深圳地铁罗宝线续建工程环控系统总结与分析

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   摘要:介绍深圳地铁罗宝线续建工程环控系统总体情况,创新技术的应用,对环控系统设备、系统安装调试存在的问题、难点进行分析,并提出相关建议。
  关键词:地铁 ,环控系统, 总结, 分析
  Abstract: this paper introduces the LuoBao extension project of shenzhen metro line ring control system of the general situation, innovation of technology application, ring control system equipment, system installation problems, difficulties to carry on the analysis, and puts forward relevant Suggestions.
  Key words: the subway, environmental control system, summary, analysis
  
  
  中图分类号:U231+.3文献标识码:A 文章编号:
  1 工程概况
  深圳市轨道交通罗宝线东起罗湖区罗湖站,终点位于宝安区机场东站,是贯穿深圳东西的交通大动脉。罗宝线分一期工程(以下简称一期工程)和罗宝线续建工程(以下简称续建工程)两个工程项目先后建设,续建工程起点白石洲站,终点深圳机场站,线路全长23.62公里,共15座车站(地下车站13座,高架车站2座),设前海车辆段(占地约39.55万平米)1座。本文主要对续建工程车站环控系统进行总结与分析。
  地下车站环控系统分车站通风空调系统、区间隧道通风系统。车站环控系统又分为公共区通风空调系统和设备管理用房通风空调系统。公共区通风空调系统采用屏蔽门系统制式,由公共区站厅、站台空调、通风及防排烟系统组成;设备管理用房由空调通风、防排烟系统组成。区间隧道通风系统由活塞通风、机械通风兼容排烟系统组成。
  1.1.通风空调系统
  公共区和设备管理用房采用集中冷源的中央空调系统,选用2台螺杆冷水机组。空调水系统采用一次泵变流量控制。公共区通风空调系统选用2台组合式空调箱,根据公共区温度变风量运行。设备管理用房通风空调系统选用多台空气处理机组。重要设备用房设置变频多联式空调,供夜间或中央空调系统停用期间使用。
  
   车站冷水机组车站组合式空调箱
  1.2區间隧道通风系统
  区间隧道通风系统包括车站轨顶、轨底通风系统和区间隧道通风系统。轨顶、轨底通风系统,设置2台变频UPE/OTE轴流排热风机,和站台下排热风道及屏蔽门外车行道顶排热风道连通,通过风阀转换、与TVF通风系统联合运作以实现区间隧道正常工况、阻塞工况通风排热和火灾工况时排烟功能,站台发生火灾时,亦辅助排热系统排烟;区间隧道通风系统,在车站两端分别设置2台双速18#可逆转耐高温轴流风机和相应组合风阀,系统可通过风阀的转换,进行活塞通风或机械通风的转换,并联运行或互为备用,以满足车站相邻区间隧道正常工况、阻塞工况通风排热或火灾工况时的排烟要求。
  TVF风机UPE/OTE风机
  1.3 防排烟系统
  车站站厅和站台分为4个防烟分区,排风管兼作排烟风管。两端环控机房内各设置的2台耐高温轴流排烟风机用于车站公共区火灾工况排烟,站台火灾时,除开启2台排烟风机排烟外,为保证站厅到站台的楼梯和扶梯口处具有不小于1.5m/s的向下气流,打开车站两侧屏蔽门最远端的一组活动门,启动隧道风机进行排烟。
  1.4车站环控系统控制
  车站空调通风系统由中央控制、车站控制和就地控制三级组成,就地控制具有优先权。
  1.4.1就地控制
  续建工程在国内率先采用环控设备集中智能就地控制的设计—马达控制中心(MOTOR CONTROL CENTER),简称MCC,在MCC上,集中实现对各类通风空调设备(风机、空调箱、连锁风阀、水泵等)的供电、监视、测量、控制和保护;实现对智能模块的参数设定、复位等,实现三级控制转换及运行状态显示。
  
