一种地铁站空调水系统变频控制节能方法

文档序号:9807748
一种地铁站空调水系统变频控制节能方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及到暖通空调领域,针对地铁站通风空调水系统存在能量浪费的问题, 提出了一种水累变频控制方法。具体是利用化nsys软件对地铁站通风空调系统进行模型搭 建W及能耗模拟仿真,通过节能控制算法对地铁站通风空调水系统进行改进,并分析节能 效果。
【背景技术】
[0002] 随着现代经济的不断发展和城市化趋势的改变,使得城市中车辆逐渐增多,人口 迅速增长,因此也导致交通拥挤、环境污染等一系列问题,引起了世界各国的高度重视。地 铁作为一种快速、高效的地下交通方式,能够有效改善地面交通状况,是解决城市道路交通 阻塞和居民乘车困难最有效的途径,并且可W带来显著的社会效益和经济效益。
[0003] 通风空调系统作为地铁车站的一个重要组成部分,其能耗约占地铁总能耗的30% ~40%,主要原因是系统在最初设计时一般按照远期最大负荷预测设计并且留有一定的富 裕量。然而,空调系统在日常运行时,长时间是在部分负荷情况下运行的,形成'大马拉小车 现象',造成了能量的严重浪费。
[0004] 地铁空调水系统运行方式为一次累定频末端阀口变流量运行,系统仅仅依靠末端 阀口开度控制水流量,而水累始终在额定工况下运行,大量的能量浪费在阀口,使得水累不 节能。
[0005] 变频技术作为一种有效的节能方式,在建筑空调系统中已经得到广泛采用,但我 国已经建成的地铁空调水系统却很少应用。随着能源日益紧缺,地铁空调水系统采用新技 术节能就显得尤为重要,如果可W把变频节能方法应用到地铁空调水系统中,将会大大减 少系统的能耗,节省大量的资源。

