一种根据气象数据改良地铁站空调运行参数的节能方法

1.本发明属于地铁运行领域，涉及一种地铁站空调运行参数的控制方法。


背景技术：

2.地铁施工工期紧，现有通风空调系统设计时通常采用一致的做法而不会根据气候条件等精准计算其耗能量，加之地铁空调设计时按最大负荷计算并考虑预留10％的设计余量，故运营时常不能达到设计工况满载运行，即不能运行于最佳工况点，导致地铁通风空调系统能耗高。对于春夏之际以及夏秋的雨天气候，由于工况的调节不当，常出现室外气温低，而地铁站内气温高的情况。
3.现有《gb 50157-2013地铁设计规范》13.2.14规定，地下车站公共区夏季室内空气计算温度和相对湿度，当车站采用空调系统时，应符合以下规定：站厅中公共区的空气计算温度应低于空调室外空气计算干球温度2℃～3℃，且不应超过30℃，站台中公共区的空气计算温度应低于站厅的空气计算温度1℃～2℃，相对湿度均应为40％～70％。相对湿度范围较为宽泛，而此相对湿度与温度区间对应的空气含湿量变化范围较大，因而会出现雨天气候人体感觉闷热的情况。


技术实现要素：

4.为了克服已有地铁站空调运行的节能性较差、旅客的热舒适度较差的不足，本发明提供了一种提高节能性、提升旅客的热舒适度的根据气象数据改良地铁站空调运行参数的节能方法。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种根据气象数据改良地铁站空调运行参数的节能方法，包括以下步骤：
7.步骤1.收集初期基础数据信息，过程如下：
8.1)规范给出的地域气候参数；
9.2)收集地铁站预计的远期晚高峰客流量参数；
10.3)屏蔽门散热参数；
11.4)对应地域的典型气象年参数；
12.步骤2.计算站厅人员数量、站台人员数量以及屏蔽门系统散热、传热量；
13.步骤3.计算车站大系统乘客、照明、灯箱、指示牌、电梯、售卖机、安检系统、检票机产生的热量，各出入口、楼梯口的热渗透，停车时间的对流换热；
14.计算车站乘客、侧墙、顶板、底板产湿量，各出入口、楼梯口的湿负荷，屏蔽门的对流湿负荷；
15.计算空调参数，确定空调工况参数；
16.步骤4.由ta空调回风温度线、hc混风焓值线、ha空调回风焓值围合而成的区间，绘制焓湿图，由焓湿图给出各工况区间范围，工况包括小新风工况、全新风工况、节能工况、低气温节能工况、通风工况；
17.步骤5.温度湿度探测器检测室外温度、湿度，计算焓值反馈至室内控制系统；
18.步骤6.室内控制系统根据实际参数选择工况，启闭相应阀门，相应阀门启闭要求为增加新风量，最大程度利用新风处理室内冷负荷，其余冷负荷利用地铁中央空调系统处理，相应新风阀门为可调节阀门，根据室内外焓值调整开度，相应中央空调系统能够变频控制，根据室内剩余冷负荷变频控制。
19.进一步，所述步骤4中，小新风工况的条件为：室外空气焓值(hw)＞站台公共区中部焓值(ha)；此工况内包含节能工况，当满足条件：室外空气焓值(hw)＞站台公共区中部焓值(ha)，且公共区最高co2浓度＜600ppm(即0.6
‰
，可人工设置)时，由小新风工况切换至节能工况；当满足条件：室外空气焓值(hw)＞站台公共区中部焓值(ha)，且公共区最高co2浓度＞1200ppm(即1.2
‰
，可人工设置)时，由节能工况切换至小新风工况；
20.节能工况的条件为：
21.全新风工况的条件为：室外空气焓值(hw)≤站台公共区中部焓值(ha)，并且室外温度(tw)≥空调送风温度(to)；
22.低气温节能工况的条件为：空调回风焓值ha＜室外空气焓值hw≤设计混风焓值hc，并且室外温度(tw)＜站台公共区中部温度(ta)。
23.通风工况的条件为：室外空气温度(tw)＜(to)。
24.再进一步，所述步骤6中，当室外气温处于低气温节能工况iv区间时，开至最大新风量，由于总送风量不变，hc’低气温混风焓值＜hc混风焓值，因而低气温空调制冷量(hc’低气温混风焓值*总送风量)＜低气温空调制冷量(hc’低气温混风焓值*总送风量)。
25.优选的，所述步骤6中，阀门启闭状态如表1：
[0026][0027][0028]
表1
[0029]
上述表1中部分开启程度经计算确定。
[0030]
