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本帖最后由 techbridge 于 2012-5-25 06:49 編輯
1緒論
自1997年起，我國鐵路開始跨入高速時代，鐵路客貨運輸負荷驟然上升，全網運輸能力顯得尤為緊張。為擴大我國鐵路網規模，2004年國務院會議通過的《中長期鐵路網規劃》，明確提出了到2020年，鐵路營業里程由100000km調整為120000km，其中客運專線由12000km調整為16000km。由此可見，在今后的10年內，我國鐵路行業的建設規模將相當可觀。火車站作為大型交通樞紐公共建筑，其能耗一直居高不下，因而無論是創建低能耗的火車站還是對現有火車站進行節能的改造都具有重大的社會與經濟意義。
本文將從火車站建筑的特點出發，對其空調系統及照明系統的控制難點進行分析，提出相應的節能控制措施，并介紹某鐵路樞紐車站的樓宇自控解決方案。
2火車站建筑的特點
新型大中型火車站房由高架層、站臺層、出站層3個基本平面層組成。高架層一般用于為旅客提供寬敞舒適的候車環境；站臺層多用于旅客進站、售票等，可容納、緩沖大客流，進站廣廳多設計成高大空間；出站層多為旅客出火車站通道及設備安放點。火車站有著與辦公樓、酒店、藥廠等建筑不同的，獨特的建筑結構，因而其空調控制與照明控制的需求及相應的控制策略皆有獨特的特點。
作為重要的大型交通運輸建筑，火車站由多種功能各異的房間，如進站廣廳、候車室、售票室、車輛用房、辦公室、車間等組成。這些房間各有不同的服務對象和工作職能，因而對環境的要求也各不相同。《鐵路房屋暖通空調設計標準》（TB 10056-1998）對各類房間的冬夏季室內設計溫度做出了相關的規定。
火車站的另一顯著特點是人流量大且人流密度變化速度快，空調負荷變化大。火車站的入口大廳、聯系通道等區域均為敞開式設計，近年來多采用大面積的玻璃幕墻，這些都造成了冷熱負荷大、能耗高的影響。高大空間的站房、進站廣廳等處的空氣調節，條件允許時可采用分層空氣調節的方式。采用這種方式，靠近屋頂處或不對人體舒適感構成影響的上層空間是無需進行溫濕度控制的，因而可以節省大量的空調能耗。
對于高大空間而言，引入照明控制是提高照明環境舒適度的直接方法，同時也是節省照明能耗的有效途徑。白天時應充分利用自然光照，用照度傳感器監測環境亮度，通過控制來調節照明回路，避免長時間不必要的照明浪費。
綜上所述，火車站的特殊性主要表現在以下三個方面：
◆環境要求差異大；
◆人流量大，人流密度變化快，空調負荷大；
◆敞開式入口、大面積玻璃幕墻與高大空間等造成能耗大。
智能化的樓宇控制是滿足鐵路車站建筑控制要求的基礎，也是解決能耗問題的核心手段之一。下面，本文將結合某鐵路車站案例，針對上述特點，提出樓宇自控解決方案，并探討節能控制措施。
3工程概況
某鐵路車站是我國鐵路“十一五”規劃客運專線上最大的客運站，省城十大建筑之一，距市中心約8km，占地面積42.7公頃。新建車站總建筑面積達206000m2，主要分為東、西兩個站房，共有四層，分別為出站層、站臺層、高架層和設備夾層。室內設計符合標準，設計上考慮了火車站的特點一（如表1所示）。車站樓宇控制系統主要由冷熱源系統、空調系統、送排風系統、電梯控制系統、給排水系統、照明系統、變配電系統等幾個子系統組成。
4 暖通節能技術
該鐵路車站的冷熱源設備位于出站層。冷源系統由東站的2臺地源熱泵與西站的3臺地源熱泵組成。熱源系統由東站2臺熱交換器和西站4臺熱交換器組成，接城市熱網集中供熱；當熱量不夠時可啟動東站的2臺地源熱泵機組與西站的3臺地源熱泵機組為建筑物供熱。
地源熱泵技術是國家重點推廣的節能新技術，應用地源熱泵是鐵道部的一項重要的節能措施。這種空調系統的工作原理是把高強度塑料管埋在地下，利用水與土壤中的熱量進行冷熱交換。它以地能為熱泵的冷熱源：
