CN107588510A - 地铁公共区域过渡季节能环境控制***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空调控制技术领域，具体涉及一种地铁公共区域过渡季节能环境控制***及其控制方法，其根据温湿度传感器测量的温湿度信号，结合可编程控制器，通过先进的逻辑方法控制风机频率和冷水阀开度，在维持地铁车站公共区域温湿度的同时，大量减少通风空调***的运行能耗。本发明的意义在于避免在过度季因固定送风温度设定值或固定室内温度设定值，而无法同时适应地铁站公共区内实时变化的热湿负荷的情况，解决了在人员较多时，尽管公共区内温度满足设计要求，但因湿度过高，而导致闷热的现象，以及在人员较少时，虽然湿度满足设计要求，但因温度过低导致过冷的现象。本发明的控制***及其控制方法可广泛应用于大型地铁站及其他人流量变化较大的场所。
Description
技术领域
本发明涉及空调控制技术领域，具体涉及一种地铁公共区域过渡季节能环境控制***及其控制方法。
背景技术
地铁作为城市交通的重要组成部分，近些年发展迅速，众多地铁车站也随之应运而生。地铁车站位处地下，其通风空调***尤为重要，不仅要确保车站内的常年通风，还要在制冷季和过度季维持站厅站台内的热舒适性。地铁车站通风空调***分为三种运行模式，即制冷季模式、过度季模式和通风模式。其中过渡季模式又称为全新风模式，即新风阀全开、排风阀全开、回风阀全关，室外新风经过表冷器降温除湿后送入车站公共区，维持公共区的热舒适性，公共区的空气则通过排风道与风亭排出室外，无回风。
当前地铁车站通风空调***过渡季的控制方式有很多不足，送风机和回排风机均采用固定的最小频率运行，冷水阀全开，公共区内的温湿度不进行控制，不仅造成能源浪费，还导致车站公共区域的热舒适性很差。实际测试数据表明，过渡季模式时，回排风机的运行对***送风量大小没有贡献，增加了***运行能耗，降低了***运行效率，能源浪费明显。由于过渡季公共区的负荷相对较低，冷水阀全开使得供冷量过大，导致公共区的温度过低，不仅浪费能源，还降低了公共区的热舒适性。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供了一种地铁公共区域过渡季节能环境控制***及其控制方法，该控制***及方法能够在满足地铁公共区热舒适性的前提下，降低通风空调***的运行能耗。
为实现上述目的，本发明提供了一种地铁公共区过渡季节能环境控制***，其根据送风温度、公共区域温湿度和室外温湿度对地铁公共区的新风、排风以及冷水量进行相应的调节；地铁公共区过渡季节能环境控制***包括新风单元、与地铁公共区域连通的送风单元、回风单元和与所述回风单元连接的回排风单元，所述控制***还包括：
多个传感器，包括安装于送风管上的送风温度传感器、安装于公共区域内的温度传感器和湿度传感器、安装于室外的温度传感器和湿度传感器，所述传感器电连接可编程控制器；
可编程控制器，其对所述传感器采集的数据进行处理，从而生成控制信号以控制各变频器和执行器相应地对各风阀、风机和水阀进行调节，完成送风、回风、新风和排风的协调以及水量调节，实现公共区过渡季的环境及节能控制；
其中，所述可编程控制器包括风阀控制器、风机控制器和温湿度控制器，所述风阀控制器与风阀继电器电连接，用于根据传感器采集的信号调控相应的风阀的启闭；所述风机控制器与风机继电器电连接，用于根据传感器采集的信号调控相应风机的启闭；所述温湿度控制器与室内温度控制法程序和室内湿度控制法控制程序连接，用于对冷水阀的开度进行控制；
多个变频器，其分别与所述回排风单元、送风单元上的风机连接，用于控制对应风机的转速以对生成风量大小进行调节；
多个继电器，包括风阀继电器和风机继电器，所述风阀继电器一端分别电连接相应的风阀控制器，另一端分别电连接所述送风单元、新风单元、回风单元和回排风单元上相应的风阀执行器，用于控制将可编程控制器发送的指令发送至对应的执行器，从而控制对应风阀的启闭；所述风机继电器一端分别电连接相应的风机控制器，另一端分别电连接送风单元、新风单元、排风单元上相应的风机，用于控制将可编程控制器发送的指令发送至对应的风机，从而控制对应风机的启闭；
