地铁设备管理用房变风量空调系统

在宁波地铁四号线矮柳站的应用

宁波雪路登智能科技有限公司霍小平 黄春瑜 龚建华 高旭波

宁波市轨道交通集团有限公司莫修栋 周颖

中铁第六勘察设计院集团有限公司 赵伟

中铁第四勘察设计院集团有限公司 姜涛

1. 科研项目概况

随着我国城市不断的发展，中心城市人口越来越多，从而也促进了地铁建设的发展。地铁空调系统非常复杂、庞大，在整个建筑能耗中的比重也越来越大。通常，地铁设备管理用房采用定风量送风系统，这种空调系统控制简单，使用方便。同时，定风量送风系统由于不能调节各设备管理用房的送风量，从而也存在很多弊端。定风量送风系统可调节性能差，不能满足不同用户的人性化要求，从而大大降低了室内的热舒适性。

由于空调能耗占整个建筑能耗60％以上，因此空调节能显得日益重要。据有关资料统计，空调设备97％的时间运行在70％的负荷上下波动，因此采用变风量空调可以减少空调耗能，达到经济运行的目的。据测试，一个变风量空调系统的能耗约为定风量系统的70％，如果采用更好的控制方法，其节能效果将更加显著。

本科研项目是在这种背景下提出的，提出一种地铁设备管理用房变风量送风系统及其控制方法，在送风系统干管上设置变频风机，同时，在各末端支路上分别设置第二代螺旋桨式变风量调节阀，对送风支管送风量进行控制。一种地铁设备管理用房变风量送风系统，可以满足不同用户的人性化需求，满足房间负荷的频繁变化和局部温度变化的要求，提高地铁设备管理用房的热舒适性，同时，采用变频技术，实现整个输配系统的高效节能运行。

二、项目的研究意义

传统地铁通风空调小系统，基本上采用定风量组合式空调机组的形式。多年运行下来存在如下几方面问题：

1：实际运行温度偏低或温度偏差大，影响人员的舒适度。

2：变频器常年在定频状态下运行，能耗居高不小。

3：因为以上二方面原因，实际运行噪音偏高。

为了解决地铁建设中存在的以上几方面问题，建议在地铁小系统中采用变风量空调系统的新技术与新工艺。

三、主要研究内容、关键技术及研究方法

3.1本项目研究主要内容

变风量空调系统由：①变风量末端，②空气处理机组，③灯具组合风口，④智能控制系统，⑤相关风量控制策略等组成。

（1）变风量末端：

变风量末端是变风量空调系统（Variable AirVolume System）的关键设备之一。空调系统通过末端装置调节一次风送风量，跟踪负荷变化，维持室温。变风量末端装置是变风量空调系统的象征性设备。极端地说，没有变风量末端装置，就没有变风量空调系统。

变风量末端主要由箱体、控制器、风速传感器、室温传感器、电动调节风阀等部件组成。

第二代变风量末端装置具有局部阻力因素少，进风口面积大，阀板截面风速小的特点。因此空气阻力小，比第一代变风量末端装置更加节能更，适用于地铁设备管理用房。

（2）空气处理机组：一体式蒸发冷凝冷水机组为自带冷却源和冷冻水力模块的高效螺杆冷水机组，集传统水冷冷水机组、冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、定压补水装置等功能于一体，客户仅须连接冷冻水管及电源即可高效运行，属置于框架内的机房系统，可以直接替代常规空调机房且整体放置于室外的新型冷冻系统。该产品集诸多科技成就于一体：高效蒸发式冷凝技术、高效满液式蒸发技术、自适应压差供油及增效技术、高效多级油分技术等等。

（3）灯具组合风口（可选项）：

灯具组合风口就是将照明灯具与空调系统送回风口进行某种形式的组合。即满足照明与空调工程的要求，同时又美化与简洁装饰吊顶。这种送风方式是从国外装饰吊顶设备带设计演化而来的。在采用变风量空调系统的写字楼中得到推广应用，但同时又并非变风量系统专用，可广泛应用于各种空调系统中。

