一种地铁隧道通风控制方法与流程

本发明涉及交通基础设施技术领域，具体涉及一种地铁隧道通风控制方法。

背景技术：

如今地铁成了人们出行的重要工具之一，地铁通风系统能更好的更新隧道内的空气，使得乘客增加舒适感，现今地铁隧道通风控制方法仅考虑地铁隧道内空气温度、当地地层自然温度和室外空气温度三个因素。

现有铁隧道通风控制方法考虑的主要因素有：①地铁隧道内空气温度；②室外空气温度，③当地地层自然温度。

上述通风控制方法并未考虑隧道内置余热回收装置时最佳隧道内空气温度的影响，从而无法根据最佳隧道内空气温度采取相应的通风模式，无法达到节能的效果。

技术实现要素：

本发明提供一种地铁隧道通风控制方法，通过以下方案予以实现:

一种地铁隧道最佳空气温度的测算方法，所述的隧道最佳空气温度T_p为式(1)中f(T)＝0的T的值；

其中，Q(w)为单辆列车所对应的余热回收量；

E为列车空调制冷工况的能效比；

C为地铁隧道余热回收系统的能效比；

所述的E＝a_iT+b_i(2)，其中a_i和b_i为t_i≤T<t_i+1时列车空调制冷工况的能效比的变化系数；i＝1，2，…，28，t_i+1＝t_i+1℃；

所述的C＝A_iT+B_i(3)，其中A_i和B_i为t_i≤T<t_i+1时地铁隧道余热回收系统的能效比的变化系数；i＝1，2，…，28，t_i+1＝t_i+1℃；

