伍世聪
广州地铁集团有限公司 广东省广州市 510000
摘要：城市轨道交通环控系统作为当前我国地铁系统的重要组成部分之一，其主要应用的技术是计算流体动力学（简称CFD）。CFD在当今地铁系统中的普及应用可以对地下轨道环境中的气流状况进行三维模拟。本文则将针对当前CFD技术在我国城市轨道交通环控系统中的具体应用进行浅要分析，仅供参考。
关键词：地铁；环控系统；控制
引言：地铁属于高耗能交通设施，对其节能的研究也逐渐成为各城市运营方关注的焦点。通过分析，列车牵引用电和各种动力照明用电量占地铁总能耗的90%左右，其中环控系统（含大系统、小系统、隧道通风系统、水系统）的能耗又占动力照明系统总能耗的70%左右，因此地铁车站的环控系统设备属于节能工作的重点。本文以地铁车站的大系统与水系统为例，将环控空调系统视为一个整体研究对象，以系统能耗最低为目的，对系统内热传递过程、传热效率及设备的耗能情况进行分析，通过定量测算来探讨地铁车站内环控空调系统的节能控制策略。
1.地铁环控系统控制策略分类
地铁环境和设备监控系统（BAS）的调控策略可以分为两类：工作环境调控和环境调控。作为一套已经成熟的技术，由地铁通风和空调系统图详细说明工作条件的规定。根据室内外焓值与温度值的综合比较，联动鼓风机，减震器，电动防火阀等一系列相关设备使整个通风空调系统“空调，新风”和“通风”继续运行。环境调节基于操作条件的调节，通过风机变频，冷水机启停，制冷泵变频，双向阀开启，压差旁通阀开启和通风空调系统等一系列方法。调整数量，只要空气质量满足预定条件，就尽可能地进行节能优化，由于环境调节受到各种地铁线路设备配置的限制，因此不可能制定严格而统一的控制策略。因此，这是BAS在实践中不断探索和调整的关键过程。
2.城市轨道交通环控系统应用的必要性
我国的城市轨道交通建立在狭长的地下通道中，地下通道的空间环境有限，但每天仍需要面对数以万计的大量乘客、多台地铁列车以及轨道交通组成的多种电力设备。人员流动与设备的日常运行会导致地下通道内产生大量热能，如果不及时进行及时排除则会引起地铁通道内温度上升。除此之外，地铁内设备的运行该过程中还会产生大量的噪音、密集的人群也会导致地铁通道内空气质量的下降并且还会产生大量垃圾［1］。这些因素都导致当今城市轨道交通的环境不断变差。除了造成影响地铁通道内的环境外，如果在人员密集但活动空间狭小的地铁通道发生火灾那么人员的紧急疏散和火灾产生的烟气排除工作也是一大难题。鉴于对上述因素的阐述，笔者认为在当前我国的城市轨道交通中应用环控系统刻不容缓。环控系统可以有效改善地铁通道中的通风系统，及时有效的改善当前城市轨道交通内的空气环境。环控系统在地铁的应用不仅可以为广大的地铁乘客提供舒适、干净的乘车环境，还可以确保列车和其他有关设备在正常的运行环境下进行工作保障了设备运行的使用寿命。
3.地铁环控系统控制策略概述
3.1环境调控
第一，风机频率调节：地铁公共区域的通风空调系统通常将大系统组合式空调箱和大型系统回风机配置为变频风机，以调节温度和二氧化碳（CO2 ）集中在车站的公共区域，以确保环境舒适。 。
第二，冷水机启停调节：地铁水系统通常配备两台相同容量的冷水机组，以调节公共空调系统的环境温度和湿度。两台制冷机的运行根据实时负载启动和停止。
第三，制冷泵频率调节：制冷泵变频调节水系统的水流和水头，保证冷水畅通地输送到所有终端空调。
处理器和风扇线圈。
第四，二通阀开度调节：动平衡流量二通阀（简称“二通阀”）用于调节水系统的流量，间接调节空调系统
系统空气温度和湿度。
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第五，差压旁通阀开度调节：压差旁通阀用于平衡冷冻水回水压差，并可根据压差自动调节开度。
