论文部分内容阅读
摘 要：本文主要分析了南京地铁BAS系统组成，并深入探讨了南京地铁BAS系统相关节能技术，仅供参考。
关键词：南京地铁；BAS系统；构架；节能；
一、南京地铁一号线BAS概述
南京地铁一号线BAS系统是将现代科技的计算机及网络技术结合机电设备自动化控制原理，以专门的地铁环境通风空调及防灾处理等理论为基础的自动化控制系统，利用分布式微机监控系统对地铁车站及区间隧道内的空调通风、给排水、照明、电梯、自动扶梯、导向标识等机电设备进行全面的运行管理与控制，在发生火灾或列车阻塞等事故情况时，能够及时迅速地进人防灾运行模式，根据火灾报警系统发送的着火点信息或列车自动控制系统发送的阻塞点信息自动调度送风和排风，进行通风排烟，引导人员疏散，极大地提高地铁运营的智能化和安全性。南京地铁 BAS 采用中央管理级、车站监控级、现场控制级及相关通信网络组成的三级控制[1]。系统以节能为特色，综合考虑列车、客流、车站设备、通风等影响空调通风系统负荷的各种因素，根据地铁热环境变化的规律，对空调通风系统的全年运行方式自动进行调整，不仅可以保障地铁车站机电系统设备的安全可靠运行，创造安全、舒适、高效的乘车环境，而且能降低空调通风系统的运行能耗，减少地铁运营成本。
二、南京地铁 BAS 节能技术
南京地铁 BAS 运行能耗构成根据南京地铁 BAS 的系统形式与监控对象，地铁车站机电设备运行能耗主要包括：通风空调系统（包括各种变频风机与定速风机等）电耗、冷水系统（包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等）电耗、车站一般机电设备（包括工作照明、广告照明、导向标识、自动售票机、进出站闸机、电扶梯、办公室电器等）电耗[2]。
1.南京地铁 BAS 节能关键技术
南京地铁 BAS 的许多节能技术的运用，通过计算机模拟仿真与实验论证等多种手段，对南京地铁热环境特点、控制标准选取、运行模式优化、控制逻辑图编制以及各种设备联合运行的稳定性与安全性等问题进行深入研究，将相关专业的先进技术与设备应用于南京地铁实际工程，以期获得良好的节能效果。南京地铁 BAS 节能关键技术主要包括：
（1）以人体生理学对热湿反应的相关研究为基础，通过采用相对热舒适指标 RWI（Relative Warmth Index）与热损失率 HDR（Heat Deficit Rate）合理确定地铁车站全年温度控制指标[3]。车站 BAS 工作站可根据室外与站内实时热环境参数，自动计算当前车站控制温度标准，明确 BAS全年控制目标。在保证全年站内热环境满足人体热舒适前提下，优化设备运行模式，减少通风空调系统与冷水系统的设备运行数量与运行时间。
（2）采用风机变频技术，实现通风空调大系统送风机与回排风机的变频运行。根据站内热环境情况与控制标准，实时调整风机运行频率，减少通风空调大系统风机运行能耗；
（3）采用“只送不排”或“只排不送”的通风模式，在满足站内热环境要求的前提下，进一步减少通风空调大系统的设备运行数量，减少设备运行能耗；
（4）根据站内热环境控制标准，合理确定冷机启动条件。取消通风空调大系统空调箱冷冻水管路的二通水阀，采用“准定流量、变水温”的控制策略，通风空调小系统采用“变流量”控制策略，完善冷水系统控制效果，实现冷水系统运行模式的合理确定，减少设备运行数量与运行时间，达到节能的目的。
2.南京地铁 BAS 节能工况
南京地铁 BAS 通过采用上述节能关键技术与先进控制手段，将根据地铁实际运行情况，合理设定相关控制参数并选择最佳控制模式，从而实现 BAS 节能。现就南京地铁 BAS 节能实现的具体典型工况进行简要列举与分析。
