电网造成冲击。
(8)本发明列车制动能量驱动装置通过设置LC滤波器，能够对逆变器输出的交流电中含有大量的谐波进行滤波，同时为防止逆变器某一桥臂发生短路故障时直流电进入交流侧，在输出端加一个隔离变压器，进行隔离。
(9)本发明列车制动能量驱动装置中的控制回路采用SPWM控制策略，使用数字式比例积分PI控制器进行电压控制，控制电路把逆变后的三相电反馈回控制器，经过数字处理器DSP进行分析计算，通过驱动回路控制PWM的IGBT导通和关断，调节出正弦波电路。控制器还可以通过控制IGBT的通断频率，调制出不同频率的正弦电路，如0～50Hz的电，进而可以对风机可以进行变频启动，不会对电网造成冲击。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中多功能楼扶梯岛式送风单元在地铁站内安装的剖面结构示意图。
图3为本发明中多功能楼扶梯岛式送风单元在地铁站内安装的俯视结构示意图。
图4为本发明中车站通道多功能空气处理机组在地铁站内安装的纵剖面结构示意图。
图5为本发明中车站通道多功能空气处理机组在地铁站内安装的横剖面结构示意图。
图6为本发明中列车活塞风节流装置的结构示意图。
图7为本发明中列车活塞风节流装置的平面结构示意图。
图8为本发明中列车活塞风节流装置的剖面结构示意图。
图9为本发明中利用列车制动能量驱动风机装置的整体结构原理图。
图10为本发明中利用列车制动能量驱动风机装置的逆变装置的原理框图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-多功能楼扶梯岛式送风单元，2-车站通道多功能空气处理机组，3-地铁隧道列车活塞风节流装置，4-电动风阀，5-消声器，6-表冷器，10-立式模块化空调送风机组，11-外机壳，12-第一进风口，13-第二进风口，14-第一喷口，15-送风孔，16-可逆转风机，17-第一过滤器，20-卧式模块化空调送风机组，21-外机壳，22-进风管，23-隔板，24-机组回风道，25-第三进风口，26-风机，27-第二喷口，28-条缝喷口，29-第二过滤器，210-电子净化装置，211-风速传感器，30-活塞风井，31-活塞风挡流墙，32-门洞，40-站厅结构顶板，41-站厅吊顶，42-站台吊顶，43-挡烟垂壁，44-楼扶梯，45-站台面，46-楼板，47-通道结构顶板，48-结构底板，49-出入口通道吊顶，50-站厅公共区吊顶，51-站厅，52-出入口通道，53-地铁出入口，54-地铁列车，55-列车限界。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1所示，本发明公开的一种地铁车站通风空调系统节能装置，包括配设于站厅至站台楼梯或扶梯口处的多功能楼扶梯岛式送风单元1，设置于地铁车站出入口通道处具备空气处理和空气幕功能的车站通道多功能空气处理机组2，设置于车站行车隧道两端的地铁隧道列车活塞风节流装置3，以及利用列车制动能量驱动风机装置。该系统首先通过减少列车行驶过程中形成的活塞风效应对车站公共区的影响，同时增加车站出入口通道的空气阻力、从而减少地铁车站隧道和室外空气与地铁公共区的热质交换，进而大大减小公共区空调冷负荷。其次，优化空调末端设置位置，将空调送风末端设置于空调房间内，大幅度减少了通风空调系统空气输配系统配电总容量。当列车在进站制动过程中，利用列车制动能量驱动风机，把更多的活塞风排出站外，一方面可以增加地铁区间隧道通风换气量、减小地铁车站空调冷负荷，起到节能减排的作用；另一方面，通过本装置可以平衡高压电网电压，避免列车制动能量对高压电网造成冲击。
