变频技术在地铁机电设备中的节能分析

王晓冬 龙 雪

变频技术在地铁机电设备中的节能分析

王晓冬 龙 雪

青岛地铁集团有限公司

随着变频技术的广泛推广，越来越多的工程案例运用此技术来挖掘设备的节能潜力。地铁机电设备是车站的能耗大户，实践证明将变频技术运用到地铁机电设备中可以大大降低设备的能耗。本文就是以机电设备中扶梯以及中央空调系统为例，通过实测对比了变频前后设备的能耗情况，论证了变频节能技术的实效性。

变频节能中央空调地铁机电

随着变频技术的发展，变频节能被人越来越多地运用到中央空调工程中[1]，但目前就地铁机电设备的变频节能潜力情况很少有具体量化的数据，本文以地铁的扶梯及空调系统为研究对象，通过实测不同的变频节能运行模式，论证了变频技术在地铁机电设备节能中的巨大潜力。式感应装置向控制系统发出信号，扶梯开始加速直至达到额定速度。在一段时间内，无乘客使用时，变频器控制扶梯通过改变电扶梯的电机供电频率（表1）自动地减速至节能状态，以达到节约电能，降低运营成本的目的。

表1 电扶梯变频供电频率

1 地铁电扶梯节能分析

在变频节能改造前，电扶梯不论有人还是空载，电扶梯始终以额定速度运行，导致电扶梯在空载时的能耗浪费。实施变频改造后在变频器控制下空载扶梯以节能速度运行，当有乘客踏上扶梯时，光电或压电

以深圳地铁部分车站为例，电扶梯采用变频后的效果实测如表2。

表2 电扶梯变频节能效果

由表2计算可知：每台扶梯运行一天平均节电率约为41.6%，按此节能潜力可以估算深圳地铁一期工程全线212台扶梯一年节约的运营成本可达116万元。

2 地铁中央空调节能分析

地铁车站中央空调系统主要由冷水机组、冷冻泵、冷却泵、组合式空调箱（送风设备）、回排风机等设备组成。其能耗约占车站总能耗的40%～50%左右，因此是车站的能耗大户。冷冻泵、冷却泵、组合式空调箱、回排风机这些设备统称为中央空调系统的输送设备，据有关研究表明，输送设备的能耗约占中央空调系统总能耗的60%～70%左右[2]，因此中央空调的最大节能潜力在于输送设备。

改造前中央空调系统能耗情况是：车站空调的负荷是不断变化的，冷水机组可以自动调节，但是冷冻泵、冷却泵、组合式空调箱、回排风机都是以额定转速运行的，势必导致空调负荷降低时，出现“大马拉小车”的现象，使机组的效率降低，浪费能源。

为此，考虑空调负荷降低时，通过变频技术当冷水机组自动调节能量时与之相对应的冷冻泵、冷却泵、组合式空调箱、大系统回排风机自动地调节电机转速，降低能耗，提高系统的效率。

2.1 空调水系统节能潜力分析

以深圳地铁华侨城站为例，地铁站空调水循环控制组成如图1所示。空调水系统由两台功率140kW螺杆式冷水机组、两台18.5kW冷冻泵、两台22kW冷却泵和2台7.5kW冷却塔组成。2009年对原系统进行了节能改造，系统中加装了平方转矩水泵型变频调速控制器、温度传感器、流量传感器、压差传感器、电量采集模块等（设备清单见表3），由原来的定水量系统改为变水量系统。华侨城地铁站空调水系统节能改造用变频器，其频率调节范围设定为30～50Hz，每个冷冻泵及冷却泵配置一台变频器；在冷冻水、冷却水总管每个主机出水管路安装了插入式温度传感器，可以记录冷冻水、冷却水的进出水温度；冷冻水主管安装了超声波流量计，用于监测冷冻水总流量；压差传感器布置在分集水器之间，用于监测冷冻水供回水压差；此外，在每个水泵和主机系统加装有电量采集模块，可以记录每个水泵及主机的电量。整个水系统的控制及运行状态通过总线接入车站EMCS系统。

图1 华侨城地铁站空调水循环控制图

表3 空调水系统节能控制组成

2.2 空调风系统节能潜力分析

华侨城地铁站空调风系统控制如图2所示。空调风系统由4台功率30kW组合式空调箱、4台11kW回排风机组成。2009年对系统进行了节能改造，加装了风机变频调速控制器、温度传感器、电量采集模块等（设备清单见表4），此外，4台组合式空调箱表冷器装有比例积分电动调节阀，可根据回风温度调节阀门开度。华侨城地铁站空调风系统在每一台组合式空调箱及回排风机都装有变频器，其频率调节范围设定为30～50Hz；送回风管装有温度传感器，可以记录风机的送排风温度；每个风机装有电量采集模块，可以记录每个风机的用电量。整个风系统的控制及运行状态通过总线接入车站的EMCS系统。