多个执行器，其分别与所述送风单元、新风单元、回风单元和回排风单元上的风阀以及水阀连接，用于控制所述各风阀的启闭以完成对输送或排出风量大小的调节，以及控制所述水阀的启闭或开度以对公共区域内的温湿度进行调节。
进一步地，所述控制***中设置弱电控制柜，所述可编程控制器设置在弱电控制柜中。
进一步地，所述控制***中设置变频配电柜，所述多个继电器和多个变频器设置在变频配电柜中。
进一步地，所述控制***还包括多个风机功率计量表，其分别与对应的风机电连接，用于获得各风机的功率能耗。
本发明还提供了一种基于地铁公共区过渡季节能环境控制***的控制方法，所述控制方法为：首先关闭回排风机，只开启送风机，送风机以设计的最小运行频率运行；然后可编程控制器中的温湿度控制器根据公共区内的温湿度传感器测量的温湿度联合控制冷水阀的开度，将公共区内的温湿度始终维持在舒适的热湿范围。
进一步地，所述可编程控制器中的温湿度控制器默认启用室内温度控制法控制冷水阀开度，所述室内温度控制法为：可编程控制器接收到公共区内的温度传感器测量的公共区内温度信号，并将此温度与温度设定值进行比较，通过可编程控制器计算冷水阀开度，并将冷水阀开度信号发送至冷水阀执行器，由冷水阀执行器完成冷水阀的开度控制，使公共区内的温度维持在设定值。
进一步地，所述可编程控制器中的温湿度控制器在启用室内温度控制法的同时监测公共区内的湿度，当地铁站公共区内的湿度超过设计的上限值时，以送风温度为控制目标控制冷水阀开度，并通过不断降低送风温度设定值的方法来控制公共区内的湿度，使公共区内的湿度维持在舒适范围；当公共区内湿度低于设计的下限值时，则重新切换回以室内温度控制法控制冷水阀开度。
本发明的有益效果：
(1)避免在过度季因固定送风温度设定值或固定室内温度设定值，而无法同时适应地铁站公共区内实时变化的热湿负荷的情况。
(2)解决了在人员较多时，尽管公共区内温度满足设计要求，但因湿度过高而导致闷热的现象，以及在人员较少时，虽然湿度满足设计要求，但因温度过低导致的过冷现象。
(3)当湿度满足热舒适性时，根据公共区内的温度控制水阀开度，避免公共区内温度过低的同时还能够节约能源。
附图说明
图1为本发明地铁公共区过渡季节能环境控制***的控制原理图；
图2为控制方法的主控制程序流程图；
图3为室内温度控制法控制程序流程图；
图4为室内湿度控制法控制程序流程图；
其中：1、组合式空调机组，2、送风机，3、回排风机，4、小新风机，5、小新风阀执行器，6、全新风阀执行器，7、混风阀执行器，8、排风阀执行器，9、冷水阀执行器，10、送风温度传感器，11、公共区温度传感器，12、公共区湿度传感器，13、室外温度传感器，14、室外湿度传感器，15、弱电控制柜，16、变频配电柜，17、可编程控制器，18、小新风阀继电器，19、全新风阀继电器，20、混风阀继电器，21、排风阀继电器，22、回排风机变频器，23、送风机变频器，24、小新风机继电器，25、回排风机继电器，26、送风机继电器，27、小新风阀，28、全新风阀，29、混风阀，30、排风阀，31、冷水阀
具体实施方式
展示一下实例来具体说明本发明的某些实施例，且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本发明的的精神和范围之内。
实施例一：地铁公共区过渡季节能环境控制***
本实施例中的一种地铁公共区过渡季节能环境控制***根据送风温度、公共区域温湿度和室外温湿度对地铁公共区的新风、排风以及冷水量进行相应的调节；地铁公共区过渡季节能环境控制***包括新风单元、与地铁公共区域连通的送风单元、回风单元和与回风单元连接的回排风单元，本实施例的控制***的控制原理图如图1所示，***涉及到的设备部件包括：组合式空调机组1(包含送风机2)，回排风机3，小新风机4，小新风阀27及其执行器5，全新风阀28及其执行器6，混风阀29及其执行器7，排风阀30及其执行器8，冷水阀31及其执行器9，弱电控制柜15和变频配电柜16，其中弱电控制柜15中包含用于温湿度信号的采集以及环境控制及节能控制方法的逻辑判断和算法运算的可编程控制器17，变频配电柜16中包含用于小新风阀开关控制的继电器18、全新风阀开关控制的继电器19、混风阀开关控制的继电器20、排风阀开关控制的继电器21、小新风机4启停控制的继电器24、回排风机3启停控制的继电器25、送风机2启停控制的继电器26、以及用于回排风机3频率调节的变频器22和送风机2频率调节的变频器23。
