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摘要：本文在深圳地铁二期工程基础上，结合地铁水系统变频节能实施中存在的问题，就如何更好的实现节能效果，对地铁中央空调水系统的节能思路及节能方案的实施方式进行探讨。
关键词：地铁；空调水系统；节能
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
众所周知，中央空调系统是建筑能耗大户之一，并随着社会的发展，人们对生活品质及工艺要求越来越高其所占比重也逐步升高。地铁中央空调系统按远期高峰客流设计，地铁车站冷负荷随着天气及客流的变化有较大的波动，同时深圳地铁中央空调系统运行时间长达10个月之久，可見，地铁中央空调系统采用变频节能运行具有可观的经济效益。
2 水系统能耗分析
2.1地铁环控系统的组成
深圳地铁采用屏蔽门制式环控系统，包括车站通风空调系统和隧道通风系统。其中车站空调通风系统包括公共区空调通风系统（兼排烟系统），简称大系统，设备管理用房空调通风系统（兼排烟系统），简称小系统，制冷空调循环水系统，简称水系统；水系统是地铁车站环控系统的重要组成部分。
2.2水系统能耗分析
水系统的能耗主要包括三方面，一是制冷机组的能耗，主要为螺杆压缩机的电能消耗；二是冷冻水泵的电能消耗，主要是将冷冻水输送至末端设备所需的能耗；三是冷却水泵和冷却塔的电能消耗，主要是排除热量所需的能耗。
从地铁车站环控设备装机容量上看，水系统装机容量约站整个环控系统的35%，空调水泵约占整个环控系统装机容量的8%，虽然空调水泵的装机容量相比其他设备要小得多，但是其能耗却占了整个空调系统的18%左右。由于地铁空调负荷的多变性，在小负荷时，空调水系统常常在小温差、大流量状态下运行，造成水泵电能的浪费。
3 节能方案
3.1传统变频节能技术存在的问题
传统水泵变频节能技术是通过采集空调系统管网的温度或压力，以温度或压力作为控制参数，采用PID算法控制变频器来调节空调水泵的转速，使水泵流量随着温度或压力的变化而变化，来达到水泵的节能运行。由于空调系统具有时滞性、时变性、大惰性的特点，使得传统的PID控制具有以下缺点：
(1)对于冷冻水系统，节能效果不理想，调节滞后，影响空调末端的服务质量，同时容易造成系统振荡，影响运行的稳定性。
（2）对于冷却水系统，冷却水温度的过高或过低都将导致冷水机组效率下降，能耗增大，往往只能做到水泵节能，难以做到系统节能。
针对以上问题，并结合地铁特殊特点，提出一种适合地铁车站环控水系统的节能方案——模糊控制节能技术。
3.2模糊控制节能技术介绍
水系统中冷冻水、冷却水、制冷剂等几个循环，它们之间是一个相互影响，相互关联的系统，智能模糊控制正是以水系统总能耗最低为目标的一种节能方案。
（1）冷冻水系统：负荷与冷冻水流量相匹配模糊预测控制
与传统的PID控制相比，冷冻水系统智能模糊预期控制技术能有效地克服冷冻水系统大滞后、大惰性的特点；通过收集系统的历史运行负荷数据，检测系统参数，并对这些数据进行分析计算，推测未来时刻系统地铁车站空调负荷的变化趋势，计算出冷冻水系统的运行参数，通过变频器控制冷冻水泵的转速，以调节冷冻水的循环流量，再根据系统的滞后时间，对冷冻水进行提前控制。在保证服务质量的前提下，又能最大限度的降低水泵能耗，实现节能。
（2）冷却水系统：系统综合性能优化的冷却水自适应模糊控制。