本发明的技术构思为：根据不同地区的夏季气候情况，通过增加新风量的方法，给出具体地域条件下的空调运行策略，对于地铁站这类广泛存在的公共建筑的节能有重大意义，且能够通过引入新风的方法进一步降低车站二氧化碳浓度，增加空气的氧含量，降低地铁站公共区的温度的同时，不仅提升了空气品质，也增加了旅客的热舒适度。
[0031]
本发明的有益效果主要表现在：节能性较好，增加了旅客的热舒适度，也提升了空气品质。
附图说明
[0032]
图1是具体的方法流程图。
[0033]
图2是焓湿图对应的工况区间示例。
[0034]
图3是整体空调系统图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0036]
参照图1～图3，一种根据气象数据改良地铁站空调运行参数的节能方法，包括以下步骤：
[0037]
步骤1.收集初期基础数据信息，过程如下：
[0038]
1)查询规范给出的地域气候参数；
[0039]
2)收集地铁站预计的远期晚高峰客流量参数；
[0040]
3)屏蔽门散热参数；
[0041]
4)对应地域的典型气象年参数；
[0042]
确定站台状态点n，站厅状态点m，室外状态点w，送风点o，表冷器出口点l，回风点a，并查询得出各自干球温度、相对湿度、含湿量、焓值；
[0043]
步骤2.计算站厅人员数量，站台人员数量，屏蔽门系统散热、传热量，过程如下：
[0044]
1)客流计算：
[0045]
根据乘客在车站停留时间和车站客流情况，通过下式计算得出站厅、站台的通风空调计算人员数量，客流按远期晚高峰预测客流计算。
[0046]
gc＝(a1
×
a1 b1
×
a2)/60；gp＝(a2
×
a1 b2
×
a2)/60；
[0047]
其中gc—站厅计算人员数量；gp：站台计算人员数量；
[0048]
a1：车站小时上车客流(个/小时)；a2：车站小时下车客流(个/小时)；
[0049]
a2：上车乘客站台停留时间(min)；a1：上车乘客站厅停留时间(min)；
[0050]
b2：下车乘客站台停留时间(min)；b1：下车乘客站厅停留时间(min)；
[0051]
乘客在车站平均停留时间如下(以两层站为例)：上车客流在车站平均停留时间为按行车间隔加2分钟，其中站厅停留2分钟，站台停留一个行车间隔；下车客流平均车站停留时间为3分钟，站厅、站台各停留1.5分钟；
[0052]
2)屏蔽门计算如下：
[0053]
q＝q1 q2；q1＝λ
×s×
δt；
[0054]
其中q—屏蔽门系统散热、传热量(w)；
[0055]
q1：屏蔽门系统传热量(w)；q2：屏蔽门系统散热量(11
×
103w)；
[0056]
λ：屏蔽门传热系数，按双层金属窗考虑(3w/(m2.℃))；
[0057]
s：屏蔽门面积(m2)；δt：站台、隧道空间温差(℃)；
[0058]
步骤3.计算车站大系统乘客、照明、灯箱、指示牌、电梯、售卖机、安检系统、检票机产生的热量，各出入口、楼梯口的热渗透，停车时间的对流换热；
[0059]
计算车站乘客、侧墙、顶板、底板产湿量，各出入口、楼梯口的湿负荷，屏蔽门的对流湿负荷；
[0060]
计算空调参数，确定空调工况参数。
[0061]
本实施例仅针对大系统负荷计算。
[0062]
1)根据大系统乘客、照明、灯箱、指示牌、电梯、售卖机、安检系统、检票机数量乘以各自的散热量、票务室、出入口热渗透、楼梯口传热、屏蔽门系统散热传热、停车时间对流换热、商铺散热，计算公共区产热量；
[0063]
2)根据乘客数量乘以各自的湿负荷、车站侧墙顶板底板湿负荷、出入口湿负荷、楼梯口湿负荷、屏蔽门对流湿负荷，计算公共区产湿量；
[0064]
站台热湿比值＝站台全热量/站台产湿量；
[0065]
站厅热湿比值＝站厅全热量/站厅产湿量；
[0066]
站台计算送风量＝站台全热量/(站台回风焓-站台送风焓)*放大系数；
[0067]
站厅计算送风量＝站厅全热量/(站厅回风焓-站厅送风焓)*放大系数；
[0068]
站台新风量＝0.15*站台计算送风量；
[0069]
站厅新风量＝0.15*站厅计算送风量；
[0070]
站台人员新风量＝站台人均最小新风量*站台人数；
[0071]
站厅人员新风量＝站厅人均最小新风量*站厅人数；
[0072]
空调新风量＝max(站台新风量，站台人员新风量) max(站厅新风量，站厅人员新风量)；
[0073]
回风量＝站台计算送风量 站厅计算送风量-空调新风量；
[0074]
hc混风焓值＝0.85*ha空调回风焓值 0.15*hw室外空气焓值；
