南京地铁十号线环控系统能耗分析及控制策略优化

段诚伟

摘 要：地铁作为高能耗的城市轨道交通，其能耗的降低优化一直是节能工作中有巨大潜力可以挖掘的重点项目。本文针对地铁环控系统的节能改造，以南京地铁十号线为例，对环控系统中通风空调系统PLC的各设备运行时间、运行参数等进行修改，降低环控系统能耗并对改造效果进行统计分析，为后续的节能工作提供参考。

关键词：地铁;环控系统;通风空调系统;节能

中图分类号：TP311.52

概述

地铁是一种综合利用地下空间，兼具快速、准时、大载客量等特点的公共交通方式，对缓解城市交通压力有着巨大作用。截至2020年，我国城市轨道交通的年耗电量近400亿千瓦时，占全国总耗电量的5%。作为高能耗的城市轨道交通工具，地铁的主要能耗项目为动力用电和环控用电，环控用电通常占比25%-35%，湿热地区甚至可达40%[1]。

一、南京地铁十号线及地铁通风空调系统概况

1.南京地铁10号线概况

南京地铁10号线于2014年7月正式运营，由安德门站至雨山路站，共计14座车站，小行站为地上站，其余均为地下站。

2.地铁通风空调系统能耗简述

地铁通风空调系统属于环控系统（BAS）的一部分，包括隧道通风系统和车站通风系统，车站通风系统由公共区域通风系统（即大系统）、车站内设备房空调系统（即小系统）及空调制冷循环系统等组成。其中，水系统作为车站通风空调系统的重要组成部分，其能耗占比约为整个通风空调系统的50%，具有较大的节能改造空间。通风空调系统的能耗主要受客流量、行车班次、新风量等因素影响[2]。

二、通风空调系统能耗改造优化

1.改造背景

十号线各地下车站的通风空调系统根据施工设计，在空调季根据单一的温湿度控制参数进行自动启停控制，其制冷量不能根据站内实际温湿度进行控制调整，造成车站温度过低，引起乘客体感温度较低、站台门出现水雾、通风管道外壁与出风口大量出现冷凝水等情况，同时也造成巨大的能源浪费。环控系统在空调季主要是PLC以回风口的温度为依据，通过改变KT柜和HPF风机的频率对站厅站台的送风量进行调节，从而控制车站温度。但实际情况是空调季因为冷机制冷量过大，即便风机始终以最低频率运行，车站温度依然会过低。同时大空调风机（KT）和大回排风机（HPF）的控制方式也较为粗糙，根据PLC程序的初始设定，只要系统同时处于自动状态和车站运营时间（5：30-0：30），四台风机就会处于工作状态。冷水机组作为全站的制冷源，在空调季运营时段保持冷冻水温度设定在7℃。冷站负荷调整的依据是冷冻水的回水温度，车站温度过高，则冷冻水温度也会升高，使得冷站提高制冷量。当冷冻水温度低于7℃，冷机会逐步降低负载直至停机，现实情况是冷冻水温度可能远未降到7℃车站温度就已经很低。

在上述原因的共同作用下，空调季车站空调出风口的出风温度始终过低，与站内温度差较大，继而导致了风管和出风口的凝露滴水和站台门玻璃结雾的现象的产生。而冷机在温度不高的天气下运行又会因为负荷过低导致频繁报警和频繁启停。

南京地铁空调季为每年的5-10月，经手动控制模式调试并结合站厅站台温湿度测试仪数据发现，在不开冷机的情况下，每年空调季里车站温度在相当长的时间里都不超过26℃，此时冷机如果始终大负荷运行，必然导致车站始终处于过低的温度。南京七、八月气温最高，站厅站台的温度才会较高，此时需要冷水机组较大负荷运行。六月和九月，一台冷机轻载运行基本可满足制冷需要。五月和十月，仅个别异常天气造成车站较湿热时需要运行冷机。

2.改造思路

通过冷水量与风量的联合控制来实现车站温度合理控制，解决此前由于车站温度过低引起的的问题，同时避免冷机低负荷时的频繁启停。为BAS程序新增冷冻水阀自动调节功能（包括大系统和小系统），通过改变各子系统的冷冻水的供给量来调节表冷器的制冷量，从而有效控制各子系统的出风温度。

3.方案设计

对BAS系统的程序进行调整，确保在调节通风空调系统程序时不对其他部分程序造成影响，然后分离源程序，实现KT和回排风的独立控制，最后添加相关限定参数，先构建风量闭环控制系统，在此基础上构建冷水闭环控制系统，使得通风空调系统在空调季得以实现风水联调的双闭环控制模式。其中风机运行时间段延用车站运营时间段，仍为5：30至次日0：30，冷水机组运形时间段修改为6：30至23：30。风机及冷水机组启停条件参数设置见表1，表中参数均为自动模式下设定，手动模式和事故模式优先级均高于自动模式。双闭环系统控制流程图见图1。

三、改造效果对比分析

十号线通风空调系统控制策略优化于2018年年中正式改造完成，并在后续工作中对各项参数进行微调，使其在满足地铁环控系统参数要求的同时，与各车站现场情况更加贴合。改造完成后，对2017年-2019年十号线环控系统的总耗电量情况进行了对比分析，见表2、表2。

十号线通风空调控制策略经2018年完成改造并投入使用后，对比2017年全年能耗情况，用电量减少1543020.32kWh，整体能耗降低21.5%，2019年通风空调系统全年都采用改造后的控制策略运行，相比2018年用电量减少2891700.5kWh，整体能耗降低40.3%，在节能减排方面取得重大突破。

四、结语

南京地铁十号线通风空调系统控制策略项目改造，主要通过修改环控系统中通风空调部分的PLC程序参数来完成，在不对现场硬件进行新增、改造的情况下完成改造并在节能方面取得较大成果，同时使得空调系统的运行更加贴合现场情况，提高了乘客和车站工作人员舒适度，做到了低投入高回报，为其他地铁线路地下车站的节能改造提供了可行性證明与重要参考数据。

参考文献：

[1]张金花.地铁通风空调系统运行现状及能耗调研分析[B]通风与空调，1002-3607（2020）04-0052-04.

[2]苏子怡.夏热冬冷地区全高站台门地铁环控负荷分析[A]都市快轨交通.1672-6073（2020）05-0123-07.