（4）智能控制系统

根据轨道交通站通风空调环境系统各级控制的需求，开发中央级控制、车站级控制和就地控制三套控制系统及编制相应监控程序，相互之间既可关联又可独立。监控系统的网络架构由中央级控制操作员站、车站级控制中间级和机组就地控制级组成一个完整的通讯网络。在这个网络中，集成了工业以态网，PROFIBUS-DP，MODBUS-RTU三种通讯协议，实现了同一监控网络中多种通讯总线并存，大大提高了整个监控网络的兼容性和扩展性。智能控制系统可实现根据早、午、晚不同高峰时间段通过变容量能力输出，平峰时间段降频，控制一天中各时间段能耗需求，同时可根据焓值控制方法根据不同季节切换四种不同的运行模式，如小新风空调工况运行模式、全新风工况运行模式、过渡季通风工况运行模式。

（5）相关风量控制策略：变风量系统采用总风量法控制策略，通过运行和实时监测，建立风机所需频率和风机提供风量及风压之间的关系，因而可以迅速实现风量的调整，达到最佳的自动控制状态。

3.2关键技术研究

（1） 螺旋桨式流量传感器的研制

（2） 空调箱送风量控制策略研究

3.3本项目研究创新点

（1） 螺旋桨式流量传感器

雪路登空调 VAVBOX采用的螺旋桨风速传感器内置4对磁极，每转输出4个脉冲信号，风洞试验中的风速分辨率高达0.069 (m/s)/Hz，可测量0.75 m/s以下的风速(包括非线性输出部分)。

（2） 双重总风量控制策略研究

Hony-2001总风量法，我们通过抓住两个非常有用的参数，其一是计算出来的实时最佳需求风量值，即根据温差（积分比例等）计算出来的实时最佳需求风量，我们不妨称之为Gi-demand，我们据此可以方便地计算出VAV系统实时最佳需求总风量，即∑Gi-demand。其二是VAV控制器计算出来的实时运行风量值，我们不妨称之为Gi-run，我们同样可以据此计算出VAV系统实时运行总风量，即∑Gi-run。抓住了这两个总风量值，就可以方便地实现总风量法控制了，如果还有什么疑问，可与大智公司取得联系，以上控制方法称Hony-2001总风量控制法。

3.4本项目研发要解决的技术难点

1. 螺旋桨式流量传感器的标定

   为此，我们在宁波工厂实验室专门做了一个地铁变风量空调系统实验室。专门模仿地铁设备用房的设计方案与运行场景。

2. 双重总风量的计算

   A:其一是根据温差（积分比例等）计算出来的实时最佳需求风量，我们不妨称之为Gi-demand，我们据此可以方便地计算出VAV系统实时最佳需求总风量，即∑Gi-demand。

   B:其二是VAV控制器计算出来的实时运行风量值，我们不妨称之为Gi-run，我们同样可以据此计算出VAV系统实时运行总风量，即∑Gi-run。抓住了这两个总风量值。

   
   

四、本项目在宁波地铁四号线矮柳站的具体应用

4.1 设计平面图

宁波地铁4号线工程矮柳站K/a1系统、K/a3系统采用变风量空调系统。变风量系统采用第二代螺旋桨式A型变风量末端。

K/a1变风量空调系统

K/a3变风量空调系统

4.2 接管详图

变风量末端装置由末端本体、风量测量装置、控制器、调风门组成。通常，变风量末端控制器有Modbus通讯接口，可用于远程控制。房间温度控制面板与变风量末端控制器配套供货，两者之间通过控制电缆连接。

为避免墙体开槽，变风量末端装置温度控制面板设计为挂在变风量箱体外侧。每个变风量末端带风量传感器，满足每个房间设置一组。

4.3 安装详图

（1）变风量阀与竖向复合支管通过法兰连接，不需要做扩口。

（2）末端装置进风端连接管道的最小长度距离是150mm，进风端复合风管尺寸与对应变风量阀接口尺寸相同；

（3）末端装置连接送风口为双层百叶风口，可以直接与变风量阀连接；

（4）设备自配吊耳长度为70mm，充分考虑了40mm厚的保温层因素；

（5）为了设备连接点受力均匀，连接槽钢尺寸为40*40*2.0 mm；

（6）变风量阀内部无风机转动部分，设备吊装无需减震装置；

（7）变风量阀吊装用吊杆尺寸均为∅8 mm 。

五、结论与建议

1：变风量空调系统因其显著的节能效果在商业楼宇大厦中已经得到广泛的应用，我们相信在地铁空调系统中一定能够发挥其相应的作用，达到25-30%的节能效果，。

2：我们建议在后续的地铁工程实践应用中，进行更详细的对比测试，做出更精细化的设计方案，不断地深化技术与优化产品性能，使地铁空调系统达到更好的舒适与节能效果。