所述的Q_L＝KA(T-T_in)+smQ_pc+sQ_3p+smm_pc(h-h_o) (4)，

其中，K为列车围护结构传热系数，单位w/(㎡℃)；

A为单辆列车外围护结构面积，单位㎡；

s为列车车厢编组数；

m为每节车厢的车内定员数；

m_pc为列车内单位人员新风量，单位kg/s；

Q_pc为列车内单位人员冷负荷，单位为w；

Q_3p为每节车厢的照明及设备散热形成的冷负荷，单位w；

h_o为列车内设计工况下的空气比焓，单位J/kg；

h为空气温度为T和所测的隧道内空气相对湿度为时的空气比焓，单位J/kg；

T_in为列车内空调设计温度，单位℃；

其中公式(1)、(2)、(3)、(4)中所述的T为12-39℃之间任意取值，其中公式(2)、(3)中，t₁＝12℃，t_i+1＝t_i+1℃。

一种地铁隧道通风控制方法，

(1)当地铁列车内为非空调和空调供暖工况时：

当室外空气温度大于隧道内空气温度时，地铁隧道的通风模式为开式运行且开启排热风机；

当室外空气温度小于隧道内空气温度时，地铁隧道的通风模式为闭式运行；

(2)地铁列车内空调为制冷工况时：

当室外空气温度大于隧道内空气温度，且隧道内空气温度大于隧道最佳空气温度时，地铁隧道的通风模式为闭式运行；

当室外空气温度大于隧道内空气温度，且隧道内空气温度小于隧道最佳空气温度时，地铁隧道的通风模式为开式运行且开启排热风机；

当室外空气温度小于隧道内空气温度，且隧道内空气温度大于隧道最佳空气温度时，地铁隧道的通风模式为开式运行且开启排热风机；

当室外空气温度小于隧道内空气温度，且隧道内空气温度小于隧道最佳空气温度时，地铁隧道的通风模式为闭式运行；

所述的隧道最佳空气温度通过权利要求1所述的方法测得；

所述的室外空气温度为地铁隧道外的大气温度。

本发明的地铁隧道通风控制方法，考虑到了最佳隧道空气温度的影响，使得通风模式的调节更加科学，使得列车空调及余热回收装置的工作更加协调，从而使得系统的整体耗能更低。

附图说明

图1为本发明提供的地铁列车空调供暖工况时的通风控制方法；

图2为本发明提供的地铁列车非空调工况时的通风控制方法；

图3为本发明提供的地铁列车空调制冷工况时的通风控制方法；

图4为隧道内温度T与地铁隧道余热回收系统的能效比C的函数曲线图；

图5为隧道内温度T与列车空调制冷工况的能效比E的函数曲线图。

具体实施方式

本发明提供的地铁隧道最佳空气温度测算方法和地铁隧道通风控制方法适用于设置有余热回收装置的地铁隧道。

实施例1

本实施例提供一种精确测算地铁隧道最佳空气温度T_p的测量方法，其中隧道最佳空气温度T_p为式(1)中f(T)＝0的T的值；

其中，Q(w)为每辆列车所对应的余热回收量，通过测量获取。

E为列车空调制冷工况的能效比；E＝a_iT+b_i(2)，其中a_i和b_i为t_i≤T<t_i+1时列车空调制冷工况的能效比的变化系数；i＝1，2，…，28，t_i+1＝t_i+1；T为12-39℃之间任意取值，当i＝1时，t_i＝12℃，随着隧道内温度T的变化，a_i和b_i也发生变化，a_i和b_i可以通过测量所得，即列车空调制冷工况的能效比E是关于T的线性分段函数，当温度T确定时，E可通过计算得到。如图5，为在15-40℃区间内空调制冷工况的能效比E与温度T的变化关系，其中当i＝7，8，…，16，a_i＝-0.03，b_i＝4；当i＝17，18，…，25，a_i＝-0.06，b_i＝4.81，其物理意义为随着温度T的升高，导致列车空调的冷凝温度升高，从而使得列车空调制冷工况的能效比E下降，最终致使列车空调耗电量增大。可看出列车空调制冷工况的能效比E随着温度T升高在下降。在实际环境中在一个温度区间中a_i和b_i可近似为定值。

C为地铁隧道余热回收系统的能效比，C＝A_iT+B_i(3)，其中A_i和B_i为t_i≤T<t_i+1时地铁隧道余热回收系统的能效比的变化系数；i＝1，2，…，28，t_i+1＝t_i+1；T为12-39℃之间任意取值，当i＝1时，t_i＝12°，随着隧道内温度T的变化A_i和B_i也发生变化，A_i和B_i可以通过测量获得。即C是关于T的线性分段函数，当温度T确定时，C可通过计算得到。如图4为温度在10-35℃区间内，地铁隧道余热回收系统的能效比C与温度T的变化关系，其中当i＝1，2，…，10，A_i＝0.03，B_i＝1.82；当i＝11，12，…，19，A_i＝0.01，B_i＝2.24，其物理意义为随着温度T的升高，导致地铁隧道余热回收系统的蒸发温度升高，从而使得地铁隧道余热回收系统的能效比C增大，最终致使地铁隧道余热回收系统耗电量减少。可看出地铁隧道余热回收系统的能效比C随着温度T升高在升高，在实际环境中在一个温度区间A_i和B_i可近似为定值。

其中，Q_L＝KA(T-T_in)+smQ_pc+sQ_3p+smm_pc(h-h_o)(4)，其中K为列车围护结构传热系数，可通过测量所得；A(㎡)为单辆列车外围护结构面积，可通过测量所得；s为列车车厢编组数，可以从地铁运营方得到；m为每节车厢的车内定员数，可以从地铁运营方得到；m_pc(kg/s)为列车内单位人员新风量，可以从列车供应商得到；Q_pc(w)为列车内单位人员冷负荷，可以从列车供应商得到；Q_3p(w)为每节车厢的照明及设备散热形成的冷负荷，可以从列车供应商得到；h_o(J/kg)为列车内设计工况下的空气比焓，可以从列车供应商得到；h(J/kg)为空气温度为T和隧道内空气相对湿度为时的空气比焓，当空气温度T确定时，根据所测量的隧道内空气相对湿度即可计算出h；T_in(℃)为列车内空调设计温度，可以从列车供应商得到。

