摘 要：针对呼和浩特地铁一期工程车站通风空调系统焓值控制技术的应用，分别从设备安装、焓值运算、二通阀PID调节、站厅、站台公共区（大系统）以及车站两端设备管理用房（小系统）控制工艺五方面进行阐述，地铁车站通风空调系统焓值控制技术的应用大幅降低了能耗节约了运营成本并且通过调风、调水的方法对地铁车站环境温度自动控制，为广大乘客与运维人员提供良好的乘车环境。
关键词：焓值控制;地铁车站;通风空调;PID
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）24-0168-03
Application of Enthalpy Optimization in Ventilation System of Subway Station
XU Jianwen
（Beijing Hollysys System Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100176，China）
Abstract：Aiming at the application of enthalpy optimization technology in ventilation and air conditioning system of Hohhot metro phase I project，this paper expounds the control technology from five aspects：equipment installation，enthalpy calculation，two-way valve PID adjustment，station hall，platform public area（large system）and equipment management room（small system）at both ends of the station. The application of enthalpy optimization technology in ventilation and air conditioning system of subway station greatly reduces energy consumption，saves operation cost，and automatically controls the ambient temperature of subway station by adjusting air and water，so as to provide a good riding environment for the majority of passengers and operation and maintenance personnel.
Keywords：enthalpy optimization;subway station;ventilation and air conditioning;PID
0 引 言
呼和浩特的地理环境复杂，具有四季气候分明，昼夜温差大等气候特点，保证站内良好的乘车与工作环境的同时又要节约能耗的需求，对通风空调系统提出了很高的要求，基于上述问题，北京和利时系统工程有限公司作为本工程自动化系统集成商，为了满足客户需求在此工程中通过BAS系统对通风空调系统应用焓值控制，对冷水系统应用二通阀PID调节技术，保障站内舒适的乘车环境的同时有效地节约能耗，降低了运营成本。
1 工程概况
呼和浩特地铁1号线是内蒙古自治区第一条建成运营的地铁线路，全长21.7 km共设22座车站16个地下站4个高架站，1座停车场1座车辆段，地下车站焓值控制调节区域包括站厅站台公共区，车站两端重要设备管理用房，该控制范围主要涉及空调大系统、空调小系统、冷水系统、仪器仪表系统等，主要设备有车站温湿度传感器、空调机组、冷水机组、冷冻泵、电动二通阀、定压补水装置、新风机、排风机、回排风机、新风阀、排风阀等执行机构。
2 焓值控制在地铁车站通风系统的应用
2.1 焓值检测设备安装技术要求
2.1.1 车站温湿度传感器安装技术要求
焓值测量用到的车站温湿度传感器通常安装在风井、关键设备房间、车站站台站厅相关位置以及车站人员出入密集的地方。温湿度传感器主要分为壁挂式和风管式，其中壁挂式温湿度传感器安装在关键设备管理房间、车站控制室、站长室等有人员办公房间、站厅站台公共区等位置，一般安装于距离地面2 m以上距离或距天花板300 cm处，远离门窗冷热源出入口和送风口处，同时应考虑便于检修;远离高电磁干扰位置，与强电线缆应保持不小于1 000 mm的距离，采用暗配管方式接线如图1所示。
风管式温湿度传感器主要安装于风管直管段，且检测探头迎向进气方向45°安装，新风管、回风管温湿度传感器必须安装在阀门前，同时应考虑便于检修维护;远离高电磁干扰位置，与强电电缆之间至少保持1 000 mm的距离，空间允许应走独立桥架采用下进线方式接线，如图2所示。
2.1.2 其他设备安装与技术要求
车站出入口安装空气幕形成强烈下拉风将车站与外界隔离避免产生大量能量交换，地铁车站冷水系统、通风大系统、通风小系统单机接口调试完成，设备动作准确无故障，通风系统与BAS综合监控系统综合联调完成[1]。
2.2 焓值运算
焓值是空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准[2]，焓值用符号i表示，计算公式为：
i=1.01t+（2490+1.84t）d
其中，t为室外温度;d为湿度，即干空气的含湿量;1.01为干空气的平均定压比热容;1.84为水蒸气的平均定压比热容;2490为0 ℃时水的汽化潜热。