所涉及的主要传感器包括：安装于送风管上的送风温度传感器10，安装于公共区内的温度传感器11和湿度传感器12，安装于室外的温度传感器13和湿度传感器14。
***各部件及传感器之间的连接关系也如图1所示，可编程控制器17对传感器采集的数据进行处理，从而生成控制信号以控制各变频器和执行器相应地对各风阀、风机和水阀进行调节，完成送风、回风、新风和排风的协调以及水量调节，实现公共区过渡季的环境及节能控制。变频器(包括回排风机变频器22、送风机变频器23)分别与所述回排风单元、送风单元上的风机连接，用于控制对应风机的转动频率以对生成风量大小进行调节；继电器(包括小新风机继电器24、回排风机继电器25、送风机继电器26、小新风阀继电器18、全新风阀继电器19、混风阀继电器20、排风阀继电器21)，其中风阀继电器一端分别电连接相应的风阀控制器，另一端分别电连接所述送风单元、新风单元、回风单元和回排风单元上相应的风阀执行器，用于控制将可编程控制器发送的指令发送至对应的执行器，从而控制对就的风阀的启闭；风机继电器一端分别电连接相应的风机控制器，另一端分别电连接送风单元、新风单元、排风单元上相应的风机，用于控制将可编程控制器发送的指令发送至对应的风机，从而控制对应的风机的启闭；执行器(包括小新风阀执行器5、全新风阀执行器6、混风阀执行器7、排风阀执行器8、冷水阀执行器9)分别与送风单元、新风单元、回风单元和回排风单元上的风阀以及水阀连接，用于控制所述各风阀的启闭以完成对输送或排出风量大小的调节，以及控制所述水阀的启闭或开度以对公共区域内的温湿度进行调节；可编程控制器17包括风阀控制器、风机控制器、温湿度控制器和PID控制器，风阀控制器与风阀继电器(包含小新风阀继电器18、全新风阀继电器19、混风阀继电器20、排风阀继电器21)电连接，用于根据传感器采集的信号调控相应的风阀的启闭；风机控制器与风机继电器(包含小新风阀继电器18、全新风阀继电器19、混风阀继电器20、排风阀继电器21、回排风机继电器25、送风机继电器26)电连接，用于根据传感器采集的信号调控相应风机的启闭；温湿度控制器与室内温度控制法程序和室内湿度控制法控制程序连接，用于对冷水阀31的开度进行控制；PID控制器一端电连接传感器，另一端电连接冷水阀执行器9，用于根据温湿度信号计算冷水阀31的开度并将冷水阀开度信号传输至冷水阀执行器9以控制冷水阀的开度。
本实施例的控制***中的控制装置还包括多个风机功率计量表，其分别与对应的风机电连接，用于获得各风机的功率能耗。
实施例二：基于实施例一的控制***的控制方法
本发明中，过渡季节中的一定温度范围一般是指温度处在19-28℃的范围，低于设定值过渡季节中的设定值一般优选19℃，而夏季指的是温度高于28℃的季节。
基于实施例一的控制***，地铁公共区过渡季节能环境控制的具体方法为：首先关闭回排风机，只开启送风机，送风机以设计的最小运行频率运行；然后可编程控制器中的温湿度控制器根据公共区内的温湿度传感器测量的温湿度联合控制准水阀的开度，将公共区内的湿湿度始终维持在舒适的热湿范围。