冬季把地能中的熱量取出來，供給室內采暖，此時地能為熱源；夏季取出室內熱量，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為冷源。具體工作原理如下：夏天，熱泵中的冷媒在冷凝器中吸收地埋管循環水的冷量，與流過蒸發器的熱水進行熱交換，連續不斷地使用戶回水降溫到7~12℃；冬季，熱泵中的冷媒在蒸發器中吸收地埋管循環水的熱量，與流過冷凝器的冷水進行熱交換，對用戶用水的回水放熱，令其升溫到45~50℃。冬夏季工況下地埋管循環水與空調用水走向的切換可利用水閥實現，如圖1所示：夏季V1、V3、V5、V7開，V2、V4、V6、V8關；冬季V1、V3、V5、V7關，V2、V4、V6、V8開。
空調系統主要由4臺組合式全新風空調機組、31臺組合式空調處理機組、5臺VRV機組、3臺恒溫恒濕機組組成。全新風空調機組服務于候車大廳和醫務室，控制原理如圖2所示。由于高架層候車廳全新風空調機組處理的空氣為100%室外新風，能源消耗大，運行成本高，因而利用熱回收裝置回收排風的大部分熱量，達到節能的目的。為保證熱回收機組高效運行，在新風入口和出口以及排風入口處分別設置過濾器，以便有效改善熱回收機組經常出現的臟堵問題，確保熱回收效率并大幅提高送風空氣品質。組合式空調處理機組服務于進站大廳、出站大廳、辦公室與商店等區域。末端為電動風閥，冬季時風閥關閉，由室內暖氣片供暖；當熱量不足時，可開啟熱泵制熱。由于末端風閥的開關和人流量的大幅變化會導致空調負荷的變化，針對火車站特點二，本工程的組合式空調處理系統采用定靜壓變頻控制方式。該控制方式的基本原理是在風機到最遠端距離的2/3處安裝靜壓傳感器，以維持該點靜壓恒定為前提，通過不斷調整送風機轉速來改變空調系統的送風量。與定風量空調相比，采用該控制方式的空調可使室溫波動更小，既能大幅提高舒適度，還能有效節省能耗。
VRV機組服務于門廳、信息機房等區域。恒溫恒濕機組服務于化驗室、票務系統機房和主機房。
針對火車站特點三，在敞開式門上設置了風幕，此舉能有效減少室外空氣與室內空氣的熱交換，是敞開式大空間節能的常用方法之一。
5節能技術的具體實現
除了暖通系統，一套功能全面、設計合理的樓宇自控系統也能為火車站的節能做出巨大貢獻。樓宇自控系統可有效提高對火車站能耗的控制力，通過數據采集、預處理，有效掌握建筑物能源分配及各類環境、設備因素對能耗的影響；可提供節能空間分析服務，并在能源改造過程中隨時跟蹤投資、預測投資回收期；通過冷水機組啟停優化控制策略、空調系統送風溫濕度控制策略，以及CO2濃度控制、時間表、報警等功能可大幅提高火車站能效，有效降低能耗。
（1）冷水機組啟停優化控制
之前分析的火車站特點二表明此類建筑能耗大，因此，冷水機組的增減顯得尤為重要。根據車站所需冷負荷及實際冷負荷，通過自動調整冷水機組運行臺數，可獲得最佳節能效果。車站所需冷負荷為：
Q=c×m×（T1－T2）
式中，c為水的比熱容，單位為kJ/（kg·℃）；T1為回水管溫度，T2為供水總管溫度，單位為℃；m為回水質量，單位為kg。由冷水機組工作特性曲線（如圖3所示）
可知，冷水機組能效比最高時，負荷約為80%，而非滿負荷。因而從節能角度出發，冷水機組的控制邏輯是當負荷大于單臺機組的95%時，開啟第二臺機組。
（2）空調機組送風溫濕度控制
通常，針對純滯后較大的回風溫、濕度參數，為避免響應速度慢導致重復調整，我們采用串級控制回路對其進行控制，如圖4所示。其內環控制是通過焓值算法控制送風溫度及濕度，外環控制（SPRA設定值重設）即通過操作員手動或BMS自動對送風溫度及濕度的設定值進行重設。這種控制回路與普通的反饋回路相比，錯開了與主對象的時間常數距離，從而提高了系統的響應速度，顯著提高了系統的控制質量。回風溫/濕度低于設定下限，且維持時間超過預設的時間死區，則送風溫/濕度設定值將自動增加一個偏移量；回風溫/濕度超出設定上限，且維持時間超過預設的時間死區，則送風溫/濕度設定值將自動減小一個偏移量。
