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    由圖可知，地鐵空調(diào)系統(tǒng)的最終目標(biāo)在于以室內(nèi)溫度為控制對象的室內(nèi)冷量需求，而其源在冷水機(jī)組的冷量供應(yīng)。從系統(tǒng)末端向中心共有6個調(diào)節(jié)點(diǎn)：送風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)、二通閥、二次泵、冷水機(jī)組、冷卻塔。每個調(diào)節(jié)點(diǎn)的控制環(huán)環(huán)相扣，將整個系統(tǒng)有機(jī)地整合在一起。室內(nèi)冷量需求影響著送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；當(dāng)送風(fēng)量達(dá)到最大尚不能滿足冷負(fù)荷時，就調(diào)節(jié)二通閥開度；當(dāng)二通閥開度增大，空調(diào)末端冷凍水流量增大，為了保證系統(tǒng)最壞回路的壓差，就要調(diào)節(jié)二次泵轉(zhuǎn)速；若一臺二次泵不夠則啟動多臺；當(dāng)由供回水溫差和流量決定的冷量負(fù)荷超過單臺冷水機(jī)組負(fù)荷時，啟動多臺冷水機(jī)組；當(dāng)所有二次泵轉(zhuǎn)速及冷水機(jī)組負(fù)荷都達(dá)到極限（極限指設(shè)備運(yùn)行最佳效率的區(qū)間范圍）時，就只能降低冷水機(jī)組出水溫度來滿足極限負(fù)荷要求；伴隨冷水機(jī)組制冷量的變化及外界氣候的變化，還需調(diào)節(jié)冷卻塔風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及臺數(shù)，以保證冷水機(jī)組的制冷效率。

    基于以上分析，空調(diào)系統(tǒng)全局控制的思路為：從末端開始，逐環(huán)保證調(diào)節(jié)點(diǎn)設(shè)備始終運(yùn)行在最高效率區(qū)域。所以，調(diào)節(jié)方法為：首先保證送風(fēng)機(jī)最高效率，并且滿足所供即所需；為了空調(diào)區(qū)域壓力恒定，回排風(fēng)機(jī)應(yīng)與送風(fēng)機(jī)隨動；接著保證二通閥開度在高效區(qū)之間，且送風(fēng)溫度在允許的范圍內(nèi)；然后調(diào)節(jié)二次泵，既要保證管網(wǎng)最不利末端壓差，又要運(yùn)行在水泵高效區(qū)；最后通過調(diào)節(jié)冷水機(jī)組臺數(shù)及出水溫度，提高冷機(jī)制冷效率，實(shí)現(xiàn)相對所產(chǎn)即所需；為保證冷水機(jī)組的高效運(yùn)行，調(diào)節(jié)冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速或臺數(shù)使冷卻水回水溫度控制在允許范圍內(nèi)。由此可見，整個空調(diào)系統(tǒng)不但了滿足所有空調(diào)區(qū)域的負(fù)荷要求，實(shí)現(xiàn)環(huán)境狀態(tài)最優(yōu)，而且實(shí)現(xiàn)了所有工藝設(shè)備的最佳運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到了節(jié)能的目的。

    從末端溯源依次分析每個調(diào)節(jié)點(diǎn)的特性與功能，將整個空調(diào)系統(tǒng)分解為7個控制環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)不同的過程參數(shù)，在系統(tǒng)中起不同的作用，采取不同的節(jié)能措施，見表 1。
表1  地鐵空調(diào)系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)

    3.1 室內(nèi)溫度控制環(huán)節(jié)

    送風(fēng)機(jī)的無級調(diào)速實(shí)際實(shí)現(xiàn)了送風(fēng)量的無級變化。送風(fēng)量的變化使車站的放熱量與空調(diào)的吸熱趨于平衡，從而使室內(nèi)溫度控制在一定的范圍內(nèi)。室溫控制環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)是空調(diào)送風(fēng)機(jī)定風(fēng)溫變風(fēng)量控制系統(tǒng)，采用一個室內(nèi)溫度閉環(huán)PID調(diào)節(jié)回路。