图2为控制方法的主控程序流程图，首先关闭回排风机，只开启送风机，送风机以设计的最小运行频率运行，具体方法为：可编程控制器17发送控制指令到变频配电柜16，通过变频配电柜16中的继电器18将小新风阀关闭信号下发至小新风阀执行器5关闭小新风阀27，通过变频配电柜16中的继电器19将全新风阀开启信号下发至全新风阀执行器6开启全新风阀28，通过变频配电柜16中的继电器20将混风阀关闭信号下发至混风阀执行器7关闭混风阀29，通过变频配电柜16中的继电器21将排风阀开启信号下发至排风阀执行器8开启排风阀30。通过变频配电柜16中的继电器24关闭小新风机4，通过变频配电柜16中的继电器25关闭回排风机3，通过变频配电柜16中的继电器26开启送风机2。通过送风机2的变频器23将送风机2的运行频率调节至设置的最小运行频率(如30Hz)。然后由可编程控制器17中的温湿度控制器根据公共区内温度传感器11和湿度传感器12测量的室内温度和湿度通过室内温度控制法控制程序和室内湿度控制法控制程序对冷水阀31的开度进行控制，使得公共区内的温度和湿度始终维持在热舒适范围。
可编程控制器17默认启用室内温度控制法控制冷水阀31开度，即根据公共区内温度传感器11测量的公共区内的温度控制冷水阀31的开度，通过调节冷冻水量，将公共区内温度维持在设定值，同时温湿度控制器根据公共区内湿度传感器12测量的室内湿度判断是否继续执行室内温度控制法控制程序。室内温度控制法具体为：公共区内的温度传感器11将测量的温度传送到可编程控制器17，可编程控制器17将测量的温度与温度设定值进行比较，通过PID控制算法计算冷水阀31开度，然后将冷水阀31开度信号发送至冷水阀执行器9，由冷水阀执行器9完成冷水阀31的开度控制。
可编程控制器17在进行公共区温度控制的同时通过公共区内的湿度传感器12测量公共区的湿度，当公共区内的湿度Hz大于湿度设定值(如70％)时，则切换为室内湿度控制程序控制冷水阀31开度，开始执行室内湿度控制法控制程序，即根据湿度测量值设置送风温度设定值，然后可编程控制器17根据送风管上的送风温度传感器10测量的送风温度对冷水阀31开度进行控制，进而控制水流量，将送风温度维持在设定值。具体方法为：当公共区内的湿度传感器12测量的湿度Hz大于70％时，送风温度设定值为20℃，可编程控制器17将送风温度传感器10测量的送风温度与送风温度设定值进行比较，通过PID控制算法计算冷水阀31开度，然后将冷水阀31开度信号发送至冷水阀执行器9，由冷水阀执行器9完成冷水阀31的开度控制。10分钟后，如果送风温度传感器10测量的湿度依然大于70％，采用每10分钟降低送风温度设定值1℃的方法，直至湿度小于等于70％时，送风温度设定值保持不变。当送风温度传感器10测量的湿度小于65％时，重新切换为室内温度控制法，即根据公共区内温度传感器11测量的公共区内的温度控制冷水阀31开度。
图3为室内温度控制法控制程序流程图，对于室内温度控制法，公共区域受到室内热湿干扰的影响，利用设置在公共区域内的温度传感器11测量室内温度，将测量值Tz与室内温度设定值即Tz,set比较，将比较值输入室内温度控制器，产生控制信号，通过冷水阀执行器9控制冷水阀31，调节冷水阀的开度，以保证室内温度Tz维持在设定值Tz,set。
图4为室内湿度控制法控制程序流程图，对于室内湿度控制法，首先设置送风温度初始设定值Ts,set为20℃，送风管内受到送风热湿干扰的影响，利用设置在送风管内的送风温度传感器10测量送风温度，将测量值Ts与送风温度设定值Ts,set比较，将比较值输入送风温度控制器产生控制信号，通过冷水阀执行器9和控制冷水阀31调节冷水阀的开度，以保证送风温度Ts维持在设定值Ts,set。送风管内的风送入公共区内与室内的热湿干扰相互作用，利用设置在公共区内的湿度传感器12测量室内湿度，10分钟后，将测量值Hz与设定的湿度上限值70％比较，如果Hz大于70％，则送风温度设定值Ts,set减小1℃，否则，送风温度设定值Ts,set保持不变。
本发明提出的一种地铁公共区过渡季环境控制及节能控制方法的意义在于避免在过度季因固定送风温度设定值或固定室内温度设定值，而无法同时适应地铁站公共区内实时变化的热湿负荷的情况。解决了在人员较多时，尽管公共区内温度满足设计要求，但因湿度过高而导致的闷热现象，以及在人员较少时，虽然湿度满足设计要求，但温度过低导致的过冷现象。本发明具备构思新颖，设计合理可靠，经济效益显著等特点，在过渡季可广泛应用于大型地铁站及其他人流量变化较大的场所。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种地铁公共区过渡季节能环境控制***，其根据送风温度、公共区域温湿度和室外温湿度对地铁公共区的新风、排风以及冷水量进行相应的调节；地铁公共区过渡季节能环境控制***包括新风单元、与地铁公共区域连通的送风单元、回风单元和与所述回风单元连接的回排风单元，其特征在于，所述控制***还包括：