  车站马达控制中心(MOTOR CONTROL CENTER)
  1.4.2 车站控制
  车站BAS系统,通过MCC,对环控设备进行车站级控制,车站空调通风系统根据不同季节室外空气温湿度的变化,实行三种运行工况:最小新风空调工况、全新风空调工况、通风工况,控制系统根据检测到的室外空气状态,控制相关设备及风阀以实现不同运行工况的转换。
  车站控制室接受中央控制室的指令,控制显示本车站所有空调通风系统设备的运行状态及温湿度检测仪数值;接受空调通风系统设备的故障报警信号和火灾报警信号,控制相应空调通风兼排烟设备及相关风阀,并转入火灾运行模式。控制、显示本车站屏蔽门启闭及状态。
  1.4.3 中央控制
  在车辆段OCC中央控制室控制、显示全线区间隧道风机(TVF风机),车站排热风机(U/O风机)和相应风阀的运行及状态、显示、记录,打印室外空气状态。区间火灾模式下各隧道风机的控制。
  2 工程创新—罗宝线续建工程环控系统与罗宝线一期工程环控系统的比较
  2.1 通风空调
  2.1.1 一期工程大系统采用四台组合式空调箱送风。续建工程工程采用两台60000m3/h组合式空调箱,节省了设备房空间和设备投资。
  2.1.2 一期工程仅大系统空调箱、回排/兼排烟风机采用变频控制。续建工程大系统的空调箱、回排/兼排烟风机采用变频控制、UPO/OTE风机采用变频控制,全线空调水系统采用一次泵变流量控制。在设计初期,变流量对冷水机组的性能及能效影响,没有权威的试验数据。深圳地铁公司与冷水机组供应商烟台顿汉布什公司于2007年5月在烟台顿汉布什工厂试验台(该试验台经过国家权威机构检测并认证)测试了100%、75%、50%负荷下,冷冻水、冷却水流量变化,对冷水机组COP的影响。这是国内地铁行业首次在冷水机组试验台进行的全面、科学、详尽的关于变负荷下变流量对水冷式冷水机组能效影响的试验,共测试20个工况,耗时近100小时,获得了1860余个有效数据,为水冷式冷水机组变负荷、变水量运行在环控工艺设计方面的推广运用提供了详实的数据和安全运行操作注意事项。得出结论如下:
  2.1.2.1空调水系统变频安全运行的条件:
  (1)水冷式冷水机组采用一次泵变流量限用于满液式蒸发器结构的冷水机组。
  (2)水流量变化范围为100%—50%。
  (3)水流量下降的比率(%)不小于负荷下降比率。
  (4)机组排气压力≤名义额定工况排气压力。
  (5)水流量变化速率应满足水温变化速率要求,推荐值为≤0.56℃/min。
  2.1.2.2空调水系统变频节能运行特性:
  (1)冷冻水变流量对冷水机组的COP值基本无影响,COP变化在2%以内;
  (2)冷却水变流量对冷水机组的COP值稍有影响,COP下降约3%-8%%左右;
  (3)冷却水进水温度上升对冷水机组COP值下降较为明显,达15%-20%;
  (4)若冷却水量下降,冷却水进水温度上升,则对冷水机组COP值影响更为明显,下降18%-23%左右,不宜采用,这种工况主要出现在热季中午时段。
  2.1.3 一期工程空调水管材采用镀锌钢管,续建工程空调水管采用衬塑钢管,改善空调水系统循环水水质。
  2.1.4 续建工程采用多联机变频空调系统作为重要设备用房的备用空调系统。在冷水机组系统检修或故障时,保证设备用房的空调,同时,夜间非运营时段,可停止冷水机组,使用变频多联空调系统作为设备用房空调,充分节能。
  2.1.5 一期工程环控设备的就地控制柜分散布置,分散控制,续建工程环控设备采用集中智能控制(MCC马达控制中心),车站BAS系统与MCC数据通讯,实现车站级控制。MCC实现了环控设备就地集中控制以及控制集成。
  2.2 防排烟系统
  2.2.1为保证站台层发生火灾时,站台到站厅的楼扶梯口有向下的1.5m风速,在站台火灾时,除保留一期工程站台火灾模式外,增加了人工开启屏蔽门最端头的四个滑动门,启动TVF、UPE/OTE风机辅助车站排烟的模式。该模式下,站台排烟效果非常明显,是防排烟系统的重大改进措施,被地铁行业普遍推广采用。
  2.2.2 深圳地铁一期工程大系统回排风兼做排烟风机。续建工程大系统排烟系统单独设置排烟风机(管路系统仍与回排风系统兼用);同时,正常工况与火灾工况切换的风阀采用快速开/关执行机构,以上措施,提高了正常工况与火灾工况的切换时间,有利于在火灾情况下防排烟系统的快速转换。
  2.2.3续建工程气消无关的防火阀仅由BAS系统监控,FAS不控,气消相关的防火阀由FAS系统监控,减少了防火阀的故障点,大大提供了防火阀的稳定性和可控性。
  3 環控系统设备重点难点、存在问题及解决措施
  续建工程主要环控设备包含冷水机组、隧道风机、组合式空调箱、空气处理机组、车站风机、消声器、风阀、水泵、冷却塔、水阀、变频多联式空调系统等。地下车站空间有限、管线复杂、车站通风系统兼防排烟系统,可靠性、可控性要求高、因此,环控系统设备存在种类多、型号多、数量多、接口多的特点。把控设备质量、处理好专业之间的接口,实现控制功能,是环控系统设备的关键。重点分析环控系统设备配电、控制的接口问题。
  3.1. 环控设备的配电
  部分环控设备,如组合式空调箱、变频多联式空调的配电设计与设备要求不匹配。组合式空调箱不仅设备本体需要配电,其检修照明灯、连锁风阀、静电除尘装置、压差报警装置、变频电机散热风扇等部件均须配电。必须在设计联络阶段将接口界面和具体的配电要求提给动照专业,确保按设备要求配电。其它环控设备的配电也存在这样那样的问题,不一一列举。在设计阶段,应对各类设备的各种规格型号的机组的配电,做详细的了解,做好动照专业和环控专业的资料互提和确认。
  3.2MCC就地控制
  对集中智能控制系统(MCC马达控制中心)这种新的控制模式,从系统设计到产品设计都缺乏经验,因此,在第一批设计制造的MCC集中控制柜,存在以下主要问题:
  a、不能实现风机轴报警功;
  b、不能实现风机与风阀连锁控制;重新设计电路控制。
  c、不能实现TVF风机60秒内完成正反转切换的控制;
  d、不能实现双速风机高低速切换的控制;
  e、MCC柜内变频器、软启型号选用偏小,与环控设备的控制需求不匹配;
  组织设计单位和各设备厂家重新进行全面、细致的接口设计联络和产品设计,将问题逐一解决。在今后的地铁建设,应加强MCC厂家和被控设备厂家之间的技术联络,编制详细的接口文件,在MCC样机验收环节,增加MCC与主要被控设备进行联合测试的内容,在产品设计制造阶段发现、解决问题。
  4 环控系统安装工程重点难点、存在问题及解决措施
  4. 1设备基础、预留预埋
  因设备预留预埋的设计、施工在前,设备招标在后,出现前期土建施工的设备预留预埋和设备基础与实际设备要求不完全一致,在设备安装前,应认真对大型设备的基础、预留预埋进行核验,验收合格后才能安装设备。
  4.4 设备检修空间的预留
  设备检修空间问题最突出的是风阀执行机构的检修空间和空气处理机组检修空间。风管安装的离墙距离,应充分考虑在该管路上风阀执行机构的接线和检修位置;
  空气处理机组原则上应落地安装,预留机组过滤网抽出空间。在施工图设计及施工交底时作为强制要求下发。
  4.5 现场尺寸测量
  组合式风阀、片式消声器这两类设备,需要在风道土建结构完工后,在现场测量设备的孔洞尺寸,根据实际孔洞尺寸生产设备。而风道一般较晚才完成施工,对设备批量投产和及时到货,都有较大的影响。因此,在该环节上,设备厂家应全面了解车站风道施工进度,跟现场施工多对接、多沟通,为设备投产和按期到货提供保障。
  