其中，Kp为比例增益，Kp与比例度成倒数关系;Ti为积分时间常数;Td为微分时间常数;U（t）为PID控制器的输出信号;e（t）为设定温度值与现场测量温度值之差。
2.3 电动二通阀PID调节控制原理
当给定值与测量值之差e（t）发生变化时，U（t）随之产生线性变化，PID控制器随着U（t）变化自动调节电动二通阀对冷量进行流量调节，冷冻水通过电动二通阀流经空调机组与新风风量进行冷热交换，来调节站内环境温度。当检测站内环境温度高于设定值（一般设定值27 ℃），检测值大于设定值为正偏差时，电动二通阀负荷加大，阀门开度逐渐变大，加大冷水流量，调节环境温度;当检测值小于设定值为负偏差时，电动二通阀负荷减小，阀门开度逐渐变小，降低冷水流量，调节环境温度。
2.4 车站设备管理用房小系统焓值控制
地铁车站两端设备管理用房系统（统称小系统）焓值控制，BAS系统通过两端新风井处安装的温湿度传感器对室外温度、湿度进行采集并计算出室外焓值和室外空气干球温度，与设计单位给出的h1=65.9 kJ/kg（27 ℃、60%），h2= 102.2 kJ/kg（36 ℃、60%）焓值参数进行比较，切换空调小系统进入相应的小新风、全新风、通风模式，并配合冷水系统通过电动二通阀对冷水机组流量的控制，进而控制冷热交换，调节站内环境温度从而达到预期状态，对冷水机组冷量需求由BAS判断冷水机组设备运行时间和实时负荷，当Q冷（实际冷负荷）>Q机（单台冷负荷）时两台冷水机组全开，当Q冷（实际冷负荷）≤Q机（单台冷负荷）时开一台，当两台冷水机组总负荷≤50%时关闭其中一台冷水机组和其连锁设备。下文以车站1端空调小系统焓值控制为例进行具体说明，另外一端同理不再赘述。
2.4.1 小新风焓值控制
当iw>h1时，本端空调小系统进入小新风模式，部分回排风通过回风阀与新风混合后进入新风管，再次送回车站，其他电动风量调节阀按表1中对应模式执行相应动作，当关键设备管理用房、车站控制室、站长室等人员办公房间内温湿度传感器平均值大于设设定值（一般设置为27 ℃）为正偏差时，空调小系统运行XB1小新风模式，配合PID算法通过电动二通阀调节冷水流量，与车站送风冷热交换后降低空调机组出风温度来调节车站小系统管理用房的温度，反之当关键设备管理用房、车站控制室、站长室等人员办公房间内温湿度传感器平均值小于设定值（一般设置为27 ℃）为负偏差时空调小系统运行XB2小新风模式，配合PID算法通过电动二通阀调节冷水流量，与车站送风冷热交换后提高空调机组出风温度来调节车站小系统管理用房的温度。
2.4.2 全新风焓值控制
当iw
2.4.3 通风焓值控制调节
当iw
2.5 车站站厅、站台公共区大系统焓值调节
车站大系统范围包括站厅、站台公共区，BAS系统通过实时监测车站两端新风井温湿度传感器检测值进行运算处理后得出室外空气干球温度tw，与预先设计值进行比较，自动切换通风大系统进入相应的控制模式[3]。
当tw≥28 ℃时，大系统通风设备自动切换至夏季机械排风模式DM1，送风机、排风机工频运行;当15 ℃≤ tw≤28 ℃时，大系统通风设备自动切换至夏季机械通风（变频）模式DM2，排风机以基础频率（一般设置30 Hz）变频运行;当0 ℃≤tw≤15 ℃时，大系统通风设备自动切换至过渡季开式节能通风模式DM3，所有风机风阀全部关闭;当-10 ℃≤tw≤0 ℃时，大系统通风设备自动切换至冬季闭式节能通风模式DM4，所有风机风阀全部关闭;当tw≤-10 ℃时，大系统通风设备自动切换至冬季及恶劣天气闭式机械通风模式DM5，送风机、排风机以基础频率（一般设置30 Hz）变频运行[4]，如表2所示。
3 工程调试注意事项以及前置条件
在进行焓值控制和PID调节之前需要完成风机、风阀设备单体调试，冷水系统设备单体测试、冷水系统联动测试，并且采集室内外温度湿度传感器安装调试完成数据准确，BAS系统与通风空调系统、冷水系统完成联调联试，温湿度传感器等检测设备安装位置应易于检修、维护，远离冷热源出口、门窗等出入口处，防止检测数据的突然波动性，考虑到环境变化的突然性、检测设备数据的波动性，防止通风空调系统频繁切换模式，焓值运算采用0.5 h计算一次进行模式的切换[5]。
4 结 论
相比传统地铁车站通风系统应用机械式通风，本工程应用焓值控制和PID调节技术对站内通风系统进行智能调节，通过BAS系统对冷量进行计算合理调配冷水机组投运台数提高设备利用率降低设备磨损，调节效果明显，站内空气环境不会因为室外季节变化、温差等因素的影响而变化，保证站内空气质量、环境温度基本保持在预期设定范围内，并且降低了能耗，系统不足之处在于：冷水机组、电动二通阀、冷冻水泵等设备都接入BAS系统，造成BAS系统接口设备数量多，数据采集处理量大，程序控制逻辑复杂等因素，势必对BAS系统性能提出较高的要求，结合本项目经验，在此基础上可以将冷水系统设备作为独立系统考虑，设立独立控制器，控制冷水系统内设备，根据用户设定值独立进行调节，减少系统间交互工作量，提高系统控制精度，在一定程度上可以降低维护难度。
参考文献：
[1] 邱文晏.焓值控制、PID调节在地铁智能温控系统中的应用 [J].安装，2020（9）：26-28.
[2] 刘启，汪侃，陈辉.基于地铁综合监控系统的节能管理方式探讨 [J].城市轨道交通研究，2014，17（6）：90-93+110.
[3] 邵嘉兴，张世勇，翟宇昕，等.北京新机场线通风空调智能化控制系统设计 [J].都市快轨交通，2020，33（6）：139-145.
[4] 王欣瑞，卢雁.关于PID控制技术在工业自动控制中的应用研究 [J].电子测试，2021（5）：109-110.
[5] 成慧翔，马艳娥，刘攀，等.智能组合式空调新风控制系统的设计 [J].南方农机，2021，52（1）：93-94.
作者简介：许建文（1985—），男，汉族，内蒙古呼和浩特人，助理工程师，本科，研究方向：轨道交通自动化工程实施。
