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摘要：近几年来，随着各城市交通拥堵情况的加剧，各大城市均加快了地铁建设的速度。而随着地铁建设的快速发展，扩大运行规模与节约能源之间的矛盾已越来越突出。环控系统是地铁的用电大户之一，分析该系统的能耗情况，为地铁节能降耗提供一些建议和措施是至关重要的。
关键词：地铁；环控系统；节能
我国正处于大规模城市化发展的时期，全国各大城市的交通状况一直非常紧张，交通不畅严重影响着人们的生活、制约着经济的发展。改善城市公共交通状况已经成为各大中城市政府相当急迫的要求和共识。随着近年来轨道交通的快速发展，北京、上海、广州、深圳、天津、南京等各大城市都修建或正在实施各自的快速轨道交通路网的骨干线路。地铁具有高效、快捷、安全和污染小的特点，避免了地面道路扩容困难的矛盾，有效地缓解了城市交通难的问题。因此地铁在世界各大城市得到广泛应用，已经成为承担城市大运量公共交通系统的首选。
一、地铁环控系统的主要特点
地铁是一个较为特殊的建筑系统，具有面积大、空间广、区域应用的功能比较复杂、区域间无隔断、人员流动性大等特征，并且不同的建筑功能区域负荷通常都会处于一种较快的相对变化状态之中。这样的环境特性就会使得地铁的空调通风系统在实际的运行之中通常会出现诸多的问题，比如局部负荷突变、负荷跨区域变化、区段实际使用功能变更、存在调节的空间死角等。地铁环控系统的监控对象通常是时变和非线性的，但其负荷的变化具有随机性或统计学上的特性。所以，环控系统不能仅采用建立模型辨识的方法，而要在此基础上使用人工智能神经网络控制器，对地铁空间多输入、多输出的非线性之时变系统做出控制。
二、地铁环控系统的主要组成部分
1、中央级环控系统
中央级环控系统通常是由控制中心局域网来组成的，为了保证系统的安全性和可靠性，中心局域网使用双以太网冗余的结构，中心局域网通过路由器或其他接入设备与通信主干连接。中央环控系统主要是有下列设备来组成的：①监控工作站：选用两台互为备份的监控主机，完成调度人员的日常控制、监视以及调度管理的工作。②维护计算机：通常是用作系统软件的维护、组态、运行参数的定义，系统数据库的形成以及用户操作画面的修改、增加等。③网络服务器：采用热备的结构，一般是实现控制中心监控系统全部网络的管理、数据存储以及处理，同时提供出共享的资源。④路由器及其他：主要使用通信主干网的连接。⑤打印机：主要使用事件以及报表的打印。⑥模拟屏：主要使用显示区间以及车站隧道通风系统设备的运行状态以及报警的信息。
2、车站级环控系统
车站级环控系统的设计思想主要是使用现场总线技术组网来做出的控制，每台智能直接数字控制单元在完成自身监控任务的同时，将地铁车站每一个区域传感器测得的环境参数和空调设备的实时运行数据，通过控制网络持续不断地送到上层的控制管理机，提交到上位机运行的智能优化协调控制软件，同时智能优化软件把测量信息做出较为有效的融合，并将融合优化后的结果向下传送，作为系统控制的动态设定值传送到现场控制器。智能优化软件依据现场运行数据以及测量信息持续不断地修改控制器设定值，等效于给之前的独立系统添加了一个控制外环，即使在环控主机不工作时，现场设备仍可依照之前设定的控制模式正常地工作。
车站级环境监控系统设备通常设置在车站环控机房内，环控机房内的全部环控设备可以构成一个局域网，这个网就可以通过LON接入设备同LONWORKS控制网之间相连。
三、环控系统具体节能措施
环控的节能应贯彻始终，包括方案制定、系统设计、设备选型、运营等各个阶段，包含系统组成的各个部分:
1、设计方案、制式确定阶段
地铁空调制式、车站采用的建筑方案对车站能耗有决定性的作用。方案阶段尽可能创造利用自然冷源、自然通风的条件，减少机械通风量、通风时间，从根本上落实节能理念，应优先考虑有效利用列车运动形成的活塞动力。
