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本帖最后由 techbridge 于 2012-5-25 06:49 编辑
1绪论
自1997年起，我国铁路开始跨入高速时代，铁路客货运输负荷骤然上升，全网运输能力显得尤为紧张。为扩大我国铁路网规模，2004年国务院会议通过的《中长期铁路网规划》，明确提出了到2020年，铁路营业里程由100000km调整为120000km，其中客运专线由12000km调整为16000km。由此可见，在今后的10年内，我国铁路行业的建设规模将相当可观。火车站作为大型交通枢纽公共建筑，其能耗一直居高不下，因而无论是创建低能耗的火车站还是对现有火车站进行节能的改造都具有重大的社会与经济意义。
本文将从火车站建筑的特点出发，对其空调系统及照明系统的控制难点进行分析，提出相应的节能控制措施，并介绍某铁路枢纽车站的楼宇自控解决方案。
2火车站建筑的特点
新型大中型火车站房由高架层、站台层、出站层3个基本平面层组成。高架层一般用于为旅客提供宽敞舒适的候车环境；站台层多用于旅客进站、售票等，可容纳、缓冲大客流，进站广厅多设计成高大空间；出站层多为旅客出火车站通道及设备安放点。火车站有着与办公楼、酒店、药厂等建筑不同的，独特的建筑结构，因而其空调控制与照明控制的需求及相应的控制策略皆有独特的特点。
作为重要的大型交通运输建筑，火车站由多种功能各异的房间，如进站广厅、候车室、售票室、车辆用房、办公室、车间等组成。这些房间各有不同的服务对象和工作职能，因而对环境的要求也各不相同。《铁路房屋暖通空调设计标准》（TB 10056-1998）对各类房间的冬夏季室内设计温度做出了相关的规定。
火车站的另一显著特点是人流量大且人流密度变化速度快，空调负荷变化大。火车站的入口大厅、联系通道等区域均为敞开式设计，近年来多采用大面积的玻璃幕墙，这些都造成了冷热负荷大、能耗高的影响。高大空间的站房、进站广厅等处的空气调节，条件允许时可采用分层空气调节的方式。采用这种方式，靠近屋顶处或不对人体舒适感构成影响的上层空间是无需进行温湿度控制的，因而可以节省大量的空调能耗。
对于高大空间而言，引入照明控制是提高照明环境舒适度的直接方法，同时也是节省照明能耗的有效途径。白天时应充分利用自然光照，用照度传感器监测环境亮度，通过控制来调节照明回路，避免长时间不必要的照明浪费。
综上所述，火车站的特殊性主要表现在以下三个方面：
◆环境要求差异大；
◆人流量大，人流密度变化快，空调负荷大；
◆敞开式入口、大面积玻璃幕墙与高大空间等造成能耗大。
智能化的楼宇控制是满足铁路车站建筑控制要求的基础，也是解决能耗问题的核心手段之一。下面，本文将结合某铁路车站案例，针对上述特点，提出楼宇自控解决方案，并探讨节能控制措施。
3工程概况
某铁路车站是我国铁路“十一五”规划客运专线上最大的客运站，省城十大建筑之一，距市中心约8km，占地面积42.7公顷。新建车站总建筑面积达206000m2，主要分为东、西两个站房，共有四层，分别为出站层、站台层、高架层和设备夹层。室内设计符合标准，设计上考虑了火车站的特点一（如表1所示）。车站楼宇控制系统主要由冷热源系统、空调系统、送排风系统、电梯控制系统、给排水系统、照明系统、变配电系统等几个子系统组成。
4 暖通节能技术
该铁路车站的冷热源设备位于出站层。冷源系统由东站的2台地源热泵与西站的3台地源热泵组成。热源系统由东站2台热交换器和西站4台热交换器组成，接城市热网集中供热；当热量不够时可启动东站的2台地源热泵机组与西站的3台地源热泵机组为建筑物供热。
地源热泵技术是国家重点推广的节能新技术，应用地源热泵是铁道部的一项重要的节能措施。这种空调系统的工作原理是把高强度塑料管埋在地下，利用水与土壤中的热量进行冷热交换。它以地能为热泵的冷热源：