在本实施例中，如图2、3所示，常见的地铁站上有站厅结构顶板40、站厅吊顶41，中间有楼板46支撑的站台层，楼板下方有站台吊顶42，且一侧设置有挡烟垂壁43，站厅层下方为站台层，站厅层通过楼扶梯44下到站台面45。在本系统中，地铁车站多功能楼扶梯岛式送风单元由设置于楼扶梯空间上方的站厅楼板上的四个立式模块化空调送风机组10构成。四个立式模块化空调送风机组10成一线排列，中间的两个机组前后两个方向出风，边上的两个机组从三个方向出风。该送风单元可以同时向站厅层和站台层送风。
所述多功能楼扶梯岛式送风单元由设置于楼扶梯空间上方的站厅楼板上的多个立式模块化空调送风机组10构成；单个所述立式模块化空调送风机组10包括固定于站厅楼板上的立式外机壳11，设置于立式外机壳11侧面下端的第一进风口12，设置于立式外机壳11顶部的第二进风口13，设置于立式外机壳11侧面上端的多个第一喷口14，设置于立式外机壳11底部贯穿站厅楼板的用于向站台层送风的送风孔15，以及设置于立式外机壳11内的可逆转风机16；其中，所述第一进风口12、第二进风口13处均设置有第一过滤器17。
在本实施例中，所述第一进风口12、第二进风口13、送风孔15、第一喷口14处均设置有电动风阀4，且将对应位置的电动风阀分别记为电动风阀A、电动风阀B、电动风阀C、电动风阀D。
在空调使用季节，电动风阀A和电动风阀D开启、电动风阀C和电动风阀B关闭。空调机组内的风机正转，风机提供空气流动的动力，室内空气流经第一进风口12，首先由第一进风口12设置的第一过滤器17对空气进行净化处理，然后空气流经开启的电动风阀，再通过表冷器6对空气进行冷却除湿，空气处理后的冷空气通过开启的电动风阀D，通过第一喷口14送至空调房间。通过以上过程达到对站厅进行空调降温的目的。且在本发明中，所述立式外机壳11内位于风机16的上下两端均设置有消声器5。风机运行过程中产生的噪音由设置在前后的消声器进行处理，使设备运行噪音满足要求。
对于通风季节：电动风阀B和电动风阀C开启、电动风阀A和电动风阀D。空调机组内的风机逆转，风机提供空气流动的动力，室内空气流经第二进风口13，首先由第二进风口13处设置的第一过滤器17对空气进行净化处理，然后空气流经电动风阀B，通过送风孔15下方设置的送风导流扩散装置后，将站厅的空气送至站台层。
当站台层发生火灾时：电动风阀B和电动风阀C开启、电动风阀A和电动风阀D关闭。空调机组内的风机逆转，风机提供空气流动的动力，室内空气流经第二进风口13，首先由第一过滤器17、对空气进行净化处理，然后空气流经开启的电动风阀，通过送风导流扩散装置后，将站厅的空气送至站台层。实现《地铁设计规范》(GB50157)和《地铁设计防火标准》(GB51298)等国家规范标准等要求，即：地铁站台发生火灾时，站厅至站台的楼梯或扶梯口处应具有不小1.5m/s的向下气流。
此外，在本实施例中，所述外机壳11的外立面设置有送风单元外装饰。送风单元外装饰可集成广告显示屏或灯箱、商品自动售卖装置、乘客自助服务等功能。
如图4、5所示，对于地铁车站通道区域，地铁站通道的结构包括站厅结构顶板40、通道结构顶板47、出入口通道吊顶49、结构底板48、站厅公共区吊顶50、站厅51及出入口通道52。本系统中的出入口通道多功能空气处理机组，由设置于地铁出入口吊顶通道内的五个卧式模块化空调送风机组20构成。四个立式模块化空调送风机组1成一线排列，用于向站厅层和出入口通道送风。
