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摘 要：中国城市轨道交通枢纽的通风和空调系统，每年耗电量超过100万千瓦，约占运行总电量的30%～45%。为此，各大城市的轨道交通企业都在大力发展节约能源的技术与手段。由于传统的中央控制方式，2016年以前开通的地铁线路，而非特殊的节能控制模式，无法实现全网的节能调节，导致能耗高。因此，采用新的节能监管措施已成为各大城市轨道交通企业关注的焦点。

关键词：地铁通风空调；节能调控优化；人工智能

1背景

1.1地铁通风空调系统耗能状况

随着我国经济的快速发展，政府办公楼和大型公共建筑的能耗越来越高。我国地铁车站的通风空调系统每年耗电100多万千瓦，占运营总量的30%-45%。因此，所有地铁公司都在积极开发节能技术和措施。2016年之前开通的地铁线路，由于采用传统的集中控制模式，而非特殊的节能控制模式，无法实现全网的节能调节，导致能耗高。因此，采用新的节能监管措施已成为各大城市轨道交通企业关注的焦点。

1.2人工智能技术发展

随着大数据和人工智能技术的发展，利用大数据挖掘和机器学习神经网络处理非线性关系的方法越来越多。例如，谷歌利用人工智能技术，减少了40%的能源消耗。

2地铁通风空调节能控制与优化设计

地铁通风空调系统包括空气和水系统。冷却量通过管道输送至通风系统的空调，由换热器冷却，然后通过风机送至车站。

2.1风系统

由于空间的限制，一般地铁车站的地下车站室内空气流通仅依靠风机。长期运行使能耗占总能耗的85%。风电场根据范围可分为大型和小型风电场。

大型通风空调系统是指车站大厅和站台的公共区域，面积超过2000平方米。它是乘客感受车站内部环境舒适度最直观的方式，也是最大的终端制冷量

，多年来，城市轨道交通公司一直致力于大型系统的节能控制，并不断尝试各种方法来优化能源使用。最大的困难是，大型系统是连接室外和隧道的重要通道，对环境质量有很大影响，如出入口的渗入空气、客流的变化、围护结构的热传导、车站设备的加热、屏蔽门的漏风，还有车站里的积水。其次，大系统空间大，空调送排风管道长，调节延迟时间长达20分钟，而传统的简单调节方法难以实现预调节和调节，导致系统动态跟踪性能差，温湿度控制效果差，系统能耗高。对几种常见的控制环节进行了优化调整。

（1）新风量计算及新风机控制

通过对公用区域浓度的分析，决定系统需要多少新鲜空气，调节其工作频率，或者进行启动和关闭控制，以保证站点公共空间的新鲜空气。的含量不能高于1.5千分之一。可按浓度计算新鲜空气容积（基准）

（2）换气次数控制

根据不同的场地和室外环境，换气次数的计算结果相差很大。强制设置换气次数下限将间接限制制冷能力，从而增加空调的能耗。当使用一次回风全空气系统时，必须确保使用高效空气过滤器时室内有害物质的浓度达到标准。所有空调机组和排热风机的调整依据是确保最小换气率在以上，即风机的进气口必须达到最小换气速率，风机的出风量必须达到最小换风量，风机出风量不能低于某一最小值。最小通风量的计算公式为：

实际换气速率为空调机组送风（回风）/（厅+站台站面积）乘以3 m，实际换气量不能低于最低换气速率。在要求最低的气流和周围的温度和湿度时，风机的工作频率应该尽量降低。例如，在40Hz时，最短的通风时间25Hz可以将能源消耗降低70%。

（3）变露点温度调节

基于空气混合温度，然后通过双向阀门的开度，对冷藏室的露点进行动态调整，从而达到露点的调整。该方法能较好地解决地铁站内温度与湿度的均衡问题，防止车站内湿度过高引起的结露。

（4）空调、回排风机频率调节

根据车站公共区域的气温、湿度、风速和负荷，在保证最小通风次数的条件下，确定各空调设备的送风量和频率。

小型通风空调系统主要用于车站的设备和管理用房。其相对环境和制冷能力相对稳定。通常，通过PID调节常规回风温度即可满足调节要求。

2.2水系统

该系统为整个站台的通风空调系统提供制冷能力，并承担站内、站外的冷、热交换。

它涉及制冷量、制冷泵输送的制冷量、冷却塔制冷量和散热量的平衡。在地铁的设计中，由于考虑到后期客流的增长，通常会预留大量的空闲空间，因此在初期的固定流量工作中很容易出现供过于求，导致一定的能耗。

水系统由冷冻水侧、冷水侧和冷却水侧三部分组成。采用PID控制技术，对制冷泵进行转速、流量的控制。通常，根据机组的负载来决定冷却器的负载；在冷却水的末端，通过调整冷却塔和冷却水泵的高、低交换频率，使回水温度达到稳定的目的。三种不同的控制单元无法保证系统内的冷却水流量均衡，使得整个系统对终端负载的变化不敏感，从而影响了系统的跟踪性能。举例来说，可以减少冷却剂泵的工作频率，制冷泵能耗会降低，但制冷温度会过高，导致制冷压缩机的高负荷和低效率运行。由于制冷装置的电耗远高于制冷泵的电耗，因此整个水系统的能耗没有减少，而是增加了。在整个控制方案中，应充分考虑整个水系统的能效，主要目标是提高能源利用率。

一般来说，由于冷凝器侧（冷却水侧）负荷的变化对能耗的影响大于蒸发器侧（冷却水侧），所以通常应尽可能调整冷却泵、冷却塔等设备，以确保制冷温度达到冰箱的工作效率。

3 AI技术在空调通风系统中的应用分析

人工智能技术在智能手机语音识别、人脸安全识别、自动驾驶、人机互动等方面都有了很大的发展。人工智能在工业控制领域也有了长足的发展。自动AGV存储，智能检测机器人等。谷歌的Deepmind公司也将人工智能技术和中央空调系统的控制技术结合起来，节约了40%的能耗。谷歌的数据中心工程师Jim Gao表示，谷歌利用神经网络机器学习技术，对一个由19项参数组成的复杂数据中心进行仿真，例如：服务器总负载，泵，冷却塔，冷水机组，干式冷水机组，湿球温度，外部湿度，风速，风向等。

4结语

目前，在杭州地铁二号线“十三五”节能改造工程中，杭州地铁5、6号线、广州地铁1号线采用了节能空调、通风控制，实现了交通运输单位的总周转率降低6.5%。地铁通风与空调系统是我国城市轨道交通的主要能耗单位，其节能已经是整个行业发展的必然趋势。该控制优化方法已用于广州市4号线南延线BAS工程，并取得了良好的控制效果。但是，传统的通风与空调系统都有其自身的局限性，不能对其进行预测。但随着人工智能技术在城市轨道交通通风与空调系统中的广泛应用，将极大地降低城市的能耗。

参考文献

[1]曹勇，丁天一，于震.地铁站通风空调控制系统节能优化研究综述[J].建筑科学，2022，38（04）：213-228.

[2]杜书波，杨丽，赵庆双，刘晓东.城轨交通非牵引能耗系统性节能研究[J].建筑科学，2021，37（02）：174-184.