    3.2 室內(nèi)壓力控制環(huán)節(jié)

    當(dāng)送風(fēng)機(jī)改變送風(fēng)量時，應(yīng)維持一定的室內(nèi)正壓。通過對回排風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速，使回排風(fēng)量變化與送風(fēng)量相匹配，保證空調(diào)區(qū)域空氣壓力基本不變。本控制環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)是回排風(fēng)機(jī)隨動控制系統(tǒng)，采用一個PID閉環(huán)調(diào)節(jié)回路。

    3.3 送風(fēng)溫度控制環(huán)節(jié)

    控制送風(fēng)溫度體現(xiàn)了系統(tǒng)空氣調(diào)節(jié)的水平與能力，是實(shí)現(xiàn)室溫控制的基礎(chǔ)。控制送風(fēng)溫度的目的是：減少室外空氣變化對室內(nèi)溫度的干擾，使室內(nèi)溫度比較容易控制；避免過大送風(fēng)溫差，但要利用允許的送風(fēng)溫差來節(jié)能。
送風(fēng)溫度控制環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)是空調(diào)末端二通閥在定壓差下的變流量控制系統(tǒng)。為了獲得較好的控制品質(zhì)，引入串級控制方式。其中，主回路（外環(huán)）為送風(fēng)溫度控制回路，控制量為送風(fēng)溫度，室外新風(fēng)溫度的變化作為回路的前置擾動；副回路（內(nèi)環(huán)）為水量控制回路，控制量為二通閥開度。依靠副回路使得控制系統(tǒng)本身具有一定的自適應(yīng)和抗干擾能力，消除系統(tǒng)的慣性和延遲，實(shí)現(xiàn)快速跟蹤。閥門開度應(yīng)在閥門高效區(qū)之間變化。

    對于地鐵舒適性空調(diào)，允許溫度有適當(dāng)浮動，這有利于防止頻繁調(diào)節(jié)振蕩。另外，當(dāng)空調(diào)區(qū)域負(fù)荷很小時，若能適當(dāng)升高送風(fēng)溫度，還可節(jié)能。所以，送風(fēng)溫度設(shè)定值實(shí)際上是個范圍，可以在保證送風(fēng)機(jī)高效運(yùn)行的前提下，在允許的范圍內(nèi)調(diào)整送風(fēng)溫度設(shè)定，以達(dá)到節(jié)能目的。

    3.4 冷水壓差控制環(huán)節(jié)

    當(dāng)末端由于負(fù)荷變化引起二通閥開關(guān)調(diào)節(jié)，使末端冷凍水流量變化，造成供回水總管壓差變化，此時必須通過對二次泵的單泵變頻調(diào)速及多泵臺數(shù)控制調(diào)整總供水量，以維持系統(tǒng)最不利回路的空調(diào)末端壓差基本不變。這就是二次泵變水量系統(tǒng)基于需求的控制策略，也是最節(jié)能的控制方法。冷凍水壓差控制環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)是二次泵在一定壓差下的變流量控制系統(tǒng)。

    二次泵變水量系統(tǒng)以保證管網(wǎng)上最不利回路的空調(diào)末端壓差為控制目標(biāo)。一般選擇系統(tǒng)最不利（最遠(yuǎn)端或最重要）空調(diào)末端回路的壓差作為控制設(shè)定值。然而，這個最不利的壓差點(diǎn)是隨著各車站及車站各處負(fù)荷的變化而變化的。雖然遠(yuǎn)端比較近端更容易處于最不利狀態(tài)，但是當(dāng)近端負(fù)荷很大，遠(yuǎn)端負(fù)荷很小時，最不利壓差點(diǎn)就不一定是在管路的最遠(yuǎn)端。這就產(chǎn)生了變壓差控制，即檢測所有空調(diào)末端的二通閥開度和負(fù)荷率水平，不斷尋找最壞末端回路，以最壞點(diǎn)壓差重新調(diào)整壓差設(shè)定值，使系統(tǒng)壓力維持在剛好滿足負(fù)荷需求的水平上，即系統(tǒng)內(nèi)相對負(fù)荷率最大的空調(diào)末端的二通閥剛好處于全開狀態(tài)。