【发明内容】

[0006] 本发明针对地铁通风空调冷冻水系统存在的能源浪费问题,提出基于前馈-反馈 变溫差控制策略的一次累变频调节方法,该方法通过改变水累的运行状况,可W有效的节 约空调系统能耗,并且节能效果显著。
[0007] -种地铁站空调水系统变频控制节能方法,其特征在于对地铁站空调系统的水累 运行模式进行变频控制的修改,应用Trnsys软件搭建地铁站通风空调系统并对系统进行能 耗模拟仿真,将节能控制方法在仿真平台进行实现,通过对比地铁现行运行状况,分析所采 取的控制方法的节能效果。
[000引本发明的主要研究对象为空调水系统的冷冻水系统,控制对象为可W变频的冷冻 水累。
[0009] 空调水系统的硬件系统示意图如说明书附图1所示。
[0010] 系统主要包括冷水机组、冷冻水累、负荷房间、溫度传感器、PLC-200/235数据采集 模块W及ABB变频器。首先将冷冻水累与变频器相连接用W控制水累转速。然后通过溫度传 感器采集冷冻水系统供回水溫度,将采集到的模拟信号通过235数据采集模块传递给上位 机。接着上位机通过计算将控制信号传递给化C-200并通过变频器控制水累的转速。
[001。 节能控制方法的具体控制流程图如说明书附图2所示。
[0012] 具体的控制流程如下:
[0013] 第一步,根据历史数据的总负荷变化趋势通过运算器由回水溫度计算公式来计算 冷冻水的回水溫度,并将计算得到的回水溫度的设定值传递给溫度控制器,即PID控制器。
[0014] 第二步,溫度传感器采集冷冻水干管回水溫度,并将采集到的数据传递给溫度控 制器,作为控制器的反馈信号。
[0015] 第Ξ步,通过给房间室内添加溫度传感器,来采集室内溫度并传递给溫度控制器, 作为控制器的前馈反馈信号,其目的是保证在变频调节过程中,室内溫度可W保持在规定 范围内。
[0016] 第四步,控制器将采集到的实时回水溫度与计算得到的设定值,并进行比较。如果 检测到的实际值小于设定值时,则变频器控制水累减低转速,调节冷冻水减少流量,从而提 升冷冻水的回水溫度,直到实际回水溫度与设定值相等;如果检测到的实际值大于设定值 时,则变频器控制水累增加转速,调节冷冻水增大流量,从而降低冷冻水的回水溫度,直到 实际回水溫度与设定值相等。具体的误差控制在设定值的±〇.5°C左右。
[0017] PID闭环反馈溫差控制框图如说明书附图3所示。
[0018] 首先给定PID控制器的设定值,即回水溫度的设定值Tr,set,其值由回水溫度的设定 值计算公式得到。通过溫度传感器采集回水溫度的实际值Tr,其值作为PID控制器的反馈信 号,运些信号均属于模拟信号。
[0019] 将溫度信号传递给通过PID控制器时,将信号变为频率信号,范围在20化-50Hz,运 算器通过对比实际值与设定值,从而给变频器控制信号来控制水累转速。
[0020] 在改变水累转速后,冷冻水流量会发生相应变化,此时溫度传感器采集回水溫度, 再次传递给控制器,将实际值与设定值对比,直到实际值达到设定值的规定范围内。如此反 复循环,运行周期为化。结束后进入下一运行周期。
[0021 ]在运行期间,通过溫度传感器采集房间室内溫度,作为前馈控制信号传递给控制 器,如果房间溫度不在规定范围内,则提前给控制器控制信号来控制水累转速。在实际运行 过程中发现,通常情况下,由于溫度变化的滞后性W及水累流量变化不会特别剧烈的原因, 室内溫度变化不会超出规定范围。
[0022] 本发明的技术方案为:一种地铁站空调水系统变频控制节能方法,方法包括如下 具体步骤:
[0023] (1)根据地铁站设计图纸W及实际参数搭建地铁站通风空调系统的仿真模型,主 要包括Ξ部分:地铁站的建筑仿真模型参数设计,包括地铁站站台层的尺寸大小、站内散热 量;地铁站通风系统的仿真模型,包括风机参数设计、新风回风风量设计、室外溫湿度设计; 地铁站空调系统的仿真模型,包括表冷器、冷冻水累、冷却水累、冷水机组、冷却塔参数设 计;在地铁站空调水系统仿真模型内为干管回水管道添加回水溫度传感器,采集回水溫度 作为空调水系统反馈参数,在地铁站建筑模型内添加室内溫度度传感器,采集室内溫湿度 作为舒适度评判标准的前馈参数;
[0024] (2)搭建地铁站通风空调系统,在TRNBuild软件中搭建地铁站仿真模型并导入 Simulation Studio中;在Simulation Studio软件中分别搭建通风系统与空调系统,通风 系统作为中间端与地铁站模型W及空调系统相连接;
[0025] (3)根据地铁站通风空调系统仿真模型参数,为地铁站空调水系统添加 PID控制 器。PID控制器输入参数中的反馈参数由空调水系统干管溫度采集器提供,设定值的参数根 据变频节能控制方法计算得出,地铁站站内溫度作为前馈参数添加到控制系统中,PID的输 出控制参数为冷冻水水累的转速,控制冷冻水系统的流量;
[0026] (4)运行Trnsys软件,载入设计好的地铁站建筑模型并通过PID控制器控制空调冷 冻水累的转速,运行时长选择7月份和8月份(4344h-508化)两个典型空调季节进行仿真实 验,为仿真模型添加能耗检测与数据采集模块,分析评判水系统变频运行的节能效果;
[0027] (5)采集空调冷冻水系统的干管回水溫度作为反馈参数输出给PID溫度控制器,经 运算器计算相应回水溫度的设定值,与反馈得到的实际回水溫度的检测值进行对比,如若 设定值不等于检测值,则变频器改变频率,控制水累转速从而控制冷冻水的水流量。模拟仿 真的步长选择化,变频器的变频范围要求在满足水累流量正常运行的范围内;
[0028] (6) W模拟仿真步长为周期,通过溫度传感器采集站内溫湿度,作为前馈扰动信 号,输入到变频控制系统中,当站内溫湿度不满足设计规范的要求时,对前馈控制器的参数 进行调整,提前调整冷冻水流量,直到站内溫湿度满足设计标准为止;
[0029] (7)最后待系统运行稳定后,采集冷冻水累能耗数据与检测曲线,分析变频控制方 法的节能效果。
[0030] 采用上述方案对地铁站通风空调系统进行模拟仿真,不仅能准确地模拟地铁站通 风空调水系统实际运行情况,而且能够方便准确地得到地铁站站内溫湿度的变化情况W及 通风空调系统各设备的能耗情况。通过对空调水累采取添加变频控制的方式,来改变空调 水系统的运行状况。使用本方法对地铁站通风空调水系统运行模式进行修改,可W有效的 改善地铁站水累能源浪费的问题。
[0031] 本发明
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