对于冷却水系统，如果只简单的实现冷却水泵的能耗最低，通过传统的PID控制技术是能实现的，但是由于冷却水温度的过高或过低都将对冷水机组的效率造成不利的影响，冷却水泵能耗最低并不代表着系统能耗最低。冷却水自适应模糊控制就是从系统出发，在冷却水允许的最高温度与最低温度之间，寻找一个使系统能耗最低，即系统效率最佳的冷却水温度，称之为冷却水最佳温度（Tcm ），通过变频器控制冷却水泵的转速，以调节冷却水流量。他最大的特点就是把水系统作为一个有机整体，在变化的空调负荷和室外气象环境下，实现冷却水与冷冻水和环境条件的协调运行，以获得最佳的系统效率。
如图1所示，总存在一个冷却水最佳温度Tcm，使系统总能耗N最低，冷却水系统自适应模糊控制的目标，就是在任何负荷工况下找到并运行在这一最佳温度上。
图1水系统总功耗与冷却水温度的关系
（3）制冷机组：效率负荷匹配的群控技术
制冷机组的COP最高点，通常位于该机组的部分负荷区域。效率负荷匹配的机组群控技术正是利用这一原理，在多台机组并联运行的状态下，使每台机组都能在高COP负荷区域内运行，从而实现制冷机组效率与负荷匹配，使运行的制冷机组总能耗最低。地铁车站冷水机组一般采用两到三台螺杆冷水机组，具备实现条件。
4 地铁中央空调节能方案实施方式
4.1水系统变频节能的实施方式有三种方案。
(1)变频节能设备的采购、安装及调试由专业节能公司实施
由专业节能公司完成变频设备的采购、安装及调试工作。优点是专业节能公司具有丰富的节能技术经验，节能效果明显。缺点是节能公司通常采用的是在MCC（马达控制中心）与水泵之间增加自己的变频节能控制柜，与BAS（综合监控系统）、MCC设置通信接口，在节能控制柜内实现其数据采集与调节。这样势必造成MCC功能的拆分，并增加BAS、MCC与节能控制柜的接口，从而增加中间控制环节，调试复杂，降低设备控制的可靠性。
(2)由BAS或制冷设备承包商完成变频功能的调试
由承包商在BAS系统中实现变频节能调节。优点是变频节能方案内置在BAS系统中，不增加相应接口，设备控制可靠性高。缺点是承包商缺乏变频节能的相关调试经验，调节的效果不理想。
(3) BAS承包商与专业节能公司合作实施
由BAS承包商与节能公司合作进行节能工作的调试。优点是将专业节能公司的控制规律嵌入BAS系统中，避免增加中间环节，提高设备的可靠性，保证节能效果。缺点是部分专业节能公司掌握专利技术，是否愿意与综合监控承包商合作，是一个需要前期协调解决的问题。
4.2 方案的选择
由于空调水泵变频节能涉及设备硬件和控制软件等方面，专业性强。在深圳地铁二期工程中，水系统变频安装联调一部分由BAS承包商负责，一部分由冷水机组厂家负责。从实施情况来看，冷水机组厂家及BAS承包商的安装联调进度及效果均不理想，未能够达到应有的节能效果。通过上述三种方案的对比，笔者认为综合监控承包商与专业节能公司合作实施较为可行，只要解决综合监控承包商与节能公司的关系即可实现节能技术内嵌在综合监控系统中，同时实现节能效益的最大化。
5 结语
随着全国地铁的大规模建设，地铁中央空调系统的能耗问题将日益突出，如何更好的降低中央空调系统的能耗将成为地铁建设中重点考虑的问题之一。通过本文的分析，地铁中央空调水系统的节能需要考虑两个问题，一个是选择一种怎样的思路，即什么控制技术来实现节能，另一个是确定节能思路后，选择怎样的方式来实现。在回答这两个问题上，笔者认为，智能模糊控制节能技术及综合监控系统中嵌入专业节能技术的实施方式将成为一种发展趋势。
参考文献：
[1] 李玉街，蔡小兵，郭林.中央空调系统模糊控制节能技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2] GB50189-2005，公共建筑节能设计标准[S].