在大空間內，回風溫度不能充分反映各個區域的實際環境情況。可根據各區域的實際溫度控制末端VAV的送風量，從而滿足不同區域的溫度要求。
對于大空間建筑，如果送風口設置在吊頂上，冬季送出的熱空氣需要極大的出口風速才能到達人流活動區，否則極易形成氣流死循環。因此，為提高控制效果、節省能耗送風口宜設置在墻壁側面。
（3）過渡季免費制冷與夜間換氣
空調可在過渡季節充分利用室外新風對室內空氣進行處理，在夜間利用室外新風對室內進行換氣，既能節省能源，又能有效提高室內的空氣品質。
（4）CO2濃度監測
通過監測車站內特定區域的CO2濃度控制組合式空調處理機組的新風閥與回風閥開度，可在滿足空氣品質的前提下，有效降低新風量，從而節省下處理非必要新風所需的那部分能耗。
（5）照度監測
在車站內靠近外墻和窗戶的區域安裝感光器，探測最低照明等級，根據探測結果調暗或關閉照明燈具。借助于電動外遮陽設備可在強日照下滿足工作面照度要求，同時減少室內與室外的輻射熱交換。
（6）與信息系統的結合
許多機場的樓宇自控系統往往與航班信息系統緊密結合在一起。筆者認為，車站的照明與空調系統也可適當參考車次時間表當車次或人流減少時，在保證室內空氣品質的前提下，適當減少新風機的開啟時間和送風量，可降低冷熱負荷損失。
6系統架構
該車站工程設備眾多，設備比較分散，通過采用施耐德電氣TAC Vista樓宇自控系統（如圖5所示）對站內各種機電設備進行集中管理和優化控制，最終實現了各種機電設備工作的協調有序。
本工程樓宇自控系統由兩級網絡構成：一級網絡是10M/100M以太網；二級網絡為LonWorks現場總線網。這種結構可以提供高速的通信能力，使管理人員在中央控制室就能全面了解本工程各類設備的運行情況，并進行實時控制；而且易于進行擴展，以滿足系統容量的要求。這種兩級網絡的結構形式是合理、安全的網絡結構模式，能夠將因硬件故障對系統運行造成的影響降到最低，最適合以集散控制為特點的樓宇自控系統，為多數樓宇自控廠商所采用。
所有DDC控制器均在被控設備機房內就近安裝。控制器與現場前端設備信號聯接線的聯接在機房內部完成。DDC控制器在本地對被控設備進行監控，包括實時檢測現場設備的信號，根據控制器里內置的程序對設備進行控制，并將設備運行或報警信息上傳給樓宇自控系統中央工作站。中央工作站對收集到的信息、數據進行分析和管理，包括實時數據的圖形顯示，歷史數據的查看，各種實時報警的處理，各種報告的察看和打印，系統的配置，系統的編程等。這種集中管理、分散控制的模式既實現了對大型建筑機電設備的有效管理，又將控制功能分配給本地DDC控制器，消除了集中控制方式的隱患，即一旦中央控制設備出現故障將無法實現對所有機電設備的控制。
如圖5所示，管理層由中央監控電腦配以Vista系列軟件和兩臺網絡路由器組成；控制層則由各種控制子站（DDC）連接而成，設備及具體位置如表2所示。
控制器之間以LonWorks FTT-10總線方式互聯，控制器與中央計算機以普通雙絞線通過IP接口連接，IP控制器與中央計算機通過以太網方式互連，智能控制器則直接與現場控制元件、傳感元件連接。Vista系統的這種網絡結構實現了“分散控制，集中管理”的控制模式，具有高可靠性、靈活性、先進性。
7結束語
本文分析火車站樓宇控制區別于其他建筑的三大特點，結合某車站的實際情況和暖通設計，提出若干行之有效的方法，如表3所示。
作者：賈堅萍,程大章,孫靖 來源：智能建筑與城市信息 |
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