（1）设定合理的车站温度控制标准以实现 BAS 节能南京地铁在国内首次采用全年温度控制标准，根据人体热湿反应相关评价指标 RWI 与 HDR 自动计算适宜的温度控制标准，实现 BAS 系统全年连续自动与优化控制。表1 为南京地铁三山街车站初期运行调试阶段自动控制与手动控制条件下通风空调与冷水系统的设备运行情况对比。图2 为南京地铁三山街车站夏季典型日自动控制与手动条件下站台温度曲线。由表1与图2 中车站实际热环境与设备运行情况可以看出，BAS 自动控制工况下，站内温度处于合理范围内，通风空调大系统风机工作于低频状态，大系统冷机不开启；而手动控制条件下，尽管室外与站内温度已经处于较低状态，但通风空调大系统风机工作频率高于自动控制工况，且大系统冷机开启 2 台，全天共运行近 12 小时。BAS自动控制条件下，设备运行参数、数量与时间远小于手动控制工况，节能效果明显。 综上所述，南京地铁通过对车站温度控制标准的合理设定，准确判断通风空调与冷机设备的开启条件，通过采用合理的设备运行参数、数量与时间，实现 BAS 节能。
（2）通风空调大系统风机变频工况下设备功率实测
南京地铁对车站通风空调大系统采用变频控制工艺，根据车站温度设定值对空调箱送风机与回排风机运行频率进行 PID 控制。在风机变频运行时，通过改变风机转数，实现风量与功率的变化。根据相似性理论，风机功率与转数之间有下述理论关系式：
其中，Q 为风机风量；F 为风机频率；P 为风机功率；n 为乘幂指数。在理论计算时，两种不同工况下的风机功率比值与频率比值之间存在 n = 3的乘幂指数关系。考虑到风机实际运行过程中，工作状态点发生的偏移，以及设备与线路的相应损耗，该乘幂指数 n 将小于理论计算值。在南京地铁 BAS 设备安装与调试阶段，对鼓楼站通风空调大系统风机功率
进行了实测，表 2 为风机变频实测相关数据汇总，根据表 2 中实测风机频率与功率进行数值拟合得到的乘幂指数 n 范围在 2.09～2.78 之间，平均值约为 2.47。以风机频率 25Hz 为例，其状态下风机功率约为 50Hz 全频工作状态时功率的 1/6 左右（理论计算功率比值为1/8）。若车站通风空调大系统所有 4 台送风机与 4 台排风机同时以 25Hz 运行，每小时风机总电耗为 52.2kWh；若工作于 50Hz 全频状态下，每小时风机总电耗为 300.5kWh，同比实现节能 248.3kWh，节能率达 82.6% 。
3.采用不同的通风运行模式
春秋过渡季不开冷冻机组，采用全通风方式通风方式有以下两种运行模式。
（1）模式（“只送不排”模式）1：只开送风机、关闭回排风机，利用出入口自然排风，节约回排风机能耗。模式2（“只排不送”模式）：只开排风机、关闭送风机，利用出入口进风。两种通风模式与空调模式的功耗如图3所示。春秋过渡季节，室外空气干球温度小于空调送风干球温度，此时常使用通风模式2来进行通风，同时可降低车站风机能耗。
（2）冬季一般采用“只送不排”的运行模式由于冬季室外、站厅、站台间的温度差是室外<站厅<站台，冬季室外空气干球温度大部分小于10℃，车站的通风运行模式应采用“只送不排”模式，即打开送风机、关闭回排风机，利用出入口自然排风。采用“只送不排”模式，打开送风机由车站送风机进风，关闭排风机由车站出入口自然排风，此时由于站内温度比室外高，出入口排暖风，会给乘客迎面温暖的感觉，创造更人性和舒适的环境。
参考文献：
[1] 中华人民共和国建设部.《地铁设计规范》[S].GB50157—2003.中国计划出版社.
[2] 中华人民共和国建设部.《地下铁道工程施工及验收规范》[S].GB50299-1999.中国计划出版社.