由以上分析可知，公式(1)是关于T的函数，令公式(1)f(T）＝0时解的的T的值即为所求的隧道最佳空气温度T_p的值。

以6B型车(车型为B型车，每辆列车车厢编组数为s＝6，外围护结构面积A＝1568㎡)为例，

列车围护结构传热系数K为4.5w/(㎡℃)；

车厢内定员数m为300人；

单位人员新风量m_pc为0.0032kg/s；

列车内单位人员冷负荷Q_pc为90w；

每节车厢的照明及设备散热形成的冷负荷Q_3p为2560w；

地铁隧道内相对空气湿度为60％；

列车内空调设计温度T_in为26℃；

列车内设计工况下的空气比焓h_o为53324J/kg；

单辆列车所对应的余热回收量Q为1500kw；

在本实施例中，由于随温度T变化时，a_i、b_i、A_i和B_i变化很小，可近似为定值，测得a_i为-0.03；b_i为4；A_i为0.03；B_i为1.82(i＝1，2，…，28)；

利用公式(1)测算的最佳隧道空气温度T_p为22.5℃；

此时E值为3.33，C值为2.5，Q_L值为128kw。

对比例

本实施例提供一种粗略测算隧道最佳空气温度T_p的一种方式，如式(5)

隧道最佳空气温度T_p也可以近似为t_j的值。其中t_i取整数，当i＝1时，t_i＝12°，t_i+1＝t_i+1，当t_i确定时，a_i、b_i、A_i和B_i都可以测得；此处的a_i、b_i、A_i和B_i和实施例中的相同。

其中Q_i＝KA(t_i-T_in)+smQ_pc+sQ_3p+smm_pc(h_i-h_o)(6)，其中h_i为空气温度为t_i，相对湿度为时的空气比焓；

即求得当式(5)取得最小值时的温度t_j，t_j即可近似为隧道最佳空气温度T_p。

以6B型车(车型为B型车，每辆列车车厢编组数为s＝6，外围护结构面积A＝1568㎡)为例，

列车围护结构传热系数K为4.5w/(㎡℃)；

车厢内定员数m为300人；

单位人员新风量m_pc为0.0032kg/s；

列车内单位人员冷负荷Q_pc为90w；

每节车厢的照明及设备散热形成的冷负荷Q_3p为2560w；

地铁隧道内相对空气湿度为60％；

列车内空调设计温度T_in为26℃；

列车内设计工况下的空气比焓h_o为53324J/kg；

单辆列车所对应的余热回收量Q为1500kw；

在本实施例中，由于随温度T变化时，a_i、b_i、A_i和B_i变化很小，可近似为定值，测得a_i为-0.03；b_i为4；A_i为0.03；B_i为1.82(i＝1，2，…，28)；

利用公式(5)估算的最佳隧道空气温度T_p为22℃；

此时j值为11，E值为3.34，C值为,2.48，Q_j值为117kw。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，算得最佳隧道空气温度T_p为22.5℃后，地铁隧道的通风控制方法如下：

(1)当地铁列车内为空调和空调供暖工况时：

当室外空气温度大于隧道内空气温度时，地铁隧道的通风模式为开式运行且开启排热风机；

当室外空气温度小于隧道内空气温度时，地铁隧道的通风模式为闭式运行；

(2)地铁列车内空调为制冷工况时：

当室外空气温度T_w为30℃，隧道内实际空气温度T_m为32℃，则此时地铁隧道的通风模式为开式运行且开启排热风机；

当室外空气温度T_w为32℃，隧道内实际空气温度T_m为30℃，则此时地铁隧道的通风模式为闭式运行；

当室外空气温度T_w为20℃，隧道内实际空气温度T_m为25℃，则此时地铁隧道的通风模式为开式运行且开启排热风机

当室外空气温度T_w为14℃，隧道内实际空气温度T_m为20℃，则此时地铁隧道的通风模式为应闭式运行。

(3)节能分析：

当室外空气温度T_w为14℃，隧道内实际空气温度T_m为22℃。如果此时不考虑最佳隧道空气温度这一影响因素，此时应开式运行。则此时每辆列车所对应的余热回收系统和地铁列车空调系统的总耗电量670kw。

当室外空气温度T_w为14℃，隧道内实际空气温度T_m为22℃，按本控制方法的地铁隧道的通风模式为应闭式运行。此时每辆列车所对应的余热回收系统和地铁列车空调系统的总耗电量639kw，大约节能5％。