一．概述 　　地鐵運營中，空調系統(tǒng)是個耗能大戶，其中對于空調系統(tǒng)冷機、風機、水泵是主要的耗電設備，要想降低空調系統(tǒng)的能耗，只能從這些設備的正確運行中實現(xiàn)。根本上來說，空調系統(tǒng)的總能耗的多少最終是由室內達到的溫濕度環(huán)境決定的，即空調系統(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系統(tǒng)能耗顯然是毫無必要的。因此要想降低空調系統(tǒng)能耗，必須首先從合理的室內溫濕度環(huán)境上，進行分析研究，最理想的模式就是任何情況下所供給的等于所需求的。變風量空調的基本原理正是通過改變送入室內的風量及溫度來滿足整個車站人員對室內不同溫濕度的要求，同時自動地適應室外環(huán)境對車站建筑物內溫濕度的影響，真正達到所供即所需。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，要想達到所供即所需，空調系統(tǒng)就必須是一個實時自適應的系統(tǒng)。 　　地鐵空調系統(tǒng)有別于地面建筑，特別是空調大系統(tǒng)，其調節(jié)對象是一個大空間的溫度，具有明顯的大滯后特點，但有一點有利因素是，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的干擾，這樣為EMCS系統(tǒng)控制調節(jié)提供了便利，調節(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)將集中關于EMCS系統(tǒng)如何實現(xiàn)對地鐵空調系統(tǒng)的調節(jié)與控制，重點圍繞包括水系統(tǒng)末端二通閥的調節(jié)控制、冷站供回水壓力控制、機組臺數(shù)控制等的控制策略及工程實現(xiàn)方法而展開，如下所述。 二．空調水系統(tǒng) 1．冷站節(jié)能及優(yōu)化控制 1）能量調節(jié)及水系統(tǒng)控制 　　為保證冷源及水系統(tǒng)的正常運行，充分利用EMCS系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)處理與分析功能，恰當?shù)貙ο到y(tǒng)進行調節(jié)，從而達到提高運行品質，降低運行能耗的作用，產(chǎn)生經(jīng)濟效益。 　　冷源及水系統(tǒng)的能耗由冷水機組主機電耗、冷凍水、冷卻水和各循環(huán)水泵電耗、冷卻塔風機電耗等構成。如果冷凍水末端各站都有良好的自動控制，冷水機組供冷量在滿足各站需求的前提下，其節(jié)能就要靠恰當?shù)卣{節(jié)機組的運行狀態(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)泵及冷卻塔風機的電耗來獲得。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)水泵在效率最高點運行。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，盡可能提高冷水機組出口水溫以提高冷水機組的COP；當采用二級泵系統(tǒng)時，減少冷凍水加壓泵的運行臺數(shù)或降低泵的轉速，以減少水泵的電耗； 　　根據(jù)冷負荷狀態(tài)恰當?shù)卮_定冷水機組運行臺數(shù)，以提高冷水機組COP值； 　　在冷水機組運行所允許的條件下，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行電耗。 2）冷凍水的調節(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速時，運行費最省。常規(guī)的運行方式是固定冷水機組的供水溫度設定值（如7℃），同時按照設計工況要求的各站壓頭確定末端各站供回水干管壓差的設定值Δpset，根據(jù)實測出的該點壓差與Δpset之關系調整冷凍水加壓泵的轉速，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行方式。 　　如果設計工況下要求各站的資用壓頭為50kPa，管網(wǎng)壓降為100kPa時，冷水回壓泵的揚程為15m。在部分負荷時，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，加壓泵揚程應為7.5m。這時若將加壓泵轉速降至50%，其揚程僅為3.75m，因此只能將泵的轉速降至70%左右，并使其工作點左移，偏離水泵的最高效率點。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），實際上此時各個站并不需要50 kPa壓差。如果不調節(jié)閥門，應僅需要12.5 kPa壓差。由此只好關小閥門，大部分壓力消耗在各站調節(jié)閥上。這時，如果適當提高制冷機供水溫度，增加各站需要的水量，可提高冷水機組的COP，從而降低冷水機組電耗；也可以進一步降低加壓泵轉速，不去維持末端的50 kPa資用壓頭，減少各站調節(jié)閥的消耗，從而進一步減少水泵能耗。 　　實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，從而做出適宜的調整。 　　