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环控系统制式对能耗的影响在地铁建设的初期已经进行了多次讨论，在认识上已基本趋于一致。比如，在深圳地区，屏蔽门系统的环控能耗约为闭式系统(开闭式运行)能耗的30%。
不论采用何种制式，通风的目的是排除地铁内多余热量、控制内部温、湿度，尽可能创造地下区间与外界较多的换气口。采取措施减少活塞风的回流是地铁节能的重要环节。例如，对于深圳地区，屏蔽门系统采用双风井较采用单风井系统总能耗可节省10%以上。
2、系统设计、设备选型、安装
车站设计时，应尽量争取使通风空调系统靠近负荷中心，通风井靠近环控机房，使得系统管路畅通。这些基本的节能理念，在地铁设计中往往很难落实。由于规划、消防及拆迁等种种原因，有些车站的通风井距离车站主体近百米;风井或机房位置不利造成系统管路不畅、土建直角弯头多、又不加导流装置，在地铁车站应用中司空见惯。一个弯头的当量阻力相当于150m以上的土建风道长度。以此为例，按普通车站估算，每增加一个直角弯头，多耗电约30kWh/d，相当可观。这些不合理的结构最终导致车站能耗加大，或站(室)内环境不保证。
3、运营阶段
地铁的环控系统与一般地面建筑显著不同，地温、运量增长快慢、系统形式等都会影响内总环境，各种因素相互交织，影响系统的运营方式。在此阶段，应及时分析地铁各内部环境和调整运行方案，使其既达到内部环境要求、又达到节约能耗的目的。
4、与相关专业协调
地铁是一个庞大、复杂的系统，好的节能方案、措施是否能落实，节能效果能否达到，在相当程度上取决于各系统之间的配合。从节能角度，可作如下的分析。
4.1列车和区间节能坡
列车是地铁通风系统，服务的主要对象，向地铁系统内散发了大量的机械和空调热。降低列车牵引制动散热和空调排热，也就相应降低了通风系统的负荷。因此，相关的线路节能坡、再生制动技术、高效的车载空调系统等节能技术的应用，将降低通风系统的能耗。
4.2建筑方案
建筑方案在相当程度上影响着环控系统的能耗。地铁是一个相对的封闭体，创造与外界良好的换气条件，可有效利用室外自然冷风排除内部余热。当对外开口有限时，只能依靠机械力排除余热，必然增加能耗量。另外室内温、湿度要求相同或相近且运行时间一致的设备管理用房尽量靠近布置。划分为同一系统的各房间尽量靠近布置的话，可以合理布置风管，避免各系统风管重叠交叉时翻上翻下，减少系统的局部阻力;同时由于系统的阻力是根据最不利环路计算出来的，划分为同一系统的各房间尽量靠近布置的话，可以减少整个设备管理用房环控系统的沿程阻力。从而减少设备管理用房各系统风机的运行能耗。
4.3自动控制系统
建立良好的可调节的环控系统，必须有可靠、高效的自动控制系统作为跟踪负荷变化、调节环控系统动作的手段。否则，不能达到预期的节能效果。
四、结束语
环控系统是地铁工程中的一个重要组成部分，它对地铁环境产生巨大的影响，其重要性引起了国内外许多者和设计者的关注。有效的节能手段使得环控能耗显著下降，节约了大量能源，从而减少了地铁对于自然环境的影响，对于建设绿色地铁有重要的意义，也符合当前建设节能型社会、和谐社会的趋势，具有良好的社会效益。
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[4]王思宇. 地铁环控系统回风风量节能控制研究[D]. 北京工业大学, 2016.
论文作者:王博弘
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/17
标签：系统论文; 地铁论文; 节能论文; 铁环论文; 车站论文; 负荷论文; 方案论文; 《防护工程》2018年第30期论文;