[0075]
站台新风负荷＝max(站台新风量，站台人员新风量)*(hw室外空气焓值-ha空调回风焓值)*放大系数；
[0076]
站厅新风负荷＝max(站厅新风量，站厅人员新风量)*(hw室外空气焓值-ha空调回风焓值)*放大系数；
[0077]
车站总送风量＝站台计算送风量 站厅计算送风量；
[0078]
车站大系统冷负荷＝车站总送风量*(hc混风焓值-ho送风焓值)*放大系数；
[0079]
步骤4.由ta空调回风温度线、hc混风焓值线、ha空调回风焓值围合而成的区间，根据以上参数绘制焓湿图，由焓湿图给出各工况区间范围，工况包括小新风工况、全新风工况、节能工况、低气温节能工况iv、通风工况。
[0080]
当室外气温处于低气温节能工况iv区间时，开至最大新风量，由于总送风量不变，hc’低气温混风焓值＜hc混风焓值，因而低气温空调制冷量(hc’低气温混风焓值*总送风量)＜低气温空调制冷量(hc’低气温混风焓值*总送风量)；
[0081]
根据典型气象年参数，给出过渡季预计开启低气温节能工况的气象参数与预计日期区间，并给出范例数据下对应的理论能耗参数供运营方参考；其中，相较于传统设计的工
况，本发明的低气温节能工况由于增加了室外新鲜空气的引入，增加了空气的氧含量，降低了车站二氧化碳浓度，因而在节省空调能耗的同时，也改善了室内空气的质量，改善了旅客的热舒适度。
[0082]
步骤5.温度湿度探测器检测室外温度、湿度，计算焓值反馈至室内控制系统；
[0083]
qk＝qn-qw
[0084]
其中qk
–
大系统内需要由地铁中央空调处理的冷负荷w；
[0085]
qn大系统内总冷负荷w；
[0086]
qw大系统内可由新风处理的最大冷负荷w，当室外空气点落于i区，按照最小新风量计算，当室外空气点落于iv区，按照全新风计算。
[0087]
qw＝gw(hw-hn)
[0088]
hw为室外空气焓值；
[0089]
ha为站台公共区中部焓值；
[0090]
gw为引入室外新风量；
[0091]
步骤6.室内控制系统根据实际参数选择工况，启闭相应阀门，相应阀门启闭要求为增加新风量，最大程度利用新风处理室内冷负荷，其余冷负荷利用地铁中央空调系统处理，相应新风阀门应为可调节阀门，根据室内外焓值调整开度，相应中央空调系统应能够变频控制，根据室内剩余冷负荷变频控制。
[0092]
所述步骤6中，阀门启闭状态如表1：
[0093][0094]
表1
[0095]
上述表1中部分开启程度经计算确定。
[0096]
根据qk实际值，变频控制室内空调，以最小开启程度处理剩余负荷。
[0097]
现有地铁站有小新风工况、全新风工况和节能工况，其中，节能工况根据公共区co2浓度设定，适用于地铁站人流量较少时的工况，未考虑室外气温低于夏季空气调节室外
计算干球温度时的工况。本发明提出利用地铁站已有通风空调系统，设定“低气温节能工况”，当室外空气焓值hw＞空调回风焓值ha且≤设计混风焓值hc，但气温低于公共区温度时，增加新风量，减小水系统流量，部分利用室外新风降低室内空气温度，且增加新风同时可以达到降低公共区co2浓度的功能。此“低气温节能工况”，利用全新风降低室内焓值，其余冷负荷与湿负荷由组合空调处理。
[0098]
表2为动作关系对应表
[0099][0100]
表2
[0101]
对于雨天气候，尤其是夏热冬冷地区的夏季，夏季室外大气压力比冬季低，同样的
干球温度及相对湿度对应的含湿量升高，湿球温度降低，空气焓值升高，因而人体感觉闷热。本方法通过增加雨天气候新风量的方法，达到减小空调能耗，减小车站二氧化碳浓度，增加旅客热舒适度的目的。
[0102]
5-10月区间，尤其在夏热冬冷地区，室外在雨天气候，气温低于26℃时间长度较长。而夏热冬冷地区的夏季空气调节室外计算干球温度，多大于33℃，站厅中公共区的空气计算温度如按照规范计算则为30℃，站台为29℃。此温度情况下，如按照最小新风量运行并开启公共区空调，不仅造成能源浪费，且室内热舒适感较差。
[0103]
本发明根据清华大学收集并处理的各地的典型气象年数据，筛选并记录5-10月的时间区间内的逐时温度数据，根据此温度数据设定当地地铁站5-10月夏季空调期空调的运行策略。
[0104]
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。