摘要：分析地铁通风空调系统变频节能技术和系统负荷，地铁通风空调系统运用变频节能技术可以降低地铁总体电量。阐述地铁通风空调系统运用变频节能技术节能降耗效果明显。文中详细阐述了变频节能技术，为变频技术在地铁中的广泛运用提供一定的参考作用。
关键词：地铁；变频器；空调；通风
地铁通风空调系统的负荷随季节客流量的变化有所不同，如果地铁通风空调系统任何时间均按照空调额定负荷运行，会造成巨大的能源损失。一般情况下地铁通风系统的耗电量占所有电力的三分之一，是地铁运行的重要成本。地铁空调系统节能研究对地铁稳定运行具有深远的意义。
1 通风空调系统负荷分析
1.1负荷类型
地铁通风的空调系统负荷的组成部分有车站小系统负荷、大系统负荷。车站的大系统负荷包括站台和站厅区域的新风负荷、人员负荷、设备负荷、照明负荷、渗透负荷组成。车站小系统负荷主要包括设备负荷、设备房管理人员负荷、新风负荷。对于某一车站而言，设备及管理用房空调冷负荷受车站结构型式、规模限制，不采用变频控制系统。
1.2 负荷统计分析
根据目前地铁的运行情况中分析，新风负荷和人员负荷之和约占总负荷的50%，是大系统中重要的组成部分[1]。在地铁正常运营过程中，车站照明灯具、车站设备运行模式和开启的数值基本不变，照明负荷和设备负荷比较稳定；新风负荷和人员负荷的值随着客流量的变化而变化，是负荷统计的主要的研究对象。根据地铁实际每天的客流情况分析，运营初期的客流没有达到预期的设计客流量。运营一段时间以后，客流量会增加。目前通风空调系统人员负荷量按照远期早晚高峰时期的设计负荷进行配置，如果通风空调系统不是变频，就会导致系统长期处于高能耗运行，长时间会导致能源浪费非常严重。在地铁通风空调系统运行过程中，运行时段的负荷是时刻变化的，通风空调系统如果按照装机负荷运行，能源会浪费的非常严重，节能降耗的运行空调系统是十分必要的。
2 通风空调系统节能技术对比
通风空调系统的节能技术一般有变频控制和静压控制两种。静压控制分为定静压控制法和变静压控制法。定静压控制法是在系统静压最低点安装静压传感器测量该点静压，并使该静压恒定为变风量末端最低工作压力。但该技术受流体、流场分布影响，静压传感器采集的数据偏差较大，节能效果并不理想[2]。变静压控制法是以末端装置风阀尽量处于较大开度为原则，把系统静压降至最低，具有一定的节能效果，但增加了风阀开度控制，同时增加了系统控制难度和设备维护难度。变频控制是通过改变电动机的供电电源频率从而对交流异步电动机进行速度调节的装置。
3 变频节能技术分析
3.1 变频节能原理
变频节能技术是根据负荷大小改变设备供电频率，对通风空调系统风机进行转速调节，控制风机输出功率，从而达到节能降耗的效果。在通风空调系统中，叶片式风机负载特性属平方转矩型负载，其轴转矩与转速的二次方成正比。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于同一台风机，当输送流体密度不变、仅转速改变时，其性能参数变化遵循比例定律，即风量与转速成正比，压力与转速的二次方成正比，轴功率则与转速的三次方成正比。根据该理论对风机在不同频率下运行的参数进行计算，在地铁通风空调系统中采用变频节能技术，节电率较高，能够取得较好的节能效果。
3.2 变频节能的实现
随着自动化集成控制技术的快速发展，新建地铁线路自动化集成控制技术能够实现对地铁车站设备和环境温湿度的监控，从而实现对空调系统负荷的监控。若将车站负荷监控信号转换为变频器控制信号，可根据负荷变化情况控制设备输出功率，进而达到节能降耗的目的。在实际运用中将自动化集成系统采集的车站新风温、湿度数据进行加权平均后作为车站温、湿度的实测值（空调系统实际负荷）与设定值进行比较，由控制器给定变频器运行频率，对风机转速进行调节，从而实现自动化集成系统与变频器的有效衔接。通过变频技术来降低地铁通风空调系统能耗的具体技术方案各不相同，按变频器应用的程度分为3种。第1种是仅排热风机变频，第2种是排热风机和大系统中回排风机、组合空调器都变频。第3种是排热风机和大系统中回排风机、组合空调器、水泵都变频。目前地铁环控系统基本采用全空气系统，由于地铁的负荷特点，风机的运行时间要长于制冷机，而且风机的功率远大于一般建筑的空调系统的风机，风机能耗比例通常大于一般建筑的空调系统的风机能耗比例。由于在地铁空调系统运行能耗中风机能耗所占比例最大，车站节能的重点应放在风系统的变频节能上。
3.3 变频器的选择
变频器种类繁多，按控制方式大致分为 V / F 控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器；按用途大致分为专用变频器和通用变频器等。在一些实际工程项目中部分变频器与系统设备容量不符，变频器经常出现过热、不能满负荷运行等状况，进而导致整个系统故障，因此变频器的选择直接决定了系统能否可靠运行。若在新建地铁线路设计阶段已考虑采用变频节能技术，应结合风机电动机型号、变频器外围设备及系统控制方式等共同选择变频器容量。在变频器选择功能时，应注意是否有瞬时停电再起动功能。
3.4变频系统的组成
系统主要由6个模块组成：系统自检、中断模块、采样模块、控制模块、变频器通信模块和风机控制模块。其中模糊控制模块包含3个子程序：模糊化子程序进行输入量的论域变换，将输入的精确量转化为模糊量；模糊推理子程序根据模糊规则库查出对应的输出值；解模糊子程序就是将模糊推理得到的控制量（模糊量）变换为实际可用于控制的精确量。
4结论
地铁环控系统的能源消耗与外界气象条件、列车运行模式、客流量、系统控制方式和风机运行模式等诸多因素有关。地铁车站空调系统运行时可以根据实际负荷需求对风量、水量进行变频控制，也可以根据不同季节时间来决定运行模式，采用控制策略不同获得的节能效果不同。要取得理想的节能效果，还需要根据气候条件，合理设计环境调节系统，优化控制算法。研究人员和地铁施工方可以针对地铁的变频节能方案进行深入研究，用科学的智能控制方法，使变频变风量、变水量控制方法既能满足乘客舒适性要求，又能够充分节约能源。
参考文献
[1]赖雪龙,王宪,王晓冬.深圳地铁空调变频式多联机系统的节能分析[J].城市轨道交通研究,2011,14(02):62-63+67.
[2]余磊,何斌,王晓保.地铁车站空调通风系统变频节能控制的设计[J].风机技术,2009(01):53-56.
论文作者:吴杨绵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：负荷论文; 空调系统论文; 地铁论文; 变频器论文; 风机论文; 静压论文; 系统论文; 《基层建设》2018年第22期论文;