表4 空调风系统节能控制组成

图2 华侨城地铁站中央空调风系统控制图

2.3 结果与分析

分别在空调季节4、5、6月份选取负荷条件相似的两天，对空调系统变频运行及定频运行能耗进行实测，其结果如图3～5所示。

图3 车站4月某日空调能耗对比图

图4 车站5月某日空调能耗对比图

图5 车站6月某日空调能耗对比图

由图3～5可得：空调系统采用变频运行后，其冷水主机（LS）、冷冻泵（LDS）、冷却泵（LQS）、空气处理装置（KT）以及回排风机（HPF）的能耗均大大降低。其风系统、水系统以及空调系统总体节电率如图6所示：空调负荷减小时其变频节能的潜力更大，风系统节能均在40%以上，水系统节能20%以上，总体节能在20%以上。

图6 车站空调系统变频节能对比图

3 变频式多联机系统在地铁中的应用

当夜间或过渡季节大系统不需要供冷时，关闭中央空调系统，开启变频式多联机系统直接对小系统供冷，达到节能的目的。参考文献[3]论证了夜间或过度季节使用变频式多联机与采用中央空调（水、风系统变）供冷时能耗可以减少约20%。本文以深圳地铁深站为例，通过实测对比了夜间或过度季节采用变频多联机与采用中央空调（未采用变频）供冷时的能，论证了采用变频式多联机供冷的节能潜力。

本文选取了两个冷负荷条件相似的夜晚对深大站分别采用了两种供冷方式：①采用变频式多联机供冷，此时关闭所有车站内大系统、水系统，小系统仅开启有人员值班房间所在系统的风机以满足一定的新风需求（小系统2、3、4），能耗如表5；②采用中央空调供冷（未变频），此时关闭车站大系统，水系统定频运行，小系统开启所有需要供冷的系统（小系统1、2、3、4、5、6）能耗如表6。

表5 变频式多联机供冷时的能耗表

表6 中央空调供冷（未变频）时的能耗表

由表5、6可知，夜间或过度季节采用变频式多联机供冷的总能耗为430.72kWh，相同条件下采用中央空调供冷（未变频）时的总能耗为1185.9kWh，因此可得采用变频式多联机供冷比采用中央空调供冷（未变频）可节能63.7%，并以此为依据形成了小系统夜间或过度季节时的节能运行模式。

4 结论

1）通过电扶梯变频运行一天平均节电约为42%。

2）中央空调风系统、水系统采用变频控制后可以大大降低能耗，通过4～6月份的测试表明，采用变频的风系统节能均在40%以上，水系统节能20%以上，总体节能在20%以上，并且在空调负荷不大的情况下其变频节能的潜力越大。

3）在夜间或过度季节采用变频式多联机系统供冷可以大大降低能耗，通过实测表明夜间或过度季节采用变频式多联机供冷时比采用中央空调供冷（未变频）可以节能约64%，并以此为依据形成了车站夜间或过度季节小系统节能运行模式。

[1]赵彬.中央空调变频节能的应用及展望[J].福建能源开发与节约,2000,(1):25-27

[2]江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J].暖通空调,2005, 35(5):30-40

[3]赖雪龙,王宪,王晓冬.深圳地铁空调变频式多联机系统的节能分析[J].城市轨道交通研究,2011,14(2):62-63

The Applic a tion of Fre que nc y Conve rs ion Te c hnology in Me tro Me c ha nic a l a nd Ele c tric a l Equipm e nt Ene rgy Sa ving

WANG Xiao-dong,LONG Xue
Qingdao Metro Corporation

With the developing application of the frequency conversion technology,more and more engineering cases apply the technology for saving energy consumption.The metro mechanical and electrical equipments consume large energy,so it’s proved that the frequency conversion technology applied to metro equipment can greatly reduce the energy consumption.The escalator and air conditioning system in metro were taken as an example for demonstrating the effectiveness of frequency conversion technology in energy saving according to contrasting the energy consumption before and after the frequency conversion technology.

frequency conversion energy saving,central air conditioning,metro mechanical and electrical equipment

1003-0344（2014）04-064-4

2013-5-26

王晓冬（1980～），硕士，工程师；山东省青岛市青岛地铁集团有限公司（266000）；E-mail:wxdshandong@126.com