[3] 中华人民共和国建设部.《智能建筑设计标准》 [S].GB/T50314-2000.中国计划出版社.
关键词：南京地铁；BAS系统；构架；节能；
一、南京地铁一号线BAS概述
南京地铁一号线BAS系统是将现代科技的计算机及网络技术结合机电设备自动化控制原理，以专门的地铁环境通风空调及防灾处理等理论为基础的自动化控制系统，利用分布式微机监控系统对地铁车站及区间隧道内的空调通风、给排水、照明、电梯、自动扶梯、导向标识等机电设备进行全面的运行管理与控制，在发生火灾或列车阻塞等事故情况时，能够及时迅速地进人防灾运行模式，根据火灾报警系统发送的着火点信息或列车自动控制系统发送的阻塞点信息自动调度送风和排风，进行通风排烟，引导人员疏散，极大地提高地铁运营的智能化和安全性。南京地铁 BAS 采用中央管理级、车站监控级、现场控制级及相关通信网络组成的三级控制[1]。系统以节能为特色，综合考虑列车、客流、车站设备、通风等影响空调通风系统负荷的各种因素，根据地铁热环境变化的规律，对空调通风系统的全年运行方式自动进行调整，不仅可以保障地铁车站机电系统设备的安全可靠运行，创造安全、舒适、高效的乘车环境，而且能降低空调通风系统的运行能耗，减少地铁运营成本。
二、南京地铁 BAS 节能技术
南京地铁 BAS 运行能耗构成根据南京地铁 BAS 的系统形式与监控对象，地铁车站机电设备运行能耗主要包括：通风空调系统（包括各种变频风机与定速风机等）电耗、冷水系统（包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机等）电耗、车站一般机电设备（包括工作照明、广告照明、导向标识、自动售票机、进出站闸机、电扶梯、办公室电器等）电耗[2]。
1.南京地铁 BAS 节能关键技术
南京地铁 BAS 的许多节能技术的运用，通过计算机模拟仿真与实验论证等多种手段，对南京地铁热环境特点、控制标准选取、运行模式优化、控制逻辑图编制以及各种设备联合运行的稳定性与安全性等问题进行深入研究，将相关专业的先进技术与设备应用于南京地铁实际工程，以期获得良好的节能效果。南京地铁 BAS 节能关键技术主要包括：
（1）以人体生理学对热湿反应的相关研究为基础，通过采用相对热舒适指标 RWI（Relative Warmth Index）与热损失率 HDR（Heat Deficit Rate）合理确定地铁车站全年温度控制指标[3]。车站 BAS 工作站可根据室外与站内实时热环境参数，自动计算当前车站控制温度标准，明确 BAS全年控制目标。在保证全年站内热环境满足人体热舒适前提下，优化设备运行模式，减少通风空调系统与冷水系统的设备运行数量与运行时间。
（2）采用风机变频技术，实现通风空调大系统送风机与回排风机的变频运行。根据站内热环境情况与控制标准，实时调整风机运行频率，减少通风空调大系统风机运行能耗；
（3）采用“只送不排”或“只排不送”的通风模式，在满足站内热环境要求的前提下，进一步减少通风空调大系统的设备运行数量，减少设备运行能耗；
（4）根据站内热环境控制标准，合理确定冷机启动条件。取消通风空调大系统空调箱冷冻水管路的二通水阀，采用“准定流量、变水温”的控制策略，通风空调小系统采用“变流量”控制策略，完善冷水系统控制效果，实现冷水系统运行模式的合理确定，减少设备运行数量与运行时间，达到节能的目的。
2.南京地铁 BAS 节能工况
南京地铁 BAS 通过采用上述节能关键技术与先进控制手段，将根据地铁实际运行情况，合理设定相关控制参数并选择最佳控制模式，从而实现 BAS 节能。现就南京地铁 BAS 节能实现的具体典型工况进行简要列举与分析。
