空调群控、集控系统在某地铁中的应用

刘亮

摘 要：本文对空调系统的自控目的及现有控制形式进行了介绍，阐述了现存问题并针对问题提出了解决方案，分析了空调集控系统的控制功能及与各控制设备的接口类型。

关键词：地铁车站;空调系统;集控系统

1 空调系统自动控制的目的

1.1 健康与舒适性

在地铁中，由于地下车站固有的结构形式，使其形成了一个相对封闭的场所。随着工作人员及乘客的呼吸会持续形成CO2，而当车站内CO2的浓度达到一定阈值时，就会给人的身体健康造成损伤，严重时甚至危及人员生命。《地铁设计规范》对地下车站中CO2日平均浓度要求为：公共区<1.5‰，设备区<1.0‰。[1]同时，地铁车站内需要的空调系统冷量与不同时间段的客流量有着紧密联系，因此，车站的送风量和进入到空调机组内的冷冻水量需要时时变化，以保持与车站的负荷变化相一致，保证乘客的舒适性。

1.2 降低能耗

空调系统的能耗在地铁总能耗中占据着第二大能耗的位置，而空调系统中主要的耗能设备有组合式空调机组中的送风机、回排风机，冷却塔风机，冷冻、冷却水泵，冷水机组等。以风机为例，风机的耗功率与转速的三次方成正比[2]，也就是说，当站内负荷较小时，使送风机变频运转，就可以大大降低风机的能耗。同理，当站内负荷较小时，使水泵变频运行或卸载冷水机组运行的台数，同样能达到节能的目的。

1.3 方便管理

将空调系统内所有的设备形成自动控制系统，管理人员即可以在环控室的操控界面随时、全面地检查空调系统各部分的运行状态，及时发现设备故障并排除，方便人员的管理。

2 传统的控制形式及问题

2.1 传统控制形式

地铁车站空调系统传统的控制形式是将水系统内的设备（包含冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及电动）将风系统内的设备与其他专业设备一同接到BAS系统进行统一监控。

2.2 现存问题

传统的控制形式主要存在如下问题：

（1）涉及专业多，设备安装施工不同步;

（2）各专业间接口协调工作繁杂，易出错;

（3）相关配套设备采购分离，型号匹配不佳;

（4）系统调试、管理使用及升级维护较为困难。

3 地铁车站空调集控系统方案

3.1 系统形式及监控的设备

针对现存问题，本文提出了空调集控系统，该系统的理念是将空调系统内的设备从BAS中分离出来，自成一套控制系统，以解决现存的问题。按照系统内各设备控制的对象和范围，可将该集控系统分为风系统和水系统两部分。

风系统主要监控的设备包括各类温湿度及二氧化碳传感器、组合式空气处理机组的风机，回排风机、各类风阀等;水系统主要监控的设备包括冷水机组、冷冻冷却水泵、冷却塔风机、全程水处理器等。

4 系统的控制方案

集控装置与BAS系统进行连线，风系统与水系统中各台设备及元器件的运行状态均上传至BAS系统进行监视。

4.1 风系统控制方案

4.1.1 运行模式切换控制

系统将新风温湿度传感器、回风温湿度传感器输入的信号进行比较，切换空调系统运行模式，不同运行模式下系统内设备、元器件的工作原理如表1：

4.1.2 风机变频控制

集控系统根据接收到的室内温湿度传感器输入的信号，向送风机变频器发出变频指令，以保证送风量与车站内负荷的变化相一致。同时，回排风机变频器与送风机变频器连锁，回排风机与送风机同步变频，以保证车站的风量平衡。

4.1.3 冷冻水流量控制

送风温湿度传感器将信号传输到集控装置，集控装置再将阀门开度信号传输至电动二通调节阀，以保证送风温度恒定。

4.1.4 压差报警控制

系统将接收到的过滤装置压差传感器输入的信号与预设值进行比较，当其大于预设值时，操作界面显示报警信号。

4.2 水系统控制方案

4.2.1 冷水机组的控制

冷水机组开机前，系统应检查相关设备的电动蝶阀是否打开，水泵是否正常运转，系统中的水量和冷却水温度是否满足运行要求，全部条件满足后，冷水机组开启。

系统运行时，根据冷冻水回水温度自动加载和卸载冷水机组，在加载、卸载时可实现运行时间最短的机组先加载，运行时间最长的机组先卸载。当任一设备故障时，冷水机组停止工作。

4.2.2 冷却塔风机的控制

根据冷却塔回水管中冷却水的温度，系统自动调整冷却塔风机变频器的频率，通过风机的转速维持冷却塔的出水温度为设定值。

4.2.3 系统只监不控的设备

（1）电动压差旁通阀的控制。分、集水器间设置的电动压差旁通阀，该阀门为独立执行部件，系统仅显示阀位状态和手/自动状态，不对其进行开度控制，其自身通过压力传感器来检测供回水的压差，并进一步控制阀门开度，来保证系统供回水压差恒定。

（2）定压补水装置。在冷冻水泵吸入口处设置定压补水装置，系统只监视其运行、故障状态。该装置自带控制系统的成套设备，其根据冷冻水系统管路的压力自动启停补水泵，以维持冷冻水系统压力恒定。

（3）全程水处理器。由于该设备自带控制箱，系统仅监视其相应的状态，不对其进行控制。

5 系统的接口

系统内的开关信号均为无源干结点信号，模拟量信号为0～10/4～20 mA的标准信号，冷水机组与集控系统的接口为RJ45以太网接口，集控系统与BAS系统的接口为标准的RS485通信接口。

6 结语

目前，许多大城市都已建成地铁，笔者通过与设计人员、地铁运营人员溝通中了解到，已建和在建线路的地铁车站空调系统，不同程度地存在着文中所述的问题，希望本系统的应用能为新建或改造线路建设提供借鉴。

参考文献：

[1]GB50157-2013，地铁设计规范[S].2013.

[2]李高潮.地铁环控系统采用变频调速可行性的探讨[J]. 铁道建筑，2002（11）：30-32.

[3]翁雪飞.冷水机组群控系统在北京地铁中的应用[J].都市快轨交通，2012，5（25）：118-121.