多个传感器，包括安装于送风管上的送风温度传感器、安装于公共区域内的温度传感器和湿度传感器、安装于室外的温度传感器和湿度传感器，所述传感器电连接可编程控制器；
可编程控制器，其对所述传感器采集的数据进行处理，从而生成控制信号以控制各变频器和执行器相应地对各风阀、风机和水阀进行调节，完成送风、回风、新风和排风的协调以及水量调节，实现公共区过渡季的环境及节能控制；
其中，所述可编程控制器包括风阀控制器、风机控制器和温湿度控制器，所述风阀控制器与风阀继电器电连接，用于根据传感器采集的信号调控相应的风阀的启闭；所述风机控制器与风机继电器电连接，用于根据传感器采集的信号调控相应风机的启闭；所述温湿度控制器与室内温度控制法程序和室内湿度控制法控制程序连接，用于对冷水阀的开度进行控制；
多个变频器，其分别与所述回排风单元、送风单元上的风机连接，用于控制对应风机的转速以对风量大小进行调节；
多个继电器，包括风阀继电器和风机继电器，所述风阀继电器一端分别电连接相应的风阀控制器，另一端分别电连接所述送风单元、新风单元、回风单元和回排风单元上相应的风阀执行器，用于控制将可编程控制器发送的指令发送至对应的执行器，从而控制对应风阀的启闭；所述风机继电器一端分别电连接相应的风机控制器，另一端分别电连接送风单元、新风单元、排风单元上相应的风机，用于控制将可编程控制器发送的指令发送至对应的风机，从而控制对应风机的启闭；
多个执行器，其分别与所述送风单元、新风单元、回风单元和回排风单元上的风阀以及水阀连接，用于控制所述各风阀的启闭以完成对输送或排出风量大小的调节，以及控制所述水阀的启闭或开度以对公共区域内的温湿度进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种地铁公共区过渡季节能环境控制***，其特征在于，所述控制装置中设置弱电控制柜，所述可编程控制器设置在弱电控制柜中。
3.根据权利要求1所述的一种地铁公共区过渡季节能环境控制***，其特征在于，所述控制装置中设置变频配电柜，所述多个继电器和多个变频器设置在变频配电柜中。
4.根据权利要求1所述的一种地铁公共区过渡季节能环境控制***，其特征在于，所述控制装置还包括多个风机功率计量表，其分别与对应的风机电连接，用于获得各风机的功率能耗。
5.一种基于地铁公共区过渡季节能环境控制***的控制方法，其特征在于，所述控制方法为：首先关闭回排风机，只开启送风机，送风机以设计的最小运行频率运行；然后可编程控制器中的温湿度控制器根据公共区内的温湿度传感器测量的温湿度联合控制冷水阀的开度，将公共区内的温湿度始终维持在舒适的热湿范围。
6.根据权利要求5所述的一种基于地铁公共区过渡季节能环境控制***的控制方法，其特征在于，所述可编程控制器中的温湿度控制器默认启用室内温度控制法控制冷水阀开度，所述室内温度控制法为：可编程控制器接收到公共区内的温度传感器测量的公共区内温度信号，并将此温度与温度设定值进行比较，通过可编程控制器计算冷水阀开度，并将冷水阀开度信号发送至冷水阀执行器，由冷水阀执行器完成冷水阀的开度控制，使公共区内的温度维持在设定值。
7.根据权利要求5所述的一种基于地铁公共区过渡季节能环境控制***的控制方法，其特征在于，所述可编程控制器中的温湿度控制器在启用室内温度控制法的同时监测公共区内的湿度，当地铁站公共区内的湿度超过设计的上限值时，以送风温度为控制目标控制冷水阀开度，并通过不断降低送风温度设定值的方法来控制公共区内的湿度，使公共区内的湿度维持在舒适范围；当公共区内湿度低于设计的下限值时，则重新切换回以室内温度控制法控制冷水阀开度。
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