CN115143551A - 基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，涉及地铁通风空调系统技术领域。该基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，包括冷冻水变流量运行控制、冷却水变流量控制、冷却塔节能运行控制、冷水机组节能运行控制、湿度独立运行控制、新风节能控制以及大系统变风量运行控制，所述系统还包括结合时间表进行空调水系统模式、大系统模式的切换，根据室内、外的空气焓值进行大系统模式的切换。本发明，控制系统可以做到提升通风空调系统的能效，同时也可以降低系统运行能耗，提升车站公共区空气品质。

Description

基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统
技术领域
本发明涉及地铁通风空调系统技术领域，具体为基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统。
背景技术
地铁车站通风空调系统的日常运行能耗较大，约占整个车站动照能耗的 45％，BAS系统是地铁车站对机电设备进行集中监视、控制和管理系统，基于 BAS系统开发的节能控制系统，提升地铁车站通风空调系统自控能力，提升车站通风空调系统的能效、降低能耗，提升车站的舒适度，然而，目前的控制系统无法做到提升通风空调系统的能效，同时也无法降低系统运行能耗，提升车站公共区空气品质，存在着一定的局限性。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，解决了现有技术中存在的缺陷与不足。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，包括冷冻水变流量运行控制、冷却水变流量控制、冷却塔节能运行控制、冷水机组节能运行控制、湿度独立运行控制、新风节能控制以及大系统变风量运行控制，所述系统还包括结合时间表进行空调水系统模式、大系统模式的切换，根据室内、外的空气焓值进行大系统模式的切换。
优选的，所述系统用于测量地铁车站室外空气的温湿度以及车站室内温湿度，并根据温湿度计算室内外的空气焓值；在空调季节，节能控制程序计算室内外空气的焓值，并进行比较，由综合监控系统选择运行大系统的模式。
优选的，所述大系统变风量运行控制根据站台层室内温度调节大系统的风量。
优选的，所述冷冻水变流量运行控制根据冷冻水供回水主管上的温差调节冷冻水流量。
优选的，所述冷却水变流量控制根据冷冻水的运行频率随动调节冷却水流量。
优选的，所述冷却塔节能运行控制包含冷却塔自身的节能运行，以及冷却经济运行对整个空调水系统能耗的影响，当运行功率低于10％时，优先考虑冷却塔的运行对整个系统的节能影响。
优选的，所述冷水机组节能运行控制可以独立控制室内空气的温度。
优选的，所述湿度独立运行控制可以独立控制室内空气的湿度。
优选的，所述新风节能控制可以独立控制室内CO2的浓度。
优选的，所述系统使用步骤如下：
S1、测量地铁车站室外空气的温湿度以及车站室内温湿度，并根据温湿度计算室内外的空气焓值；
空气焓值i＝1.01t+w(2500+1.84t)(ki/kg干空气)；
式中：
d--空气的含湿量g/kg干空气；
1.01--干空气的平均定压比热kj/(kg.K)；
1.84--水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)；
2500--0℃时水的汽化潜热kj/kg；
相对湿度与含湿量关系：
Figure BDA0003656230410000021
式中：
db--空气的饱和含湿量g/kg干空气；
在空调季节，节能控制程序计算室内外空气的焓值，并进行比较，由综合监控系统选择运行大系统的模式；
当ir＜iw，运行小新风节能运行模式，该模式下为一次回风单风机运行；
当ir≥iw，且Tw＞To，其中，Tw表示外部空气温度，To表示车站设定温度，运行全新风节能运行模式，该模式下为单送单风机运行；
S2、节能控制系统收集地铁车站站台层室内温度，并计算其平均值，组合式空调箱以车站站台温度为控制系统的反馈值，通过闭环负反馈控制组合式空调的运行频率，来确保室内环境温度达到预期的目标；
S3、节能控制系统根据负荷的变化动态调整冷冻水流量，保持冷冻水系统始终处于经济运行的状态，冷冻水系统变流量控制采用温差控制，在空调冷冻水的供回水总管或分、集水器上设置温度传感器，在部分负荷工况下运行是，将实际供回水温差与设定的温差进行比较，控制系统根据偏差控制冷冻水泵的运行频率，单温差小于设定值时，控制器发出指令，降低水泵转速；当温差大于设定值时，控制器发出制定，提高水泵转速；