在本实施例中，所述车站通道多功能空气处理机组由设置于地铁出入口吊顶通道内的多个卧式模块化空调送风机组20构成；单个所述卧式模块化空调送风机组20包括地铁出入口吊顶通道上的卧式外机壳21，设置于卧式外机壳21朝向地铁出入口一端的进风管22，设置于卧式外机壳21内的隔板23，设置于隔板23上方的机组回风道24，设置于卧式外机壳21朝向站厅一侧并与机组回风道24连通的第三进风口25，设置于隔板23下方的卧式外机壳21空间内的风机26，设置于卧式外机壳21朝向站厅一侧并与风机26所在的卧式外机壳21连通的第二喷口27，以及设置于卧式外机壳21朝向地铁通道面一侧的多个条缝喷口28；其中，所述风机所在的外机壳21通道内靠近进风管22一端设置有第二过滤器29和电子净化装置210，且所述地铁出入口通道内还设置有风速传感器211。所述进风管22末端、第三进风口25、第二喷口27及条缝喷口28处均设置有电动风阀4，并将其对应的的电动风阀10风别记为电动风阀E、电动风阀F、电动风阀G、电动风阀H。
在空调季节：电动风阀E关闭、电动风阀F开启，根据实际工况选择开启电动风阀G与电动风阀H。当风速传感器211监测到地铁出入口通道内的空气流速小于设定值V0时，电动风阀G开启、电动风阀H关闭。站厅空气流经进风口、通过电动风阀F、经过机组回风道24后，由风机26前端设置的第二过滤器29及电子净化装置210对空气进行净化处理，通过表冷器6对空气进行冷却除湿，空气处理后的冷空气通过开启的电动风阀G，通过第二喷口27送至站厅。通过以上过程达到对站厅进行空调降温的目的。
当列车进站或则出站，列车行驶过程中产生的活塞风效应会引起车站出入口通道空气流动。当风速传感器E监测到地铁出入口通道内的空气流速大于设定值V0时，变频风机高速运转，电动风阀H开启、电动风阀G关闭。站厅空气流经第三进风口25、通过电动风阀F、经过机组回风道24后，第二过滤器29及电子净化装置210对空气进行净化处理，通过表冷器6对空气进行冷却除湿，空气处理后的冷空气通过开启的电动风阀H后，空气垂直于地面高速喷出，形成多重空气幕，从而起到增加通道内空气流动阻力、有效隔离室内外空气交换，进而减少车站空调负荷的目的。通过以上过程达到对站厅进行空调降温、形成的空气幕可有效隔离室内外空气，可以大大减少空调负荷。
对于通风季节：电动风阀E及电动风阀G开启、电动风阀F及电动风阀H关闭。站厅空气流经进风管22，经过第二过滤器29及电子净化装置210对空气进行净化处理后，通过第二喷口27送至站厅。通过此过程，可以将室外新鲜空气经处理后送至地铁站厅，提供站厅人员所需的新风量要求。
且在本系统中，所述风机26的前后两端也设置有消声器5。风机运行过程中产生的噪音由设置在前后的消声器进行处理，使设备运行噪音满足要求。
如图6～8所示，在本系统中，所述地铁隧道列车活塞风节流装置3包括在列车隧道内靠近两端车站的活塞风井30处设置的活塞风挡流墙31；所述活塞风挡流墙31中部预留有列车通过的门洞32，所述门洞32大于列车区间隧道内的列车限界的外轮。；所述活塞风挡流墙31中部预留有列车通过的门洞32，所述门洞32大于列车区间隧道内的列车限界的外轮廓。当列车进站过程中，列车产生的活塞风一部分通过车站活塞风井30排至室外，另一部分沿地铁列车54行驶方向流动，列车产生的该部分活塞风通过屏蔽门缝隙或开启的屏蔽门流至站台公共区。车站轨行区进站端设置的地铁隧道列车活塞风节流装置可以增加活塞风流向车站和隧道的空气流动阻力，使更多的活塞风通过进站端活塞风道流至室外。
当列车在出站过程中，由于列车向前运行产生的活塞风作用，站台公共区的冷空气通过屏蔽门缝隙或开启的屏蔽门流至区间隧道，同时室外空气由活塞风道进入区间隧道。车站轨行区出站端设置的地铁隧道列车活塞风节流装置增加了站台公共区的冷空气进入区间隧道的阻力，使更多的室外空气通过出站端活塞风道进入区间隧道，进而减少地铁车站公共区空调负荷。