當冷凍水系統(tǒng)的各站是用二通閥自動進行變水量調節(jié)時，其調節(jié)的本質是通過增大水量來降低回水溫度，由此使水側平均溫度下降，傳至空氣側的冷量增加；或者減少水量以提高回水溫度，從而使水側平均溫度上升，減少傳至空氣側的冷量。這樣，當各站的冷水閥開至最大，各站的供回水溫差仍很大時，說明各站水側的資用壓頭不夠，導致流量不足，應通過增加冷凍水加壓泵轉速來提高各站的資用壓頭從而提高各站流量；當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，應進一步降低供水溫度。反之亦然，當各站水閥關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，應降低回壓泵轉速；而當水閥關得很小，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，此時可以適當提高供水溫度，使各站流量適當加大。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%，則水泵及冷水機組的水溫設定值都應維持現(xiàn)狀； ■若Vmax＞90%，Δt1＞Δtmax,則流量不足，應將水泵轉速提高5%； ■若Vmax＞90%，Δt1＜Δtmin，且t供＞t供min，則水溫過高，應將冷水機組出口溫度設定值降低0.25℃; ■Vmax＜80%,Δt2＞Δtmax，且t供＜t供,max，則水溫過低，應將冷水機組出口溫度升高0.25℃; ■若Vmax＜80%,Δt2＞Δtmin，則流量太大，應將水泵轉速降低5%。 　　其中Δtmax，Δtmin分別為希望的供回水最大溫差和最小溫差，當設計的供回水溫差為5℃時，可取Δtmax=6℃，Δtmin=4℃。允許的溫差太大可降低要求的流量，但相應要降低冷水機組出口溫度設定值，降低冷水機組效率，而允許的溫差太小盡管可適當提高冷水機組水溫設定值，但將使水泵流量增大，電耗增加。 　　上述調節(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組運行效率和降低本泵運行電耗，從而達到最大的節(jié)能效果。同時這種調節(jié)方式還具有很好的穩(wěn)定性。例如當Vmax大于90%，Δt1＞Δtmax時，按照上述邏輯，應加大水泵轉速。由此使各個站流量增大，空氣側溫度降低，各調節(jié)閥相應地逐漸關小，至開度最大的閥門閥位降至90%以下，水泵的調節(jié)停止。 而按照維持末端壓差的傳統(tǒng)方法時當各站要求減少流量而關小閥門時，末端壓力升高，由此使水泵轉速降低，這將導致各個站流量又偏小，空氣側溫度逐漸升高，于是又紛紛開大閥門，使流量加大，引起末端壓力監(jiān)測點的壓力降低，進而又導致水泵轉速增加。由于各個站是根據(jù)工況來調節(jié)其閥門，具有較大熱慣性和時間延遲，而閥門及水泵的調節(jié)作用導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，需要小心地設計控制算法，整定好調節(jié)參數(shù)，才能消除此振蕩。與此相比，表B1-11的調節(jié)方式卻是從其機理上就具備自穩(wěn)定性質的調節(jié)過程，建議采用這種方案。 　　上述的調節(jié)方法的條件是各車站空調為兩通閥變流量調節(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際需求，從而實現(xiàn)這種恰好使各站的要求得到滿足的調節(jié)。 　　如果廣州地鐵四號線的工程現(xiàn)狀不具備上述調節(jié)的條件，我們研究了一套壓差方法調節(jié)的優(yōu)化方案，并在以往的工程實際應用中，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，其目標在房間的冷量需求，其源在冷水機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，當閥門開到最大程度，將會影響著供回水管的溫差的增大，當溫差變化達到極限后，還不能滿足房間冷量的需求時，需調節(jié)二級泵增壓，二級泵轉速達到極限（極限指設備運行最佳效率的區(qū)間范圍，比如轉速在80%~90%范圍運行效率最高）時，就只能降低冷水機組出水口的水溫來滿足要求。 　　下面我們再分析一下，當房間冷量需求一定時，冷機出水口水溫t（本參數(shù)設為定值，此定值設定點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、空調二通閥閥位L四個變量的關系，見下表B1-09 ： 表B1-09 ■1.當t、△t一定時，△P∝L； ■2.當t、L一定時，△P∝△t； ■3.當t、△P一定時，L∝△t； ■4.當改變t直接影響△P，間接影響L和△t； 　　弄清上述參數(shù)的關系后，我們很容易得出以下結論——表B1-10的各參數(shù)之間的邏輯關系（因為間接影響因素滯后，本邏輯關系可按各個環(huán)節(jié)組織，忽略間接影響因素）： 表B1-10 注釋： ■V0：送風機轉速 t0：送風溫度設定值 △t0：送風溫度設定浮動值 ■L：二通閥位置 △P：壓差設定值 △△P：壓差設定浮動值 ■V1：二級泵轉速 t：冷機出水口水溫