李 俊

（深圳达实智能股份有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

目前地铁广泛地投入各个城市，其作为地下为主的有轨交通系统，不受地面道路情况的影响，能够快速、安全、舒适地运送乘客。地铁乘客运载效率高，具有良好的社会效益。截至2017年12月，中国大陆建成投运地铁的城市已达31个，百余条地铁线路，运营线路增多、客流持续增长。

地铁各个监控系统制式存在多元化，其中通风空调系统是地铁的重要组成部分,也是耗能大户，在结构设计、控制策略方面都体现了各家所长。通风空调系统设计指标一般以系统的60%供应能力满足日常运营需求进行设计的，若不进行有效控制和调节，容易导致环境监控系统设备使用能耗过高或是过低的不良状态，如何根据运营工况使空调系统运行在合理范围值内是通风空调系统的重点研究课题。本文根据目前一些线路通风空调系统运营情况进行分析和总结，对几种控制策略进行阐述和分析。

1 通风空调对象分析

1.1 系统组成

地铁通风空调系统包括隧道通风系统、车站公共区空调通风系统(简称大系统)、车站设备管理用房通风空调系统(简称小系统)、车站空调水系统(简称水系统)[1]。

隧道系统主要针对列车运营中隧道通风换气，与水系统无关联，且隧道风机除早晚通风外基本处于停止状态，排热风机根据列车数量等状况做调节，有一定的定值性;小系统中的空调系统虽与水系统有关联性，但由于整体处理较为封闭状态，且功率普遍较低，在控制实现上相比较大系统容易的多;因此隧道系统与小系统都不在本文的主要研究对象内。大系统主要服务对象为车站公共区，直接服务于乘客对象，设备数量多且功率大，无论是从节能角度，还是从乘客舒适环境角度都需要有一个稳定的、可靠的运行状态[2]。

1.2 水系统节能环节

水系统作为冷源产生端，主要节能对象为冷水机组、冷动泵、冷却泵、冷却塔、二通调节阀等，二通调节阀作为与通风系统冷源的闸门，提供给通风系统的最终冷量大小由二通阀的开度大小决定。水系统节能环节结构组成见图1水系统工艺流程简易图。

图1 水系统工艺流程简易图

冷水系统由冷水机组循环系统、冷冻水循环系统、冷却水循环系统组成，3个系统之间相对独立，主要的功能都为温度的转移，同时也受到整体调控[3]。水系统管路设计、通风系统的管路设计对调节效果的好坏也起到一定的作用[4]。

1.3 风系统节能环节

通风系统作为空调末端设备，主要节能对象由组合式空调风机、调节风阀等设备组成，其基本结构组成如图2所示。

图2 通风系统工艺流程简易图

根据运营需求分别设计了手动控制模式、焓值控制模式、时间表控制模式、时间与焓值功能结合的自动控制模式。焓值控制通过室外焓值iw、室外温度Tw、车站回风焓值ir、车站回风温度Tr、车站送风温度To等数值的采集、计算、比较决定通风运行工况。大系统通风的常规模式，空调工况与非空调工况主要依据水系统是否运行而定;火灾工况作为灾害工况不做节能调节;停运模式为收车后将通风空调系统耗能设备进行停止运行，各运行工况如表1所示[5]。

表1 车站公共区通风工况模式表

2 控制策略

通过以上对通风空调系统的介绍，根据组成环节的不同，可分为4种控制方式：由BAS集成的控制系统；水系统与通风系统互联；水系统策略决定通风系统调节；通风系统策略决定水系统调节。

通风系统除通过PID进行风机变频、风阀变开度控制外，还能通过根据焓值判断，进行季节工况模式切换（如空调季节全新风、小新风模式切换），以实现最优运行工况，实现节能环保的目的。

2.1 由BAS集成的控制系统

由BAS系统集成所有空调与通风设备，将这些设备作为单体对象进行区域化整合，BAS系统集成节能环节系统如图3所示。优点：可自由的进行任意组合；缺点：关联性考虑因素较多。

图3 BAS系统统一集成节能环节系统图

所有节能环节作为BAS的独立对象时，采取区域整合，或是顺序关联逻辑都可以实现。普遍的方式是根据车站环境工况，将通风系统节能设备进行对象组合（图3中通风系统部分虚框），水系统节能设备进行对象组合（图3中水系统部分虚框），根据车站总体通风模型，同时作用于两个组合对象，控制方式跟水系统与通风系统互联的方式较相近。

2.2 水系统与通风系统互联

通风系统设备作为单体对象由BAS系统直接控制，水系统通过自身的调节系统与BAS系统进行数据交互[6]，两个系统交互系统如图4所示。优点：具有一定的独立性，以完成自身专业系统设计指标为导向，可发挥两个专业在节能领域的特长。缺点：信息交互数据不稳定性将直接影响整个调节效果。

通风系统动作：根据焓值计算切换对应工况模式，根据送风温湿度传感器温度值与设计温度值进行比较，当出现偏差时改变风机的转速，来调整风量输出的大小，其控制模型如图5所示。

水系统动作：根据设定的出水温度进行恒温调解。由于水系统3个主要制冷环节存在一定的独立性，可以根据各自的工艺目标值进行调节，也可以通过整体参数的分配，进行系统化调节。

互联动作：当通风系统在根据变化速率以及长时间无法达到指定设定温度时，向水系统请求增加二通调节阀阀体开度，从而调整冷量输出范围。

图4 水系统与通风系统互联结构图

图5 通风系统控制流程示意图

2.3 水系统策略决定通风系统调节

通风系统调节设备直接或间接地由水系统进行控制，通风系统其余设备影响模式控制动作，其控制结构如图6所示。优点：可充分发挥水系统的节能策略；缺点：存在一定的调节滞后性。

图6 水系统控制通风系统节能环节图

该模式中通风系统主要维持通风模式运行，调节设备控制权交由水系统控制。水系统在实现恒温供水的同时，根据供回水的温差以及分析通风系统设备的供冷情况，渐进式变化通风系统节能设备的调节范围，减少对水系统的扰动量。通过通风系统的变化反馈作为水系统输入调节参数，重新调整二通调节阀开阀，制冷设备运行频率，直至最终满足通风冷量需求。

2.4 风系统策略决定水系统调节

通风系统根据环境值完成模式动作后，向水系统发出冷量需求命令[7]，其控制结构如图7所示。优点：通风系统的模式工况可同样作用于水系统；缺点：存在一定的制冷滞后性。

通风系统在完成风量控制情况下，结合过程中温度的变化率，向水系统提出冷量需求，并通过水系统的制冷率将控制命令直接作用于水系统制冷主要环节对象，使冷量供给满足运营需求。

图7 通风系统控制水系统节能环节图

3 结语

以上4种控制方式为目前主要的控制模式，存在各自的优缺点。一般通过区域化组合，形成有机能的控制环，控制方式的先后顺序并非完全确定，可根据自身的调节思路进行调整，但都需充分考虑和发挥各环节的效能，通过合理的参数分配达到真正的节能效果，同时在各个环节充分利用负荷预测，对控制策略进行提前干预，在充分考虑调节效能的同时，满足环境的舒适性[8]。目前冷水系统和通风系统各自的集成度非常高，单一系统的节能效果也非常明显，水系统根据供水温度进行节能控制，通风系统根据车站回风温度进行节能控制，只需考虑交互数据中请求调节量的合理值传递，采用通风系统与水系统互联方案无论从工程实施效率和实现节能效果都非常显著。