  需现场测量土建孔洞尺寸的组合式风阀 需现场测量土建孔洞尺寸的片式消声器
  4.6设备安装
  设备厂家与设计院针对各类环控设备,编制了《环控设备通用图》,包括了设备型号、参数、设备基础、预留预埋以及详细的安装要求。地铁隧道风机、射流风机、组合式风阀、结构片式消声器等为地铁/隧道专用设备,其预留预埋和安装要求较高,需严格把关。在设备安装前必须对设备基础进行专项验收,各类设备、管线安装实施样板制度,统一安装标准、验收标准。
  4.7管路安装
  环控系统管路的安装,除满足国家相关施工验收规范以外,应充分注意以下要求:
  4.7.1严格控制风管、水管保温质量。为避免风管保温材料脱落照成事故,对电气设备上方风管、轨行区附近的风管进行钢带包扎。
  4.7.2所有管道支架需做镀锌处理。镀锌层厚度不小于50μm。
  4.7.3穿防火隔墙风管设1.6mm厚钢板套管。风管材质及厚度严格按设计及相关国家规范要求执行,特别是防排烟系统的风管。
  4.7.4 风管避免安装在配电设备的上方,风口避开电气设备上方。
  4.7.5立式风阀的固定必须依靠混凝土结构。对混风室等处的立式风阀,应在地面和顶面进行固定。
  4.7.6防火阀设独立支吊架,立式风管上的防火阀,应专门设固定支架。
  4.7.7车站穿楼板风管孔洞要求设置防水围堰,并对孔洞进行封堵。
  
