一．概述 　　地鐵運(yùn)營中，空調(diào)系統(tǒng)是個耗能大戶，其中對于空調(diào)系統(tǒng)冷機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵是主要的耗電設(shè)備，要想降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，只能從這些設(shè)備的正確運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)。根本上來說，空調(diào)系統(tǒng)的總能耗的多少最終是由室內(nèi)達(dá)到的溫濕度環(huán)境決定的，即空調(diào)系統(tǒng)的能耗維持整個車站溫濕度與室外溫濕度的差。如果室內(nèi)環(huán)境高于大多數(shù)人都比較滿意的溫濕度要求，高出需求的這部分空調(diào)系統(tǒng)能耗顯然是毫無必要的。因此要想降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，必須首先從合理的室內(nèi)溫濕度環(huán)境上，進(jìn)行分析研究，最理想的模式就是任何情況下所供給的等于所需求的。變風(fēng)量空調(diào)的基本原理正是通過改變送入室內(nèi)的風(fēng)量及溫度來滿足整個車站人員對室內(nèi)不同溫濕度的要求，同時自動地適應(yīng)室外環(huán)境對車站建筑物內(nèi)溫濕度的影響，真正達(dá)到所供即所需。顯然，不同人員對溫濕度的需求是不同的，而且室外環(huán)境也是不停變化的，要想達(dá)到所供即所需，空調(diào)系統(tǒng)就必須是一個實(shí)時自適應(yīng)的系統(tǒng)。 　　地鐵空調(diào)系統(tǒng)有別于地面建筑，特別是空調(diào)大系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)對象是一個大空間的溫度，具有明顯的大滯后特點(diǎn)，但有一點(diǎn)有利因素是，廣州地鐵五號線環(huán)控采用屏蔽門制式，使得被控對象免除受活塞風(fēng)的干擾，這樣為EMCS系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)提供了便利，調(diào)節(jié)可只考慮出入口處的冷量散失。正常情況下，地鐵公共區(qū)熱負(fù)荷主要來自乘客，具有一定的規(guī)律性。 　　為闡述上的方便，本節(jié)將集中關(guān)于EMCS系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)對地鐵空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與控制，重點(diǎn)圍繞包括水系統(tǒng)末端二通閥的調(diào)節(jié)控制、冷站供回水壓力控制、機(jī)組臺數(shù)控制等的控制策略及工程實(shí)現(xiàn)方法而展開，如下所述。 二．空調(diào)水系統(tǒng) 1．冷站節(jié)能及優(yōu)化控制 1）能量調(diào)節(jié)及水系統(tǒng)控制 　　為保證冷源及水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，充分利用EMCS系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與分析功能，恰當(dāng)?shù)貙ο到y(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到提高運(yùn)行品質(zhì)，降低運(yùn)行能耗的作用，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。 　　冷源及水系統(tǒng)的能耗由冷水機(jī)組主機(jī)電耗、冷凍水、冷卻水和各循環(huán)水泵電耗、冷卻塔風(fēng)機(jī)電耗等構(gòu)成。如果冷凍水末端各站都有良好的自動控制，冷水機(jī)組供冷量在滿足各站需求的前提下，其節(jié)能就要靠恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，提高其制冷效率（即COP值）和降低冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)的電耗來獲得。由于冷站同時為多個車站供冷，冷凍水循環(huán)泵須提供足夠的循環(huán)水量并滿足各站的壓降，可能的節(jié)能途徑是減少各個站冷凍水調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，并盡可能使循環(huán)水泵在效率最高點(diǎn)運(yùn)行。