S4、节能控制系统动态调整冷却水流量，使得主机能耗和冷却水输送能耗之和最低，保证空调系统始终处于经济运行状态，冷却水变流量控制采用跟随控制，根据冷水机组蒸发器、冷凝器的换热能量守恒原理，冷冻水跟随室内负荷的变化而变化，冷却水的换热跟随冷冻水的变化而变化，其工作原理是自动跟踪冷冻水变频反馈信号，控制器实时计算输出冷却水的变频控制信号；
S5、节能控制系统动态调整冷却塔风扇的运行频率，同时空调水系统采用一机双塔运行，设定冷却塔的最低运行频率为40Hz，在增加冷却塔填料散热面积，同时增加0.6倍的进风量的同时，不额外增加冷却塔的运行能耗，冷却塔出口水温设置保护控制，当冷却塔出口水温高于设定值，显示超温报警并调高冷却塔运行频率；
S6、节能控制程序可以设定冷水机组的出口水温，通风空调系统独立控制室内温度，通过设定冷水机组的水温，控制组合式空调箱的送风温度，并通过组合式空调箱的变频调节控制室内温度的范围在±0.5℃范围内；
S7、冷水机组的关机命令由节能控制系统进行判定和下发，在节能控制系统开启空调水系统后，运营期间的21点开始进行判定，根据车站站台层的温湿度进行判断是否关机，系统每30分钟进行一次判定直到运营结束，节能控制系统自动下发关机命令；
S8、节能控制程序可以独立控制室内的湿度，根据车站湿度的反馈，当反馈值高于设定值+10％时，开启除湿机组，当反馈值低于设定值-10％时，关闭除湿机组；
S9、节能控制程序可以独立控制室内CO2的浓度，CO2传感器将信号传给车站BAS系统，并由BAS系统将CO2的浓度数据传给新风控制装置，由新风控制装置提供基于CO2的浓度的新风控制。
(三)有益效果
本发明提供了基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统。具备以下有益效果：
本发明，控制系统可以做到提升通风空调系统的能效，同时也可以降低系统运行能耗，提升车站公共区空气品质。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，包括冷冻水变流量运行控制、冷却水变流量控制、冷却塔节能运行控制、冷水机组节能运行控制、湿度独立运行控制、新风节能控制以及大系统变风量运行控制，系统还包括结合时间表进行空调水系统模式、大系统模式的切换，根据室内、外的空气焓值进行大系统模式的切换。
系统用于测量地铁车站室外空气的温湿度以及车站室内温湿度，并根据温湿度计算室内外的空气焓值；在空调季节，节能控制程序计算室内外空气的焓值，并进行比较，由综合监控系统选择运行大系统的模式，大系统变风量运行控制根据站台层室内温度调节大系统的风量，冷冻水变流量运行控制根据冷冻水供回水主管上的温差调节冷冻水流量，冷却水变流量控制根据冷冻水的运行频率随动调节冷却水流量，冷却塔节能运行控制包含冷却塔自身的节能运行，以及冷却经济运行对整个空调水系统能耗的影响，当运行功率低于10％时，优先考虑冷却塔的运行对整个系统的节能影响，冷水机组节能运行控制可以独立控制室内空气的温度，湿度独立运行控制可以独立控制室内空气的湿度，新风节能控制可以独立控制室内CO2的浓度。
本发明，使用步骤如下：
S1、测量地铁车站室外空气的温湿度以及车站室内温湿度，并根据温湿度计算室内外的空气焓值；
空气焓值i＝1.01t+w(2500+1.84t)(ki/kg干空气)；
式中：
d--空气的含湿量g/kg干空气；
1.01--干空气的平均定压比热kj/(kg.K)；
1.84--水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)；
2500--0℃时水的汽化潜热kj/kg；
相对湿度与含湿量关系
Figure BDA0003656230410000061
式中：
db--空气的饱和含湿量g/kg干空气；
在空调季节，节能控制程序计算室内外空气的焓值，并进行比较，由综合监控系统选择运行大系统的模式；
当ir＜iw，运行小新风节能运行模式，该模式下为一次回风单风机运行；
当ir≥iw，且Tw＞To，其中，Tw表示外部空气温度，To表示车站设定温度，运行全新风节能运行模式，该模式下为单送单风机运行；
S2、节能控制系统收集地铁车站站台层室内温度，并计算其平均值，组合式空调箱以车站站台温度为控制系统的反馈值，通过闭环负反馈控制组合式空调的运行频率，来确保室内环境温度达到预期的目标；