根据流体力学原理，两个并联的通风管路，当主管路的流量不变时，通风支路间的流量比例与其管路的阻力成反比。当其中一个通风支路的阻力增大时，该通风支路的空气流量将减小，与此同时，另一个通风支路的空气流量将会增大。相应的，当地铁车站列车区间隧道设置活塞风节流装置后，活塞风经节流装置进入前方隧道的阻力增加、流量减小，对应通过活塞风道流至室外大气的空气流量值增加。当列车通过节流装置时，由于列车车厢的遮挡，该通风支路的过风净面积最小、空气流动阻力最大，此时列车形成的活塞风流至室外的流量达到最大，节流装置的作用最为明显。
目前大部分城市地铁牵引都使用35KV或10KV电网，经过牵引整流变压器，再进行12脉冲波整流输出直流1500V或750V给机车供电。再生制动能量装置是并联在1500V直流或750V直流系统中，经过逆变成交流，再经过变压器调压，调制成400V的交流电，就可以给风机使用。
如图9、10所示，在本系统中，所述利用列车制动能量驱动风机装置包括并联于地铁机车供电系统的逆变装置，与逆变装置相连的隔离变压器，以及与隔离变压装置相连的隧道排风机；所述逆变装置包括与隔离变压器输入端相连的信号处理器，与信号处理器相连的PI控制器，与PI控制器相连的SPWM控制器，与SPWM控制器相连的驱动回路，以及控制信号接收端与驱动回路相连的PWM逆变器；其中，PWM逆变器的输入端并联于地铁机车供电系统中，PWM逆变器的输出端与隔离变压器的输入端相连。
在本实施例中，PWM逆变器由6个IGBT构成桥路，将直流换成交流电。控制回路采用SPWM控制策略，使用数字式比例积分PI控制器进行电压控制，控制电路把逆变后的三相电反馈回控制器，经过数字处理器DSP进行分析计算，通过驱动回路控制PWM的IGBT导通和关断，调节出正弦波电路。控制器还可以通过控制IGBT的通断频率，调制出不同频率的正弦电路，如0～50Hz的电，进而可以对风机可以进行变频启动，不会对电网造成冲击。并且由于逆变器输出的交流电含有大量的谐波，所以设置LC滤波器进行滤波，同时为防止逆变器某一桥臂发生短路故障时直流电进入交流侧，在输出端加一个隔离变压器，进行隔离。
本系统使用地铁列车进站制动过程中产生的能量，进行逆变整流输出400V0～50HZ的交流电，供给地铁车站的隧道风机或排热风机使用，使更多的活塞风排出站外，一方面可以增加地铁区间隧道通风换气量、减小地铁车站空调冷负荷，起到节能减排的作用；另一方面，通过本装置可以平衡高压电网电压，避免列车制动能量对高压电网造成冲击。
本发明还提供了一种地铁车站通风空调节能系统的控制方法，用于获得地铁车站通风系统最佳的空调系统能效，包括如下措施：
(S1)采用车站通道多功能空气处理机组、地铁隧道列车活塞风节流装置和利用列车制动能量驱动风机装置减少地铁车站通风空调系统的冷负荷需求；
(S2)采用地铁车站多功能楼扶梯岛式送风单元和车站通道多功能空气处理机组减少地铁车站通风空调系统的总配电功率；
(S3)根据地铁车站室内的设计温度和湿度、室外温度和湿度及室内空调负荷，动态调整冷水机组的出水温度，确定冷冻水供水温度，提高地铁车站通风空调系统中冷水机组的等效等级，从而获得最佳的地铁车站通风空调系统能效。
具体地，地铁车站属地下建筑，公共区空调系统的设计仅满足“过渡性舒适”要求即可，室内设计温度较常规的舒适性空调高3～4℃，室内空气相对湿度为40％～70％，空调末端机组理应具备更高的送风温度。再加上多功能楼扶梯岛式送风单元、车站通道多功能空气处理机组以及其他房间空气处理机组均设置在空调房间内，风系统输送能耗大大降低，为降低空调送风温差提供了可能。
