分析地铁通风空调系统的变频节能技术应用

王旭

摘 要：针对某地铁车站实际情况，在简述其通风空调系统负荷的基础上，对变频节能技术在系统中的具体应用进行深入分析，为变频节能技术普及应用与发展奠定良好基础。

关键词：地铁通风空调系统；变频节能技术

中图分类号：U231.5 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0274-02

统计表明，在地铁车站中，通风空调系统实际能耗可以达到总电力能耗36%，是运营主要成本。因此，为实现长远发展目标，需采用有效措施降低系统能耗。

1 地铁通风空调系统负荷

1.1 负荷主要类型

在地铁通风空调系统中，其负荷由两部分组成，即大、系统的负荷。其中，大系统的负荷包括：人员、新风、设备、渗透与照明；小系统的负荷包括：人员、设备与新风。

1.2 负荷统计

以某地铁站为例进行分析，其大系统负荷为：①人员负荷为160.67kW，占比22.07%；②新风负荷为183.53kW，占比25.21%；③设备负荷为150.62kW，占比20.69%；④渗透负荷为69.96kW，占比9.61%；⑤照明负荷为163.22kW，占比22.42%。可见，系统中，人员与新风两个负荷为主要组成部分，总占比47.28%。运营中，设备、照明两种负荷保持稳定，而人员与新风实际上是趋于变化的，需将其作为主要分析对象。

1.2.1 人员负荷

运营初期，客流与远期设计客流相差较大，从计算结果中可以看出，初期的实际客流只有设计值的17%。根据客流量的预测结果可知，初期和近期的高峰客流和远期也有较大的差距，如果系统按照远期负荷进行运行，则会造成能耗过剩，浪费能源。

1.2.2 新风负荷

从当地的日、年气温实际变化状况可知，该地不同月份和时段的温度差相对较大。当地年均气温为22.5℃，最高、最低气温分别为38.7℃和0.2℃，年均日温差为7.1℃。从气候条件看，具有一定节能降耗条件和空间。

通过以上分析可知，系统在初期、近期和各运行时段中，负荷不断变化，如果系统按照装机负荷条件进行运行，则会造成能源浪费，所以必须采用合理措施进行节能降耗。

2 地铁通风空调系统的变频节能技术应用

2.1 变频节能基本原理

对于变频节能，它是以负荷为依据对设备的供电频率进行改变，调节系统风机的转速，对风机输出功率予以严格控制，达到理想的节能效果。系统中，对叶片式风机而言，其负载特性为平方转矩负载，轴转矩和转速平方为正比关系。相同风机，如果输送流体密度保持不变，只对转速进行改变，则性能参数发生的变化将严格遵循相关比例定律，也就是风量和转速为正比关系；压力和转速平方为正比关系；轴功率和转速立方为正比关系。以这条基本理论为依据，对各频率条件下的运行参数实施准确计算，结果为：①当频率为50Hz时，转速比、风量比、风压比、轴功率比分别为100%，节电率为0；②当频率为45Hz时，转速比与风量比为90%，风压比与轴功率比为73%，节电率为27%；③当频率为40Hz时，转速比与风量比为80%，风压比与轴功率比为51%，节电率为49%；④当频率为35Hz时，转速比与风量比为70%，风压比与轴功率比为34%，节电率为66%；⑤当频率为30Hz时，转速比与风量比为60%，风压比与轴功率比为22%，节电率为78%；⑥当频率为25Hz时，转速比与风量比为50%，风压比与轴功率比为13%，节电率为87%。由以上结果可以看出，系统中通过对变频节能技术的合理应用，能提高节电率，取得良好节能效果。

2.2 变频节能实现

如今，伴随自动化控制不断发展，通过对自动化控制的合理应用，可对车站设备及环境进行动态监控，确定系统负荷。如果将监控信号转换成控制信号，则能以负荷实际变化为依据，对设备实际输出功率予以调整控制，实现节能降耗根本目标。实际运营过程中，对自动化系统采集到的数据施以加权平均，视作实测结果，和预期设定值对比，利用控制器确定运行频率，调节风机的转速，以此实现变频器和自动化系统之间的接驳。