冬季把地能中的热量取出来，供给室内采暖，此时地能为热源；夏季取出室内热量，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为冷源。具体工作原理如下：夏天，热泵中的冷媒在冷凝器中吸收地埋管循环水的冷量，与流过蒸发器的热水进行热交换，连续不断地使用户回水降温到7~12℃；冬季，热泵中的冷媒在蒸发器中吸收地埋管循环水的热量，与流过冷凝器的冷水进行热交换，对用户用水的回水放热，令其升温到45~50℃。冬夏季工况下地埋管循环水与空调用水走向的切换可利用水阀实现，如图1所示：夏季V1、V3、V5、V7开，V2、V4、V6、V8关；冬季V1、V3、V5、V7关，V2、V4、V6、V8开。
空调系统主要由4台组合式全新风空调机组、31台组合式空调处理机组、5台VRV机组、3台恒温恒湿机组组成。全新风空调机组服务于候车大厅和医务室，控制原理如图2所示。由于高架层候车厅全新风空调机组处理的空气为100%室外新风，能源消耗大，运行成本高，因而利用热回收装置回收排风的大部分热量，达到节能的目的。为保证热回收机组高效运行，在新风入口和出口以及排风入口处分别设置过滤器，以便有效改善热回收机组经常出现的脏堵问题，确保热回收效率并大幅提高送风空气品质。组合式空调处理机组服务于进站大厅、出站大厅、办公室与商店等区域。末端为电动风阀，冬季时风阀关闭，由室内暖气片供暖；当热量不足时，可开启热泵制热。由于末端风阀的开关和人流量的大幅变化会导致空调负荷的变化，针对火车站特点二，本工程的组合式空调处理系统采用定静压变频控制方式。该控制方式的基本原理是在风机到最远端距离的2/3处安装静压传感器，以维持该点静压恒定为前提，通过不断调整送风机转速来改变空调系统的送风量。与定风量空调相比，采用该控制方式的空调可使室温波动更小，既能大幅提高舒适度，还能有效节省能耗。
VRV机组服务于门厅、信息机房等区域。恒温恒湿机组服务于化验室、票务系统机房和主机房。
针对火车站特点三，在敞开式门上设置了风幕，此举能有效减少室外空气与室内空气的热交换，是敞开式大空间节能的常用方法之一。
5节能技术的具体实现
除了暖通系统，一套功能全面、设计合理的楼宇自控系统也能为火车站的节能做出巨大贡献。楼宇自控系统可有效提高对火车站能耗的控制力，通过数据采集、预处理，有效掌握建筑物能源分配及各类环境、设备因素对能耗的影响；可提供节能空间分析服务，并在能源改造过程中随时跟踪投资、预测投资回收期；通过冷水机组启停优化控制策略、空调系统送风温湿度控制策略，以及CO2浓度控制、时间表、报警等功能可大幅提高火车站能效，有效降低能耗。
（1）冷水机组启停优化控制
之前分析的火车站特点二表明此类建筑能耗大，因此，冷水机组的增减显得尤为重要。根据车站所需冷负荷及实际冷负荷，通过自动调整冷水机组运行台数，可获得最佳节能效果。车站所需冷负荷为：
Q=c×m×（T1－T2）
式中，c为水的比热容，单位为kJ/（kg·℃）；T1为回水管温度，T2为供水总管温度，单位为℃；m为回水质量，单位为kg。由冷水机组工作特性曲线（如图3所示）
可知，冷水机组能效比最高时，负荷约为80%，而非满负荷。因而从节能角度出发，冷水机组的控制逻辑是当负荷大于单台机组的95%时，开启第二台机组。
（2）空调机组送风温湿度控制
通常，针对纯滞后较大的回风温、湿度参数，为避免响应速度慢导致重复调整，我们采用串级控制回路对其进行控制，如图4所示。其内环控制是通过焓值算法控制送风温度及湿度，外环控制（SPRA设定值重设）即通过操作员手动或BMS自动对送风温度及湿度的设定值进行重设。这种控制回路与普通的反馈回路相比，错开了与主对象的时间常数距离，从而提高了系统的响应速度，显著提高了系统的控制质量。回风温/湿度低于设定下限，且维持时间超过预设的时间死区，则送风温/湿度设定值将自动增加一个偏移量；回风温/湿度超出设定上限，且维持时间超过预设的时间死区，则送风温/湿度设定值将自动减小一个偏移量。