S3、节能控制系统根据负荷的变化动态调整冷冻水流量，保持冷冻水系统始终处于经济运行的状态，冷冻水系统变流量控制采用温差控制，在空调冷冻水的供回水总管或分、集水器上设置温度传感器，在部分负荷工况下运行是，将实际供回水温差与设定的温差进行比较，控制系统根据偏差控制冷冻水泵的运行频率，单温差小于设定值时，控制器发出指令，降低水泵转速；当温差大于设定值时，控制器发出制定，提高水泵转速；
S4、节能控制系统动态调整冷却水流量，使得主机能耗和冷却水输送能耗之和最低，保证空调系统始终处于经济运行状态，冷却水变流量控制采用跟随控制，根据冷水机组蒸发器、冷凝器的换热能量守恒原理，冷冻水跟随室内负荷的变化而变化，冷却水的换热跟随冷冻水的变化而变化，其工作原理是自动跟踪冷冻水变频反馈信号，控制器实时计算输出冷却水的变频控制信号；
S5、节能控制系统动态调整冷却塔风扇的运行频率，同时空调水系统采用一机双塔运行，设定冷却塔的最低运行频率为40Hz，在增加冷却塔填料散热面积，同时增加0.6倍的进风量的同时，不额外增加冷却塔的运行能耗，冷却塔出口水温设置保护控制，当冷却塔出口水温高于设定值，显示超温报警并调高冷却塔运行频率；
S6、节能控制程序可以设定冷水机组的出口水温，通风空调系统独立控制室内温度，通过设定冷水机组的水温，控制组合式空调箱的送风温度，并通过组合式空调箱的变频调节控制室内温度的范围在±0.5℃范围内；
S7、冷水机组的关机命令由节能控制系统进行判定和下发，在节能控制系统开启空调水系统后，运营期间的21点开始进行判定，根据车站站台层的温湿度进行判断是否关机，系统每30分钟进行一次判定直到运营结束，节能控制系统自动下发关机命令；
S8、节能控制程序可以独立控制室内的湿度，根据车站湿度的反馈，当反馈值高于设定值+10％时，开启除湿机组，当反馈值低于设定值-10％时，关闭除湿机组；
S9、节能控制程序可以独立控制室内CO2的浓度，CO2传感器将信号传给车站BAS系统，并由BAS系统将CO2的浓度数据传给新风控制装置，由新风控制装置提供基于CO2的浓度的新风控制。
实施例二：
如图2所示，本发明实施例提供基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，包括PLC控制柜、人机界面、风机变频控制柜、水泵变频控制柜、冷却塔变频控制柜、新风控制装置、数据采集箱以及计量装置，现场采集设备包含温湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、水系统温传感器、水系统压力传感器、水系统流量传感器。
节能控制系统的运行：
在综合监控系统中编制运行时间表，综合监控根据时间表下发节能控制系统的运行模式，节能控制系统根据下发的运行模式自动运行。节能控制系统根据末端空调负荷需求自动调节冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔频率，实时调节系统冷冻水、冷却泵流量，冷却塔的风量，从而实现制冷系统负荷随动控制。
节能控制程序根据室内湿度与CO2浓度和控制除湿机的开关和新风阀的开度，从而实现室内湿度和CO2浓度的自动控制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：包括冷冻水变流量运行控制、冷却水变流量控制、冷却塔节能运行控制、冷水机组节能运行控制、湿度独立运行控制、新风节能控制以及大系统变风量运行控制，所述系统还包括结合时间表进行空调水系统模式、大系统模式的切换，根据室内、外的空气焓值进行大系统模式的切换。
2.根据权利要求1所述的基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：所述系统用于测量地铁车站室外空气的温湿度以及车站室内温湿度，并根据温湿度计算室内外的空气焓值；在空调季节，节能控制程序计算室内外空气的焓值，并进行比较，由综合监控系统选择运行大系统的模式。
3.根据权利要求1所述的基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：所述大系统变风量运行控制根据站台层室内温度调节大系统的风量。
4.根据权利要求1所述的基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：所述冷冻水变流量运行控制根据冷冻水供回水主管上的温差调节冷冻水流量。
5.根据权利要求1所述的基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：所述冷却水变流量控制根据冷冻水的运行频率随动调节冷却水流量。