  4.8孔洞的防火封堵
  孔洞的防火封堵是防排烟的重点、难点工作。风管、水管穿墙、穿楼板的孔洞,占车站孔洞量的50%以上,明确封堵责任单位、做到穿墙管线随做随堵,避免管道安装完成后没有封堵的操作空间。风道旁的设备房、大风管上方、电缆井、夹层、穿楼板孔是重点封堵对象和检查对象。在设备房上天花前,必须完成防火封堵的专项检查工作。防火封堵严格按《建筑防火封堵应用技术规程》以及合同防火封堵技术要求施工。
  
  水管防火封堵风管防火封堵
  5 环控系统调试重点难点、存在问题及解决措施
  地铁环控系统控制较为复杂,除了常规的单机、单系统调试,还有系统联调。调试难点如下:
  5.3.1 MCC对环控设备的就地级控制
  实现MCC就地及远程对环控设备的控制,特别是带连锁风阀的设备,如风机、组合式空调箱、空气处理机组等设备。续建工程根据首通段调试经验,编制了调试方案、调试点表(点对点调试项目上千项),把调试工作系统化、标准化。
  5.3.2 冷水机组对冷却塔、冷却塔电动蝶阀、水泵的连锁控制
  地铁空调水系统,由冷水机组实现对冷却塔、冷却塔电动蝶阀、冷冻水泵、冷却水泵的连锁控制。控制逻辑、控制原理及控制由冷水机组厂家负责提出,通过冷水机组控制柜与被控设备的控制柜之间实现。
  实施过程中,安装、供货、调试责任主体不同,接口复杂,导致实施过程出现了较多的问题,如实现连锁控制线缆的提供、敷设和接线的责任主体的确定,水泵变频控制与连锁控制功能的实现等。经过长达半年的技术联络和现场调试,实现了该功能。
  5.3.3防排烟系统调试
  (1)防火阀的现场调试,是整个环控、防排烟系统调试的难点工作,一个车站几十个防火阀,从单机调试、系统调试、联调,每个站的调试时间超过三个月。需要厂家、安装承包商、以及BAS、FAS系统的充分重视和良好配合。
  (2)防排烟风口风量调试,是防排烟消防验收的重中之重。要求将风口调节到每个风口风量实测值不超过设计值的±5%。测试时,应注意各室、风道的门是否关闭、各设备是否在相应的状态,各阀是否在相应工况。注意检查TVF风机气流流向是否符合正排反送的原则。
  (3)防排烟模式联动调试
  属车站联调工作内容,是车站联调工作量最大、难度最大的项目。在本文不做详细介绍。
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