沈家齐
江苏联宏自动化系统工程有限公司 江苏省南京市 210028
摘要：根据地铁车站的能耗特征，空调系统占据着整个车站动照总用电的50%以上。通过对车站的中央空调系统进行优化控制，可以达到良好的节能效果。
关键词：中央空调冷水系统变频器
1.概述
为了应对城市扩张而产生的拥堵，城市土地资源有限等一系列问题，地铁已经成为一个城市的标志性公共基础设施，而且今后的二三十年仍然是我国城市轨道交通发展的高峰期，2020年中国的地铁里程将达到8000公里。而在地铁的能耗构成中，空调系统占了整个动照总电耗的50%以上，在地铁通风空调系统设计中，设备的选择一般都是按照最不利因素下（即系统最大热负荷时）选取，但在系统实运行时，热负荷往往达不到设计的最大负荷，从而造成通风空调系统运行状态与实际需要的状态不一致，导致系统运行能耗偏大，超过实际运行需要。
2.中央空调系统结构
完整的中央空调系统包括冷水机组系统，冷冻水循环系统，冷却水循环系统，风机盘管系统，冷却塔风机系统及相应的控制系统。
冷水机组系统：制冷主机系统是中央空调制冷系统的核心部件，它由压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器及其之间的管道封闭连接而成。
冷冻水循环系统：冷冻循环水系统将常温水通过冷冻水泵至蒸发器盘管中与制冷剂进行间接热交换。冷冻水被送到各风机风口的冷却盘管中吸收盘管周围的空气热量，产生的低温空气又由盘管风机吹送到空调区域，从而达到降温的目的。
冷却水循环系统：常温水通过冷却水泵至冷凝器交换盘管，在经过充足的热交换之后，将已变热的冷却水送到冷却塔上，由冷却塔对其进行喷淋式强迫风冷，使冷却水变回常温，以便再循环使用。
风机盘管系统：风机盘管系统主要由风机盘管、热交换盘管、室温控制装置等组成。其作用是根据空调负荷的变化需求通过风机向空调区域动态的输送冷风量，以保持空调区域内恒定的温度或湿度。
一般来说地铁空调系统在每年的空调季节使用，在非空调季节则全部关闭（冷水机组断电），通风系统则是全年使用，具体的用能设备一般有冷水机组、组合式空调机组、小系统空调机组、冷冻泵、冷却循环泵、冷却塔等。
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中央空调系统的节能主要针对以上的设备进行连锁控制，切实提高系统稳定性，并且在保证站内环境参数舒适的前提下，实现节约能源的目的。
2.1冷冻水系统
随着末端环境及其他变化，空调负荷不同时，所需降温的风量是变化的，这样带走的冷量就会发生变化，因此冷冻水的流量也必须随着负荷成比例的变化，这是通过冷冻水泵转速变化实现的。
为实现中央空调系统自动化和节能控制目标，利用现代传感器技术和变频技术，使系统处于大温差小流量工作状态，同时保证最不利末端的压差及冷水机组冷冻水的最小流量要求。在冷水系统冷冻水供、回水总管上安装温度传感器、压力传感器，在每台出水泵出水管加装水流开关，采集冷冻水供、回水温度、压力数据及水流状态。根据以上温度、压力及水流状态，采用变频调节技术。通过控制变频器的频率工频运行的冷冻泵的台数以实现对冷冻水的控制。
系统配置有集水器、分水器间旁通电动阀，采集集水器、分水器压差信号接入现场控制网络，用于自动调节阀门开度以保证冷水机组的最小流量及“最不利”末端流量要求。
2.2冷却塔系统
在制冷空调系统中，冷却塔起着非常重要的作用。从冷凝器出来的高温的冷却水进入冷却塔后，通过冷却塔风机与大气之间进行充分热交换，使冷却水降温，以便再循环使用。
冷却塔系统的主要耗能设备为冷却塔风机。在保证主机可靠运行的前提下，降低冷凝水出水温度可有效的提高整个中央空调系统的能效比，节约能耗。为保证良好的冷却效果，需保证冷却塔的回水都进入正在运行的冷却塔，可在每台冷却塔进出口处加电动碟阀，防止冷却水回水进入非运行冷却塔。此外，因为冷却塔冷却能力的强弱与风机的风量（功率）成正比，为了保证冷却水温度不能过低，须对其中一台冷却塔变频。另外，根据国家节能规范，增加流量计对冷却水补水量进行计量。