這樣，冷源與水系統(tǒng)的節(jié)能控制就主要通過如下3個途徑完成： 　　維持各車站的最低冷量需求，盡可能提高冷水機(jī)組出口水溫以提高冷水機(jī)組的COP；當(dāng)采用二級泵系統(tǒng)時，減少冷凍水加壓泵的運(yùn)行臺數(shù)或降低泵的轉(zhuǎn)速，以減少水泵的電耗； 　　根據(jù)冷負(fù)荷狀態(tài)恰當(dāng)?shù)卮_定冷水機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)，以提高冷水機(jī)組COP值； 　　在冷水機(jī)組運(yùn)行所允許的條件下，盡可能降低冷卻水溫度，同時又不增加冷卻泵和冷卻塔的運(yùn)行電耗。 2）冷凍水的調(diào)節(jié)控制 　　目前供冷回路多采用二級泵系統(tǒng)，二級加壓泵采用變頻調(diào)速時，運(yùn)行費(fèi)最省。常規(guī)的運(yùn)行方式是固定冷水機(jī)組的供水溫度設(shè)定值（如7℃），同時按照設(shè)計(jì)工況要求的各站壓頭確定末端各站供回水干管壓差的設(shè)定值Δpset，根據(jù)實(shí)測出的該點(diǎn)壓差與Δpset之關(guān)系調(diào)整冷凍水加壓泵的轉(zhuǎn)速，使該處壓差一直維持于Δpset。這樣做可以滿足各個站的要求，但并非是最省能的運(yùn)行方式。 　　如果設(shè)計(jì)工況下要求各站的資用壓頭為50kPa，管網(wǎng)壓降為100kPa時，冷水回壓泵的揚(yáng)程為15m。在部分負(fù)荷時，如果在7℃供水溫度下所有各站都只要求50%流量，則管網(wǎng)壓降僅為25 kPa，為了仍維持50 kPa的末端壓差，加壓泵揚(yáng)程應(yīng)為7.5m。這時若將加壓泵轉(zhuǎn)速降至50%，其揚(yáng)程僅為3.75m，因此只能將泵的轉(zhuǎn)速降至70%左右，并使其工作點(diǎn)左移，偏離水泵的最高效率點(diǎn)。由此加壓泵就不能如變頻器廠商所宣傳的“流量降低至一半，電耗可節(jié)約87.5%”，而只能節(jié)約50%左右（視泵的工作曲線形狀），實(shí)際上此時各個站并不需要50 kPa壓差。如果不調(diào)節(jié)閥門，應(yīng)僅需要12.5 kPa壓差。由此只好關(guān)小閥門，大部分壓力消耗在各站調(diào)節(jié)閥上。這時，如果適當(dāng)提高制冷機(jī)供水溫度，增加各站需要的水量，可提高冷水機(jī)組的COP，從而降低冷水機(jī)組電耗；也可以進(jìn)一步降低加壓泵轉(zhuǎn)速，不去維持末端的50 kPa資用壓頭，減少各站調(diào)節(jié)閥的消耗，從而進(jìn)一步減少水泵能耗。 　　實(shí)際上各個站對水量和水溫的要求不會同時降低，冷凍水系統(tǒng)應(yīng)滿足所有各站的要求，這就要靠EMCS系統(tǒng)觀測各個車站的工作狀況，確定各站對流量和水溫的最大要求，從而做出適宜的調(diào)整。 　　當(dāng)冷凍水系統(tǒng)的各站是用二通閥自動進(jìn)行變水量調(diào)節(jié)時，其調(diào)節(jié)的本質(zhì)是通過增大水量來降低回水溫度，由此使水側(cè)平均溫度下降，傳至空氣側(cè)的冷量增加；或者減少水量以提高回水溫度，從而使水側(cè)平均溫度上升，減少傳至空氣側(cè)的冷量。這樣，當(dāng)各站的冷水閥開至最大，各站的供回水溫差仍很大時，說明各站水側(cè)的資用壓頭不夠，導(dǎo)致流量不足，應(yīng)通過增加冷凍水加壓泵轉(zhuǎn)速來提高各站的資用壓頭從而提高各站流量；當(dāng)各站冷水閥開至最大，而供回水溫差已很小時，則表明通過各站的水量已很大，但水溫偏高，應(yīng)進(jìn)一步降低供水溫度。反之亦然，當(dāng)各站水閥關(guān)得很小而供回水溫差仍然很小時，說明資用壓頭太大，各站水量太高，應(yīng)降低回壓泵轉(zhuǎn)速；而當(dāng)水閥關(guān)得很小，供回水溫差過大時，表明各站在很小的流量上即已滿足需求，此時可以適當(dāng)提高供水溫度，使各站流量適當(dāng)加大。這樣，由各站的閥位狀況及供回水溫差狀況即可判斷該各站對水側(cè)壓頭及供水溫度的需求。 　　由于冷凍水系統(tǒng)需同時滿足所有各站對水量及水溫的要求，因此可按表3-3的邏輯去確定對水溫及水泵的調(diào)節(jié)。 兩級泵系統(tǒng)的控制邏輯如下表B1-08 所述： 表B1-08 ■找出閥門開度最大的各站Vmax和該各站的供回水溫差Δt1，閥門開度最小的各站Vmin和該各站的供回水溫差Δt2； ■若80%≤Vmax≤90%，則水泵及冷水機(jī)組的水溫設(shè)定值都應(yīng)維持現(xiàn)狀； ■若Vmax＞90%，Δt1＞Δtmax,則流量不足，應(yīng)將水泵轉(zhuǎn)速提高5%； ■若Vmax＞90%，Δt1＜Δtmin，且t供＞t供min，則水溫過高，應(yīng)將冷水機(jī)組出口溫度設(shè)定值降低0.25℃; ■Vmax＜80%,Δt2＞Δtmax，且t供＜t供,max，則水溫過低，應(yīng)將冷水機(jī)組出口溫度升高0.25℃; ■若Vmax＜80%,Δt2＞Δtmin，則流量太大，應(yīng)將水泵轉(zhuǎn)速降低5%。 　　