[發明專利]一種地鐵站空調水系統變頻控制節能方法

有效

• 申請號: 201610029352.9
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105571073B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 高學金;金國建;王普
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F24F11/85
• 分類號: F24F11/85
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種地鐵站空調水系統變頻控制節能方法，其特征在于：本方法對地鐵站空調系統的水泵運行模式進行變頻控制的修改，應用Trnsys軟件搭建地鐵站通風空調系統并對系統進行能耗模擬仿真，將節能控制方法在仿真平臺進行實現，通過對比地鐵現行運行狀況，分析所采取的控制方法的節能效果；

本方法的研究對象為空調水系統的冷凍水系統，控制對象為可以變頻的冷凍水泵；

空調水系統的硬件系統包括冷水機組、冷凍水泵、負荷房間、溫度傳感器、PLC-200/235數據采集模塊以及ABB變頻器；首先將冷凍水泵與變頻器相連接用以控制水泵轉速；然后通過溫度傳感器采集冷凍水系統供回水溫度，將采集到的模擬信號通過235數據采集模塊傳遞給上位機；接著上位機通過計算將控制信號傳遞給PLC-200并通過變頻器控制水泵的轉速；

節能控制方法的具體控制流程如下，

第一步，根據歷史數據的總負荷變化趨勢通過運算器由回水溫度計算公式來計算冷凍水的回水溫度設定值，并將計算得到的回水溫度的設定值傳遞給溫度控制器，即PID控制器；

第二步，溫度傳感器采集冷凍水干管回水溫度，并將采集到的數據傳遞給溫度控制器，作為控制器的反饋信號；

第三步，通過給房間室內添加溫度傳感器，來采集室內溫度并傳遞給溫度控制器，作為控制器的前饋反饋信號，其目的是保證在變頻調節過程中，室內溫度能夠保持在規定范圍內；

第四步，控制器將采集到的實時回水溫度與計算得到的設定值，并進行比較；如果檢測到的實際值小于設定值時，則變頻器控制水泵減低轉速，調節冷凍水減少流量，從而提升冷凍水的回水溫度，直到實際回水溫度與設定值相等；如果檢測到的實際值大于設定值時，則變頻器控制水泵增加轉速，調節冷凍水增大流量，從而降低冷凍水的回水溫度，直到實際回水溫度與設定值相等；具體的誤差控制在設定值的±0.5℃。

2.根據權利要求1所述的一種地鐵站空調水系統變頻控制節能方法，其特征在于：PID閉環反饋溫差控制過程如下，

首先給定PID控制器的設定值，即回水溫度的設定值T_r，set，其值由回水溫度的設定值計算公式得到；通過溫度傳感器采集回水溫度的實際值T_r，其值作為PID控制器的反饋信號，這些信號均屬于模擬信號；

將溫度信號傳遞給通過PID控制器時，將信號變為頻率信號，范圍在20Hz-50Hz，運算器通過對比回水溫度的實際值與設定值，從而給變頻器控制信號來控制水泵轉速；

在改變水泵轉速后，冷凍水流量會發生相應變化，此時溫度傳感器采集回水溫度，再次傳遞給控制器，將實際值與設定值對比，直到實際值達到設定值的規定范圍內；如此反復循環，運行周期為1h；結束后進入下一運行周期；

在運行期間，通過溫度傳感器采集房間室內溫度，作為前饋控制信號傳遞給控制器，如果房間溫度不在規定范圍內，則提前給控制器控制信號來控制水泵轉速；在實際運行過程中發現，通常情況下，由于溫度變化的滯后性以及水泵流量變化不會特別劇烈的原因，室內溫度變化不會超出規定范圍。

3.根據權利要求1所述的一種地鐵站空調水系統變頻控制節能方法，其特征在于：該方法包括如下具體步驟，

(1)根據地鐵站設計圖紙以及實際參數搭建地鐵站通風空調系統的仿真模型，包括三部分：地鐵站的建筑仿真模型參數設計，包括地鐵站站臺層的尺寸大小、站內散熱量；地鐵站通風系統的仿真模型，包括風機參數設計、新風回風風量設計、室外溫濕度設計；地鐵站空調系統的仿真模型，包括表冷器、冷凍水泵、冷卻水泵、冷水機組、冷卻塔參數設計；在地鐵站空調水系統仿真模型內為干管回水管道添加回水溫度傳感器，采集回水溫度作為空調水系統反饋參數，在地鐵站建筑模型內添加室內溫度度傳感器，采集室內溫濕度作為舒適度評判標準的前饋參數；

(2)搭建地鐵站通風空調系統，在TRNBuild軟件中搭建地鐵站仿真模型并導入Simulation Studio中；在Simulation Studio軟件中分別搭建通風系統與空調系統，通風系統作為中間端與地鐵站模型以及空調系統相連接；

(3)根據地鐵站通風空調系統仿真模型參數，為地鐵站空調水系統添加PID控制器；PID控制器輸入參數中的反饋參數由空調水系統干管溫度采集器提供，設定值的參數根據變頻節能控制方法計算得出，地鐵站站內溫度作為前饋參數添加到控制系統中，PID的輸出控制參數為冷凍水水泵的轉速，控制冷凍水系統的流量；

(4)運行Trnsys軟件，載入設計好的地鐵站建筑模型并通過PID控制器控制空調冷凍水泵的轉速，運行時長選擇7月份和8月份兩個典型空調季節進行仿真實驗，為仿真模型添加能耗檢測與數據采集模塊，分析評判水系統變頻運行的節能效果；

(5)采集空調冷凍水系統的干管回水溫度作為反饋參數輸出給PID溫度控制器，經運算器計算相應回水溫度的設定值，與反饋得到的實際回水溫度的檢測值進行對比，如若設定值不等于檢測值，則變頻器改變頻率，控制水泵轉速從而控制冷凍水的水流量；模擬仿真的步長選擇1h，變頻器的變頻范圍要求在滿足水泵流量正常運行的范圍內；

(6)以模擬仿真步長為周期，通過溫度傳感器采集站內溫濕度，作為前饋擾動信號，輸入到變頻控制系統中，當站內溫濕度不滿足設計規范的要求時，對前饋控制器的參數進行調整，提前調整冷凍水流量，直到站內溫濕度滿足設計標準為止；

(7)最后待系統運行穩定后，采集冷凍水泵能耗數據與檢測曲線，分析變頻控制方法的節能效果。