3.2冷却水与室外空气的热交换效能
冷却水与室外空气的热交换主要由冷却塔来完成，其热传递方式有接触散热、蒸发散热及辐射散热三种。由于辐射散热量比较小，冷却水的散热主要依靠接触散热与蒸发散热两种方式完成。接触散热是指两种不同温度的物质接触，热量从温度高的一方传向温度低的一方。由上可知，接触散热量受冷却塔进水与进气之间的温差影响较大，只有当进气温度小于进水温度时才能起到散热作用，如果进气温度大于进水温度，将会起到相反的作用。同时它受风速、水流量及水温等多因素影响，一般情况下接触传热约占冷却塔中传热量的20%～25%。
3.3整体控制策略
环境控制体系管理手段多，互相影响。因此在制定控制策略时，面面俱到不一定是最佳解决方案。而应根据地铁区域的气候条件和地铁环境控制设备的实际配置。通过现场数据分析进行统筹规划，合理确定环境控制系统的总体控制策略。
在制定环境控制体系的总体控制策略时，必须遵循以下原则：
首先，环境控制系统的控制不能影响系统中设备的单体控制功能和消防联动控制功能;
其次，工作条件调控优先于环境调控，环境调控只是调节工作条件的辅助手段;
最后，环境监管要求只要地铁环境指标达标，设备运行稳定安全，应尽可能节约能源。
3.4节能控制策略探讨
（1）地铁车站内环控系统的热量是逐渐递增的，设备所消耗的电能也将通过机械功转化为热能，而这部分热能对后续循环传热过程所消耗的能量会产生较大影响。
（2）空调风机的能耗受送风与室内温度差影响较大，通过减小送风温度增加与室内的温度差可以使风机送风量减小，从而使风机的能耗降低，同时根据表冷器的效果分析可知，减小风速可以使其换热率增加，间接实现节能。
（3）冷冻水循环中的冷冻泵的能耗受冷冻水回水温度（由于冷冻水供水温度基本恒定）影响。可以通过增加回水温度值，减小冷冻流量来实现冷冻水泵能耗的降低。同时，由于通过减小冷冻水流量可实现表冷器换热率的增加，同样也有节能效果。
（4）冷水机组的COP值主要受制冷量以及冷却水进水温度影响，通过降低此冷却水进水温度值可以提高冷水机组的COP值，从而使冷水机组处于高效率状态下工作。
（5）冷却水循环中冷却水泵与冷却塔的能耗均受冷却水进水温度（由于冷却水出水温度基本恒定）影响。冷却水进水温度要求越低，流量要求越大，所消耗的能量越多。
结束语
在地铁制定环控制系统策略时，应根据实际气候条件和设备条件选择有效的控制措施，并进行反复现场测量分析和数值调整，保证系统运行达到最优。 地铁的环控系统在未来将引入大数据的概念，通过不断积累过去的监管数据和环境变量，将找到最佳解决方案。但是在时间过程中还有一系列的问题，如控制算法，数据迭代分析和其他需求还有待进一步探索和研究。
参考文献：
[1] 刘佳慧，龙静，潘志刚，陈焕新，刘江岩，黄荣庚，李正飞.基于数据挖掘技术的地铁站环控系统用能诊断[J].制冷学报，2018，39（03）:1-6.
[2] 王宝玉.关于城市轨道交通环控系统研究方法的分析与探究[J].科技风，2018（05）:247.
[3] 陈胜.地铁车站环控系统节能控制策略探讨[A].全国冶金自动化信息网、《冶金自动化》杂志社.全国冶金自动化信息网2017年会论文集[C].全国冶金自动化信息网、《冶金自动化》杂志社:《冶金自动化》杂志社，2017:4.
论文作者:伍世聪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/10/30
标签：地铁论文; 系统论文; 温度论文; 环境论文; 冷却水论文; 策略论文; 设备论文; 《防护工程》2018年第15期论文;