其中Δtmax，Δtmin分別為希望的供回水最大溫差和最小溫差，當(dāng)設(shè)計(jì)的供回水溫差為5℃時，可取Δtmax=6℃，Δtmin=4℃。允許的溫差太大可降低要求的流量，但相應(yīng)要降低冷水機(jī)組出口溫度設(shè)定值，降低冷水機(jī)組效率，而允許的溫差太小盡管可適當(dāng)提高冷水機(jī)組水溫設(shè)定值，但將使水泵流量增大，電耗增加。 　　上述調(diào)節(jié)方式可以在滿足各站工況要求的前提下最大限度地提高冷水機(jī)組運(yùn)行效率和降低本泵運(yùn)行電耗，從而達(dá)到最大的節(jié)能效果。同時這種調(diào)節(jié)方式還具有很好的穩(wěn)定性。例如當(dāng)Vmax大于90%，Δt1＞Δtmax時，按照上述邏輯，應(yīng)加大水泵轉(zhuǎn)速。由此使各個站流量增大，空氣側(cè)溫度降低，各調(diào)節(jié)閥相應(yīng)地逐漸關(guān)小，至開度最大的閥門閥位降至90%以下，水泵的調(diào)節(jié)停止。 而按照維持末端壓差的傳統(tǒng)方法時當(dāng)各站要求減少流量而關(guān)小閥門時，末端壓力升高，由此使水泵轉(zhuǎn)速降低，這將導(dǎo)致各個站流量又偏小，空氣側(cè)溫度逐漸升高，于是又紛紛開大閥門，使流量加大，引起末端壓力監(jiān)測點(diǎn)的壓力降低，進(jìn)而又導(dǎo)致水泵轉(zhuǎn)速增加。由于各個站是根據(jù)工況來調(diào)節(jié)其閥門，具有較大熱慣性和時間延遲，而閥門及水泵的調(diào)節(jié)作用導(dǎo)致的末端壓力的變化慣性很小，由此很容易造成上述的振蕩過程發(fā)生，需要小心地設(shè)計(jì)控制算法，整定好調(diào)節(jié)參數(shù)，才能消除此振蕩。與此相比，表B1-11的調(diào)節(jié)方式卻是從其機(jī)理上就具備自穩(wěn)定性質(zhì)的調(diào)節(jié)過程，建議采用這種方案。 　　上述的調(diào)節(jié)方法的條件是各車站空調(diào)為兩通閥變流量調(diào)節(jié)，并均有控制器控制。各車站的現(xiàn)場控制器都需要具有與冷站的控制器通訊功能。通過通訊得到各個冷水站的實(shí)際需求，從而實(shí)現(xiàn)這種恰好使各站的要求得到滿足的調(diào)節(jié)。 　　如果廣州地鐵四號線的工程現(xiàn)狀不具備上述調(diào)節(jié)的條件，我們研究了一套壓差方法調(diào)節(jié)的優(yōu)化方案，并在以往的工程實(shí)際應(yīng)用中，十分成功。此方案具體描述如下圖B1-14所示： 圖B1-14 　　上述調(diào)節(jié)方法中的表B1-08的控制邏輯中，不難發(fā)現(xiàn)供回水管的溫差及閥門的開度的變化，其目標(biāo)在房間的冷量需求，其源在冷水機(jī)組的出水口水溫及供回水壓差，即房間冷量的需求影響著閥門的開度，當(dāng)閥門開到最大程度，將會影響著供回水管的溫差的增大，當(dāng)溫差變化達(dá)到極限后，還不能滿足房間冷量的需求時，需調(diào)節(jié)二級泵增壓，二級泵轉(zhuǎn)速達(dá)到極限（極限指設(shè)備運(yùn)行最佳效率的區(qū)間范圍，比如轉(zhuǎn)速在80%~90%范圍運(yùn)行效率最高）時，就只能降低冷水機(jī)組出水口的水溫來滿足要求。 　　下面我們再分析一下，當(dāng)房間冷量需求一定時，冷機(jī)出水口水溫t（本參數(shù)設(shè)為定值，此定值設(shè)定點(diǎn)為供冷高效效范圍的中間值，在所有的參數(shù)變化均不能滿足負(fù)荷要求時，方可降低此參數(shù)）、供回水壓差△P、供回水溫差△t、空調(diào)二通閥閥位L四個變量的關(guān)系，見下表B1-09 ： 表B1-09 ■1.當(dāng)t、△t一定時，△P∝L； ■2.當(dāng)t、L一定時，△P∝△t； ■3.當(dāng)t、△P一定時，L∝△t； ■4.當(dāng)改變t直接影響△P，間接影響L和△t； 　　弄清上述參數(shù)的關(guān)系后，我們很容易得出以下結(jié)論——表B1-10的各參數(shù)之間的邏輯關(guān)系（因?yàn)殚g接影響因素滯后，本邏輯關(guān)系可按各個環(huán)節(jié)組織，忽略間接影響因素）： 表B1-10 注釋： ■V0：送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 t0：送風(fēng)溫度設(shè)定值 △t0：送風(fēng)溫度設(shè)定浮動值 ■L：二通閥位置 △P：壓差設(shè)定值 △△P：壓差設(shè)定浮動值 ■V1：二級泵轉(zhuǎn)速 t：冷機(jī)出水口水溫