2.3 变频器选型

目前，变频器有很多种不同的种类，若按控制方式，则可将其分成以下三种：①采用V/F控制方式的变频器；②采用转差频率控制方式的变频器；③采用矢量控制方式的变频器。若按实际通途，可将其分成以下两种：①专用变频器；②通用变频器。实际工程中，很多变频器无法系统实际容量相符，导致变频器容易过热，无法处在满负荷运行状态，致使系统产生故障，所以变频器选型对系统运行的可靠性有直接影响。在实际的选型工作中，应充分考虑以下两个要点。

2.3.1 容量选择

（1）在现有的节能措施改造过程中，基于不对风机电动机进行更换的实际情况，每台变频器都有与之对应的风机，因变频器为风机提供的脉动电流大于工频电流，同时系统所用风机主要为工频起动，所以会出现较大的瞬时电流。对此，以风机电流为依据进行容量的选择时，需要满足下列基本条件：

（2）如果在新建工程的设计过程中已经充分考虑变频节能，则应综合考虑电动机、外围设备与控制方式来确定适宜的变频器容量。

2.3.2 功能选择

风机为典型的二级负荷设备，它采用“一主一备”的供电方式。系统运行过程中，会产生电压波动现象，或者是供电系统产生故障，使两路电源发生切换。如果变频器再起动过程中，电动机和输出频率无法相符，则会产生过流保护或者是过压保护，严重时将使设备严重损坏。基于此，功能选择过程中，必须充分注意是否需要具备停电再起动，并考虑是否需要具备消防模式，及其二次开发需求。

2.4 实测分析

对本车站系统的静压控制与变频控制进行对比，实测结果为：①静压控制：当阀门的开度为15°时，风速为1.40m/s，轴功率为21.06kW，节电率为29.8%；当阀门的开度为30°时，风速为3.23m/s，轴功率为27.31kW，节电率为8.97%；当阀门的开度为45°时，风速为4.30m/s，轴功率为28.92kW，节电率为3.6%；当阀门的开度为60°时，风速为5.23m/s，轴功率为29.17kW，节电率为2.77%；当阀门的开度为75°时，风速为5.17m/s，轴功率为29.21kW，节电率为2.63%；当阀门的开度为90°时，风速为5.78m/s，轴功率为29.37kW，节电率为2.1%。②变频控制：当运行频率为25Hz时，风速为1.8m/s，轴功率为3.82kW，节电率为87%；当运行频率为30Hz时，风速为2.9m/s，轴功率为6.43kW，节电率为79%；当运行频率为35Hz时，风速为3.6m/s，轴功率为9.89kW，节电率为67%；当运行频率为40Hz时，风速为4.1m/s，轴功率为14.6kW，节电率为51%；当运行频率为45Hz时，风速为4.7m/s，轴功率为21.08kW，节电率为30%；当运行频率为50Hz时，风速为5.4m/s，轴功率为30.09kW，节电率为0。可见，对于静压控制，仅风阀开度为15°时才具有较高节电率，而变频控制只有运行频率为50Hz时，节电率才为0。

3 结束语

伴随变频节能不断发展，它的实际应用范围逐渐变广，成本明显降低，将其应用于地铁通风空调系统，能以负荷变化为依据对设备功率进行调整，确保系统实际能耗处在合理且高效的状态，最终獲得良好效益。

参考文献

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[2]刘书云.深圳地铁通风空调系统变频节能技术分析[J].现代城市轨道交通，2017（8）：24～27.

[3]阮海涛.变频节能技术在地铁通风空调系统中的应用研究[J].建材与装饰，2013（39）：142～143.

收稿日期：2018-6-23

作者简介：王 旭（1988-），男，汉族，本科，主要从事南宁轨道交通1号线通风空调运营管理工作。