《城市轨道交通通风空气调节与供暖设计标准》(GB/T 51357)规定，地下车站公共区中站厅的室内空气设计温度不应超过30℃，公共区中站台的空气设计温度应低于站厅的空气设计温度1℃～2℃，站厅及站台的空气相对湿度均应为40％～70％。当地铁站厅取规范要求的上限空调室内设计温度30℃、相对湿度70％时，室内空气的露点温度为24.0℃；站台取规范要求的上限空调室内设计温度取29℃、相对湿度70％，此时室内空气的露点温度为22℃。考虑到5～6℃的送风温差，实际的空调送风温度取23～24℃即可满足降温要求。再考虑3～4℃的换热温差，对应的冷冻水供水温度可取19～20℃，此时冷冻水温满足空调系统的降温除湿要求。
根据逆卡诺循环制冷系数ε计算公式：ε＝To/(Tk-To),Tk为冷凝温度(K)，To为蒸发温度(K)。提高To、Tk保持不变的话，εc值将会提高。经测算，冷冻水供回水温度为7/12℃、冷却水供回水温度为30/35℃的条件下，冷水机组理论最高性能系数COP为8.7。如果采用冷水温度为19/24℃的高温冷水机组，同样的条件下，冷水机组理论最高性能系数COP为15.5，因此采用19℃供水温度的高温冷水机组能效远高于常规冷水机组的能效。由此可见，在满足空调送风温度要求的前提下，尽量提高冷水机组的出水温度，是提高制冷机组能效的有效途径。
高温冷水机组的出水温度范围为12～20℃，实际运行过程中，根据室内设计温度和湿度、室内空调负荷、室外温度和湿度等，动态调整冷水机组的出水温度，根据以上公式确定最佳的冷冻水供水温度，从而使冷水机组处于高效能效最优。
其中，冷冻水供水温度确定公式为：
t0＝COP实·(273+tk)/(k+COP实)+Δt0―273≤tN―8.5
t0───冷冻水供水温度，℃
COP实───冷水机组制冷系数
tk───冷水机组冷凝温度，℃
k───修正系数
Δt0───蒸发器侧实际温差，℃
tN───站台空气设计计算干球温度，℃
若某地铁车站站台空调室内设计计算干球温度tN为确定值，冷水机组冷凝温度tk以及不同负载条件下的冷水机组制冷系数COP实为定值，修正系数k与蒸发器侧实际温差Δt0根据历史运行数据得到。由公式t0＝COP实·(273+tk)/(k+COP实)+Δt0―273(℃)，可求得对应的冷冻水供水温度，只要t0≤tN―8.5(℃)，便为此工况下空调系统能效最佳的最佳冷冻水供水温度。冷水机组可以根据不同的负荷负载，调整对应的冷冻水供水温度，从而获得最佳的空调系统能效。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种地铁车站通风空调系统节能装置，其特征在于，包括配设于站厅至站台楼梯或扶梯口处的多功能楼扶梯岛式送风单元(1)，设置于地铁车站出入口通道处具备空气处理和空气幕功能的车站通道多功能空气处理机组(2)，设置于车站行车隧道两端的地铁隧道列车活塞风节流装置(3)，以及利用列车制动能量驱动风机装置；
所述多功能楼扶梯岛式送风单元由设置于楼扶梯空间上方的站厅楼板上的多个立式模块化空调送风机组(10)构成；单个所述立式模块化空调送风机组(10)包括固定于站厅楼板上的立式外机壳(11)，设置于立式外机壳(11)侧面下端的第一进风口(12)，设置于立式外机壳(11)顶部的第二进风口(13)，设置于立式外机壳(11)侧面上端的多个第一喷口(14)，设置于立式外机壳(11)底部贯穿站厅楼板的用于向站台层送风的送风孔(15)，以及设置于立式外机壳(11)内的可逆转风机(16)；其中，所述第一进风口(12)、第二进风口(13)处均设置有第一过滤器(17)；