（1）设定合理的车站温度控制标准以实现 BAS 节能南京地铁在国内首次采用全年温度控制标准，根据人体热湿反应相关评价指标 RWI 与 HDR 自动计算适宜的温度控制标准，实现 BAS 系统全年连续自动与优化控制。表1 为南京地铁三山街车站初期运行调试阶段自动控制与手动控制条件下通风空调与冷水系统的设备运行情况对比。图2 为南京地铁三山街车站夏季典型日自动控制与手动条件下站台温度曲线。由表1与图2 中车站实际热环境与设备运行情况可以看出，BAS 自动控制工况下，站内温度处于合理范围内，通风空调大系统风机工作于低频状态，大系统冷机不开启；而手动控制条件下，尽管室外与站内温度已经处于较低状态，但通风空调大系统风机工作频率高于自动控制工况，且大系统冷机开启 2 台，全天共运行近 12 小时。BAS自动控制条件下，设备运行参数、数量与时间远小于手动控制工况，节能效果明显。 综上所述，南京地铁通过对车站温度控制标准的合理设定，准确判断通风空调与冷机设备的开启条件，通过采用合理的设备运行参数、数量与时间，实现 BAS 节能。
（2）通风空调大系统风机变频工况下设备功率实测
南京地铁对车站通风空调大系统采用变频控制工艺，根据车站温度设定值对空调箱送风机与回排风机运行频率进行 PID 控制。在风机变频运行时，通过改变风机转数，实现风量与功率的变化。根据相似性理论，风机功率与转数之间有下述理论关系式：
其中，Q 为风机风量；F 为风机频率；P 为风机功率；n 为乘幂指数。在理论计算时，两种不同工况下的风机功率比值与频率比值之间存在 n = 3的乘幂指数关系。考虑到风机实际运行过程中，工作状态点发生的偏移，以及设备与线路的相应损耗，该乘幂指数 n 将小于理论计算值。在南京地铁 BAS 设备安装与调试阶段，对鼓楼站通风空调大系统风机功率
进行了实测，表 2 为风机变频实测相关数据汇总，根据表 2 中实测风机频率与功率进行数值拟合得到的乘幂指数 n 范围在 2.09～2.78 之间，平均值约为 2.47。以风机频率 25Hz 为例，其状态下风机功率约为 50Hz 全频工作状态时功率的 1/6 左右（理论计算功率比值为1/8）。若车站通风空调大系统所有 4 台送风机与 4 台排风机同时以 25Hz 运行，每小时风机总电耗为 52.2kWh；若工作于 50Hz 全频状态下，每小时风机总电耗为 300.5kWh，同比实现节能 248.3kWh，节能率达 82.6% 。
3.采用不同的通风运行模式
春秋过渡季不开冷冻机组，采用全通风方式通风方式有以下两种运行模式。
（1）模式（“只送不排”模式）1：只开送风机、关闭回排风机，利用出入口自然排风，节约回排风机能耗。模式2（“只排不送”模式）：只开排风机、关闭送风机，利用出入口进风。两种通风模式与空调模式的功耗如图3所示。春秋过渡季节，室外空气干球温度小于空调送风干球温度，此时常使用通风模式2来进行通风，同时可降低车站风机能耗。
（2）冬季一般采用“只送不排”的运行模式由于冬季室外、站厅、站台间的温度差是室外<站厅<站台，冬季室外空气干球温度大部分小于10℃，车站的通风运行模式应采用“只送不排”模式，即打开送风机、关闭回排风机，利用出入口自然排风。采用“只送不排”模式，打开送风机由车站送风机进风，关闭排风机由车站出入口自然排风，此时由于站内温度比室外高，出入口排暖风，会给乘客迎面温暖的感觉，创造更人性和舒适的环境。
参考文献：
[1] 中华人民共和国建设部.《地铁设计规范》[S].GB50157—2003.中国计划出版社.
[2] 中华人民共和国建设部.《地下铁道工程施工及验收规范》[S].GB50299-1999.中国计划出版社.
[3] 中华人民共和国建设部.《智能建筑设计标准》 [S].GB/T50314-2000.中国计划出版社.