2.3冷却水泵系统
冷却水的系统的节能控制，就是在满足空调负荷的前提下，尽可能的降低冷却水流量，在减少冷却水流量的同时，不会导致冷水机组性能的大幅下降。冷却水泵主要作用是调节冷却水的流量，冷却塔风机主要用来控制冷却水的回水温度。
冷却水系统的主要耗能设备为冷却水泵。目前，冷却水泵常用的控制方式是恒压差控制和恒温差控制。可根据时间情况进行设定。
3.中央空调的运行模式
根据地铁的具体情况，地铁内的中央空调系统一般分为大系统和小系统。根据季节的温度变化一般可以分为空调季小新风，空调季全新风，非空调季机械通风及自然通风模式。
3.1大系统通风、空调系统控制
（1）空调季小新风模式
空调季小新风模式时，关闭表冷器的旁通阀，为了系统的节能运行，将系统新风负荷降至最低，根据系统最小新风量需求调节新风阀、回风阀和排风阀开度，同时根据实际的回风温度与设定回风温度的差值对系统的水阀开度进行调节。
（2）空调季全新风模式
空调季全新风模式时，系统关闭回风阀、旁通风阀，打开新风阀、排风阀，系统冷源由室外新风提供，新风经过表冷器处理后送入空调区域内。系统根据实际的回风温度与设定回风温度的差值对系统的水阀开度进行调节。
（3）非空调季机械通风模式
冷水机组关闭，打开旁通风阀，送、排风机按照下限频率运行，其它控制模式和空调季全新风模式完全一样，所以这里不再赘述。
（4）自然通风模式
当系统处于此模式时，所有送、排风机停止运行，阀门设置与非空调季机械通风模式完全一样，利用地铁运行活塞风进行自然通风。
3.2小系统通风、空调系统控制
小系统根据功能的不同采用通风或空调系统。
（1）空调系统控制
小系统空调系统由空调机组系统和风机盘管系统组成，下面进行分别介绍。
a.空调机组的控制
空调系统由空调机组、送风机、排风机、新风阀、排风阀和回风阀等相关设备协调运作完成空调区域的空气调节控制。系统根据室外湿球温度和室外空气焓值来选择空调的运行模式，根据不同运行模式，系统通过检测相应参数值对水阀开度和风阀开度进行调节，同时对相应的风口阀门进行联动控制，在满足需求的前提下使系统高效运行。
b.风机盘管的控制
用户可通过操作面板对区域温度、模式、风速等参数进行设置，控制器将根据参数的设置，自动对二通阀和风机进行调节，满足用户需求。此外可以与整个中央空调节能控制系统无缝对接，通过工作站可以远程对控制器进行操作、设置、锁定/解锁。
（2）通风系统控制
通风系统接到BAS命令后，按顺序进行开关通风系统，开机顺序：新风阀->排风阀->送风风机->排风风机，关机顺序：送风机->排风机->新风阀->排风阀。
3.3总体控制
系统接收到BAS的命令，系统根据相关标准、节能控制技术并结合用户的设置参数及选择的模式对冷站系统和空调末端系统进行连锁控制。冷冻系统在对冷站控制时充分利用变频技术对冷冻水和冷却水系统进行恒温差控制，保证冷站系统处于大温差小流量的高效运行状态；空调系统应用空气调节技术综合考虑季节因素及系统本身的通风特性在满足舒适度的前提下对末端设备进行优化控制。
结束语
中央空调系统是智能建筑的重要组成部分，由于地下轨道交通的特殊性，地铁的中央空调系统在给人们提供舒适便捷的同时，更是消耗着巨大的电能，通过对设备的变频以及对中央空调系统的优化控制可以降低轨道交通的整体能耗。
参考文献：
[1]《制冷空调节能技术》李晓燕2004 《中国建筑工业出版社》
[2]《中央空调系统水泵变频运行性能的节能分析》纪文英 2004 《制冷空调》
论文作者:沈家齐
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/18
标签：系统论文; 冷却水论文; 空调系统论文; 风机论文; 冷却塔论文; 空调论文; 新风论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;