[3] 杨巨澜.地铁通风空调系统变频技术方案探讨[J].制冷与空调，2008（8）：37-41
关键词：地铁；空调水系统；节能
中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
众所周知，中央空调系统是建筑能耗大户之一，并随着社会的发展，人们对生活品质及工艺要求越来越高其所占比重也逐步升高。地铁中央空调系统按远期高峰客流设计，地铁车站冷负荷随着天气及客流的变化有较大的波动，同时深圳地铁中央空调系统运行时间长达10个月之久，可見，地铁中央空调系统采用变频节能运行具有可观的经济效益。
2 水系统能耗分析
2.1地铁环控系统的组成
深圳地铁采用屏蔽门制式环控系统，包括车站通风空调系统和隧道通风系统。其中车站空调通风系统包括公共区空调通风系统（兼排烟系统），简称大系统，设备管理用房空调通风系统（兼排烟系统），简称小系统，制冷空调循环水系统，简称水系统；水系统是地铁车站环控系统的重要组成部分。
2.2水系统能耗分析
水系统的能耗主要包括三方面，一是制冷机组的能耗，主要为螺杆压缩机的电能消耗；二是冷冻水泵的电能消耗，主要是将冷冻水输送至末端设备所需的能耗；三是冷却水泵和冷却塔的电能消耗，主要是排除热量所需的能耗。
从地铁车站环控设备装机容量上看，水系统装机容量约站整个环控系统的35%，空调水泵约占整个环控系统装机容量的8%，虽然空调水泵的装机容量相比其他设备要小得多，但是其能耗却占了整个空调系统的18%左右。由于地铁空调负荷的多变性，在小负荷时，空调水系统常常在小温差、大流量状态下运行，造成水泵电能的浪费。
3 节能方案
3.1传统变频节能技术存在的问题
传统水泵变频节能技术是通过采集空调系统管网的温度或压力，以温度或压力作为控制参数，采用PID算法控制变频器来调节空调水泵的转速，使水泵流量随着温度或压力的变化而变化，来达到水泵的节能运行。由于空调系统具有时滞性、时变性、大惰性的特点，使得传统的PID控制具有以下缺点：
(1)对于冷冻水系统，节能效果不理想，调节滞后，影响空调末端的服务质量，同时容易造成系统振荡，影响运行的稳定性。
（2）对于冷却水系统，冷却水温度的过高或过低都将导致冷水机组效率下降，能耗增大，往往只能做到水泵节能，难以做到系统节能。
针对以上问题，并结合地铁特殊特点，提出一种适合地铁车站环控水系统的节能方案——模糊控制节能技术。
3.2模糊控制节能技术介绍
水系统中冷冻水、冷却水、制冷剂等几个循环，它们之间是一个相互影响，相互关联的系统，智能模糊控制正是以水系统总能耗最低为目标的一种节能方案。
（1）冷冻水系统：负荷与冷冻水流量相匹配模糊预测控制
与传统的PID控制相比，冷冻水系统智能模糊预期控制技术能有效地克服冷冻水系统大滞后、大惰性的特点；通过收集系统的历史运行负荷数据，检测系统参数，并对这些数据进行分析计算，推测未来时刻系统地铁车站空调负荷的变化趋势，计算出冷冻水系统的运行参数，通过变频器控制冷冻水泵的转速，以调节冷冻水的循环流量，再根据系统的滞后时间，对冷冻水进行提前控制。在保证服务质量的前提下，又能最大限度的降低水泵能耗，实现节能。
（2）冷却水系统：系统综合性能优化的冷却水自适应模糊控制。
对于冷却水系统，如果只简单的实现冷却水泵的能耗最低，通过传统的PID控制技术是能实现的，但是由于冷却水温度的过高或过低都将对冷水机组的效率造成不利的影响，冷却水泵能耗最低并不代表着系统能耗最低。冷却水自适应模糊控制就是从系统出发，在冷却水允许的最高温度与最低温度之间，寻找一个使系统能耗最低，即系统效率最佳的冷却水温度，称之为冷却水最佳温度（Tcm ），通过变频器控制冷却水泵的转速，以调节冷却水流量。他最大的特点就是把水系统作为一个有机整体，在变化的空调负荷和室外气象环境下，实现冷却水与冷冻水和环境条件的协调运行，以获得最佳的系统效率。