所述车站通道多功能空气处理机组由设置于地铁出入口吊顶通道内的多个卧式模块化空调送风机组(20)构成；单个所述卧式模块化空调送风机组(20)包括地铁出入口吊顶通道上的卧式外机壳(21)，设置于卧式外机壳(21)朝向地铁出入口一端的进风管(22)，设置于卧式外机壳(21)内的隔板(23)，设置于隔板(23)上方的机组回风道(24)，设置于卧式外机壳(21)朝向站厅一侧并与机组回风道(24)连通的第三进风口(25)，设置于隔板(23)下方的卧式外机壳(21)空间内的风机(26)，设置于卧式外机壳(21)朝向站厅一侧并与风机(26)所在的卧式外机壳(21)连通的第二喷口(27)，以及设置于卧式外机壳(21)朝向地铁通道面一侧的多个条缝喷口(28)；其中，所述风机所在的卧式 外机壳(21)通道内靠近进风管(22)一端设置有第二过滤器(29)和电子净化装置(210)，且所述地铁出入口通道内还设置有风速传感器(211)；
所述地铁隧道列车活塞风节流装置(3)包括在列车隧道内靠近两端车站的活塞风井(30)处设置的活塞风挡流墙(31)；所述活塞风挡流墙(31)中部预留有列车通过的门洞(32)，所述门洞(32)大于列车区间隧道内的列车限界的外轮廓。
2.根据权利要求1所述的地铁车站通风空调系统节能装置，其特征在于，所述利用列车制动能量驱动装置包括并联于地铁机车供电系统的逆变装置，与逆变装置相连的隔离变压器，以及与隔离变压装置相连的隧道风机或排热风机；所述逆变装置包括与隔离变压器输入端相连的信号处理器，信号处理器采用PI和SPWM控制算法，控制驱动回路相连的PWM逆变回路；其中，PWM逆变器的输入端并联于地铁机车供电系统中，PWM逆变器的输出端与隔离变压器的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的地铁车站通风空调系统节能装置，其特征在于，所述第一进风口(12)、第二进风口(13)、送风孔(15)、第一喷口(14)、进风管(22)末端、第三进风口(25)、第二喷口(27)及条缝喷口(28)处均设置有电动风阀(4)。
4.根据权利要求3所述的地铁车站通风空调系统节能装置，其特征在于，所述可逆转风机(16)和风机(26)的前后两端还设置有消声器(5)；所述可逆转风机(16)和风机(26)的进风一端还设置有表冷器(6)。
5.根据权利要求4所述的地铁车站通风空调系统节能装置，其特征在于，所述PWM逆变器与隔离变压器之间还连接有LC滤波器。
6.一种地铁车站通风空调系统节能装置的控制方法，其特征在于，适用于如权利要求1～5任一项所述的地铁车站通风空调系统节能装置，包括如下措施：
(S1)采用车站通道多功能空气处理机组、地铁隧道列车活塞风节流装置和利用列车制动能量驱动风机装置减少地铁车站通风空调系统的冷负荷需求；
(S2)采用地铁车站多功能楼扶梯岛式送风单元和车站通道多功能空气处理机组减少地铁车站通风空调系统的总配电功率；
(S3)根据地铁车站室内的设计温度和湿度、室外温度和湿度及室内空调负荷，动态调整冷水机组的出水温度，确定冷冻水供水温度，提高地铁车站通风空调系统中冷水机组的等效等级，从而获得最佳的地铁车站通风空调系统能效。
7.根据权利要求6所述的一种地铁车站通风空调系统节能装置的控制方法，其特征在于，所述冷冻水供水温度的计算公式为：
t0＝COP实·(273+tk)/(k+COP实)+Δt0―273≤tN―8.5
其中，t0为冷冻水供水温度；COP实为冷水机组制冷系数；tk为冷水机组冷凝温度；k为修正系数；Δt0为蒸发器侧实际温差；tN为站台空气设计计算干球温度。
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