在大空间内，回风温度不能充分反映各个区域的实际环境情况。可根据各区域的实际温度控制末端VAV的送风量，从而满足不同区域的温度要求。
对于大空间建筑，如果送风口设置在吊顶上，冬季送出的热空气需要极大的出口风速才能到达人流活动区，否则极易形成气流死循环。因此，为提高控制效果、节省能耗送风口宜设置在墙壁侧面。
（3）过渡季免费制冷与夜间换气
空调可在过渡季节充分利用室外新风对室内空气进行处理，在夜间利用室外新风对室内进行换气，既能节省能源，又能有效提高室内的空气品质。
（4）CO2浓度监测
通过监测车站内特定区域的CO2浓度控制组合式空调处理机组的新风阀与回风阀开度，可在满足空气品质的前提下，有效降低新风量，从而节省下处理非必要新风所需的那部分能耗。
（5）照度监测
在车站内靠近外墙和窗户的区域安装感光器，探测最低照明等级，根据探测结果调暗或关闭照明灯具。借助于电动外遮阳设备可在强日照下满足工作面照度要求，同时减少室内与室外的辐射热交换。
（6）与信息系统的结合
许多机场的楼宇自控系统往往与航班信息系统紧密结合在一起。笔者认为，车站的照明与空调系统也可适当参考车次时间表当车次或人流减少时，在保证室内空气品质的前提下，适当减少新风机的开启时间和送风量，可降低冷热负荷损失。
6系统架构
该车站工程设备众多，设备比较分散，通过采用施耐德电气TAC Vista楼宇自控系统（如图5所示）对站内各种机电设备进行集中管理和优化控制，最终实现了各种机电设备工作的协调有序。
本工程楼宇自控系统由两级网络构成：一级网络是10M/100M以太网；二级网络为LonWorks现场总线网。这种结构可以提供高速的通信能力，使管理人员在中央控制室就能全面了解本工程各类设备的运行情况，并进行实时控制；而且易于进行扩展，以满足系统容量的要求。这种两级网络的结构形式是合理、安全的网络结构模式，能够将因硬件故障对系统运行造成的影响降到最低，最适合以集散控制为特点的楼宇自控系统，为多数楼宇自控厂商所采用。
所有DDC控制器均在被控设备机房内就近安装。控制器与现场前端设备信号联接线的联接在机房内部完成。DDC控制器在本地对被控设备进行监控，包括实时检测现场设备的信号，根据控制器里内置的程序对设备进行控制，并将设备运行或报警信息上传给楼宇自控系统中央工作站。中央工作站对收集到的信息、数据进行分析和管理，包括实时数据的图形显示，历史数据的查看，各种实时报警的处理，各种报告的察看和打印，系统的配置，系统的编程等。这种集中管理、分散控制的模式既实现了对大型建筑机电设备的有效管理，又将控制功能分配给本地DDC控制器，消除了集中控制方式的隐患，即一旦中央控制设备出现故障将无法实现对所有机电设备的控制。
如图5所示，管理层由中央监控电脑配以Vista系列软件和两台网络路由器组成；控制层则由各种控制子站（DDC）连接而成，设备及具体位置如表2所示。
控制器之间以LonWorks FTT-10总线方式互联，控制器与中央计算机以普通双绞线通过IP接口连接，IP控制器与中央计算机通过以太网方式互连，智能控制器则直接与现场控制元件、传感元件连接。Vista系统的这种网络结构实现了“分散控制，集中管理”的控制模式，具有高可靠性、灵活性、先进性。
7结束语
本文分析火车站楼宇控制区别于其他建筑的三大特点，结合某车站的实际情况和暖通设计，提出若干行之有效的方法，如表3所示。
作者：贾坚萍,程大章,孙靖 来源：智能建筑与城市信息 |
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