6.根据权利要求1所述的基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：所述冷却塔节能运行控制包含冷却塔自身的节能运行，以及冷却经济运行对整个空调水系统能耗的影响，当运行功率低于10％时，优先考虑冷却塔的运行对整个系统的节能影响。
7.根据权利要求1所述的基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：所述冷水机组节能运行控制可以独立控制室内空气的温度。
8.根据权利要求1所述的基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：所述湿度独立运行控制可以独立控制室内空气的湿度。
9.根据权利要求1所述的基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：所述新风节能控制可以独立控制室内CO2的浓度。
10.根据权利要求1-9任一项所述的基于地铁车站温湿度独立控制的通风空调节能控制系统，其特征在于：所述系统使用步骤如下：
S1、测量地铁车站室外空气的温湿度以及车站室内温湿度，并根据温湿度计算室内外的空气焓值；
空气焓值i＝1.01t+w(2500+1.84t)(ki/kg干空气)；
式中：
d--空气的含湿量g/kg干空气；
1.01--干空气的平均定压比热kj/(kg.K)；
1.84--水蒸气的平均定压比热kj/(kg.K)；
2500--0℃时水的汽化潜热kj/kg；
相对湿度与含湿量关系：
Figure FDA0003656230400000021
式中：
db--空气的饱和含湿量g/kg干空气；
在空调季节，节能控制程序计算室内外空气的焓值，并进行比较，由综合监控系统选择运行大系统的模式；
当ir＜iw，运行小新风节能运行模式，该模式下为一次回风单风机运行；
当ir≥iw，且Tw＞To，其中，Tw表示外部空气温度，To表示车站设定温度，运行全新风节能运行模式，该模式下为单送单风机运行；
S2、节能控制系统收集地铁车站站台层室内温度，并计算其平均值，组合式空调箱以车站站台温度为控制系统的反馈值，通过闭环负反馈控制组合式空调的运行频率，来确保室内环境温度达到预期的目标；
S3、节能控制系统根据负荷的变化动态调整冷冻水流量，保持冷冻水系统始终处于经济运行的状态，冷冻水系统变流量控制采用温差控制，在空调冷冻水的供回水总管或分、集水器上设置温度传感器，在部分负荷工况下运行是，将实际供回水温差与设定的温差进行比较，控制系统根据偏差控制冷冻水泵的运行频率，单温差小于设定值时，控制器发出指令，降低水泵转速；当温差大于设定值时，控制器发出制定，提高水泵转速；
S4、节能控制系统动态调整冷却水流量，使得主机能耗和冷却水输送能耗之和最低，保证空调系统始终处于经济运行状态，冷却水变流量控制采用跟随控制，根据冷水机组蒸发器、冷凝器的换热能量守恒原理，冷冻水跟随室内负荷的变化而变化，冷却水的换热跟随冷冻水的变化而变化，其工作原理是自动跟踪冷冻水变频反馈信号，控制器实时计算输出冷却水的变频控制信号；
S5、节能控制系统动态调整冷却塔风扇的运行频率，同时空调水系统采用一机双塔运行，设定冷却塔的最低运行频率为40Hz，在增加冷却塔填料散热面积，同时增加0.6倍的进风量的同时，不额外增加冷却塔的运行能耗，冷却塔出口水温设置保护控制，当冷却塔出口水温高于设定值，显示超温报警并调高冷却塔运行频率；
S6、节能控制程序可以设定冷水机组的出口水温，通风空调系统独立控制室内温度，通过设定冷水机组的水温，控制组合式空调箱的送风温度，并通过组合式空调箱的变频调节控制室内温度的范围在±0.5℃范围内；
S7、冷水机组的关机命令由节能控制系统进行判定和下发，在节能控制系统开启空调水系统后，运营期间的21点开始进行判定，根据车站站台层的温湿度进行判断是否关机，系统每30分钟进行一次判定直到运营结束，节能控制系统自动下发关机命令；
S8、节能控制程序可以独立控制室内的湿度，根据车站湿度的反馈，当反馈值高于设定值+10％时，开启除湿机组，当反馈值低于设定值-10％时，关闭除湿机组；
S9、节能控制程序可以独立控制室内CO2的浓度，CO2传感器将信号传给车站BAS系统，并由BAS系统将CO2的浓度数据传给新风控制装置，由新风控制装置提供基于CO2的浓度的新风控制。
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