如图1所示，总存在一个冷却水最佳温度Tcm，使系统总能耗N最低，冷却水系统自适应模糊控制的目标，就是在任何负荷工况下找到并运行在这一最佳温度上。
图1水系统总功耗与冷却水温度的关系
（3）制冷机组：效率负荷匹配的群控技术
制冷机组的COP最高点，通常位于该机组的部分负荷区域。效率负荷匹配的机组群控技术正是利用这一原理，在多台机组并联运行的状态下，使每台机组都能在高COP负荷区域内运行，从而实现制冷机组效率与负荷匹配，使运行的制冷机组总能耗最低。地铁车站冷水机组一般采用两到三台螺杆冷水机组，具备实现条件。
4 地铁中央空调节能方案实施方式
4.1水系统变频节能的实施方式有三种方案。
(1)变频节能设备的采购、安装及调试由专业节能公司实施
由专业节能公司完成变频设备的采购、安装及调试工作。优点是专业节能公司具有丰富的节能技术经验，节能效果明显。缺点是节能公司通常采用的是在MCC（马达控制中心）与水泵之间增加自己的变频节能控制柜，与BAS（综合监控系统）、MCC设置通信接口，在节能控制柜内实现其数据采集与调节。这样势必造成MCC功能的拆分，并增加BAS、MCC与节能控制柜的接口，从而增加中间控制环节，调试复杂，降低设备控制的可靠性。
(2)由BAS或制冷设备承包商完成变频功能的调试
由承包商在BAS系统中实现变频节能调节。优点是变频节能方案内置在BAS系统中，不增加相应接口，设备控制可靠性高。缺点是承包商缺乏变频节能的相关调试经验，调节的效果不理想。
(3) BAS承包商与专业节能公司合作实施
由BAS承包商与节能公司合作进行节能工作的调试。优点是将专业节能公司的控制规律嵌入BAS系统中，避免增加中间环节，提高设备的可靠性，保证节能效果。缺点是部分专业节能公司掌握专利技术，是否愿意与综合监控承包商合作，是一个需要前期协调解决的问题。
4.2 方案的选择
由于空调水泵变频节能涉及设备硬件和控制软件等方面，专业性强。在深圳地铁二期工程中，水系统变频安装联调一部分由BAS承包商负责，一部分由冷水机组厂家负责。从实施情况来看，冷水机组厂家及BAS承包商的安装联调进度及效果均不理想，未能够达到应有的节能效果。通过上述三种方案的对比，笔者认为综合监控承包商与专业节能公司合作实施较为可行，只要解决综合监控承包商与节能公司的关系即可实现节能技术内嵌在综合监控系统中，同时实现节能效益的最大化。
5 结语
随着全国地铁的大规模建设，地铁中央空调系统的能耗问题将日益突出，如何更好的降低中央空调系统的能耗将成为地铁建设中重点考虑的问题之一。通过本文的分析，地铁中央空调水系统的节能需要考虑两个问题，一个是选择一种怎样的思路，即什么控制技术来实现节能，另一个是确定节能思路后，选择怎样的方式来实现。在回答这两个问题上，笔者认为，智能模糊控制节能技术及综合监控系统中嵌入专业节能技术的实施方式将成为一种发展趋势。
参考文献：
[1] 李玉街，蔡小兵，郭林.中央空调系统模糊控制节能技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2] GB50189-2005，公共建筑节能设计标准[S].
[3] 杨巨澜.地铁通风空调系统变频技术方案探讨[J].制冷与空调，2008（8）：37-41