    3.5 冷源流量控制環(huán)節(jié)

    用冷量來控制冷水機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)，是目前最合理和節(jié)能的控制方式。臺數(shù)控制的基本原則是：讓設(shè)備盡可能處于高效運(yùn)行；讓相同型號的設(shè)備的運(yùn)行時間盡量接近以保持其同樣的運(yùn)行壽命（通常優(yōu)先啟動累計(jì)運(yùn)行小時數(shù)最少的設(shè)備）；滿足用戶側(cè)低負(fù)荷運(yùn)行的需求。控制的關(guān)鍵在于調(diào)試中找出最佳的啟停切換點(diǎn)；還有就是運(yùn)行臺數(shù)控制程序中，應(yīng)使冷水機(jī)組處于最佳工作效率點(diǎn)周圍。

    3.6 冷源溫度控制環(huán)節(jié)

    冷水機(jī)組出水溫度通常都設(shè)為定值，取制冷高效范圍的中間值，在上述所有控制環(huán)節(jié)均不能滿足負(fù)荷要求時，方可降低此參數(shù)。根據(jù)冷水機(jī)組允許的冷凍水出水溫度的可變化范圍、冷凍水回水溫差的可變化范圍、空調(diào)末端二通閥開度及其供回水溫差，對冷機(jī)出水溫度設(shè)定進(jìn)行優(yōu)化控制。

    3.7 冷卻水溫度控制環(huán)節(jié)

    冷水機(jī)組制冷產(chǎn)生的熱量需要通過冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在冷卻塔中與室外大氣進(jìn)行熱交換而帶走。室外氣候的變化會使冷卻塔出水溫度（即冷水機(jī)組冷卻水回水溫度）發(fā)生變化。將冷卻塔風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，根據(jù)冷卻塔出水溫度自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和臺數(shù)，保持出水溫度基本不變。這樣既節(jié)能又保證冷水機(jī)組運(yùn)行在制冷效率高效區(qū)。若冷卻塔風(fēng)機(jī)為定速風(fēng)機(jī)，可對其進(jìn)行臺數(shù)控制以保證冷卻塔出水溫度同時節(jié)能。

4 結(jié)束語

    本文分析和研究了地鐵環(huán)境控制需求、地鐵環(huán)控系統(tǒng)工藝過程及地鐵熱環(huán)境變化規(guī)律，運(yùn)用模型抽象與解耦的研究方法，以既保證恰如其分地滿足地鐵負(fù)荷需求，又使所有設(shè)備高效運(yùn)行，同時還盡量節(jié)能為基本思想，設(shè)計(jì)出一套地鐵空調(diào)系統(tǒng)全面控制與節(jié)能方案。方案根據(jù)地鐵空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，抽象出地鐵環(huán)境控制網(wǎng)絡(luò)，分解為7大控制環(huán)節(jié)，提出了各環(huán)節(jié)的控制方法，并大量應(yīng)用風(fēng)機(jī)變頻、水泵變頻、變風(fēng)溫、變臺數(shù)等節(jié)能措施。經(jīng)多條地鐵工程應(yīng)用證明，本方案能很好地跟蹤系統(tǒng)負(fù)荷的動態(tài)變化，恰如其分地滿足系統(tǒng)負(fù)荷需求，把能源消耗控制在較低的水平，同時又提高了地鐵自動化和運(yùn)營管理水平，對今后地鐵建設(shè)和發(fā)展具有工程實(shí)踐意義和應(yīng)用指導(dǎo)價值。

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