交通枢纽能耗自适应监测与控制系统研究_张永阳.pdf

智能管理NO.02 202366智能城市 INTELLIGENT CITY交通枢纽能耗自适应监测与控制系统研究张永阳1 张文斌2 陈堃3 李士香3 汤睿尧4（1.南京忠设智能科技有限公司，江苏 南京 210013；2.扬州市交通建设管理有限责任公司，江苏 扬州 225012；3.中建交通建设集团有限公司，北京 100000；4.南京理工大学自动化学院，江苏 南京 210094）摘要：交通枢纽相比其他类型建筑具有能耗大、使用时间长、建设面积大、管网系统复杂等特点，存在部分设备设施能源利用率低、能耗监控不到位的问题。针对此类问题文章以扬州东部枢纽为例，设计了新型能耗自适应监测与控制系统。通过对建筑中各类系统的能耗监测分析，对站内能耗最高的冷热源空调通风系统和照明系统提出相应的节能优化控制措施和能耗自适应控制方法，提高了交通枢纽的能源综合利用效率，降低了建筑的能源消耗，有效实现高效低碳式运营管理，在节能减排方面为其他新建站和旧站改造树立良好的示范作用，对实现建筑节能降耗和建筑可持续发展具有参考意义。关键词：交通枢纽；能耗监测；能耗控制中图分类号：U492.1 文献标识码：A 文章编号：2096-1936（2023）02-0066-04DOI：10.19301/ki.zncs.2023.02.019根据2019年国际能源机构统计结果显示，在各类能源消耗终端内建筑运行与交通的能源消耗占总能源消耗的58%1。随着我国交通建设的快速发展，越来越多的综合性交通枢纽场站处于规划建设中。交通枢纽场站作为建筑运行与交通结合的关键节点，对枢纽场站开展能耗分析、数据监测以及自适应控制策略的研究，对响应“3060”目标、助力碳达峰、碳中和、节能减排、保障交通枢纽高效运行具有积极意义。文章围绕交通枢纽能耗状况进行分析，基于建筑的能耗监控数据对交通枢纽能耗自适应控制系统进行研究。针对交通枢纽内能耗最高的冷热源空调通风系统和照明系统的自适应控制，分别提出了冷热源空调通风系统自控策略和智能照明系统自控策略。以扬州东部枢纽为例，设计了完善的能耗自适应监测与管理系统，将自控策略嵌入该系统，通过对各类设备的监测与控制，实现交通枢纽安全、舒适、便捷、节能的目标。为交通枢纽的运营管理、用能预测、低耗运营提供了技术支持2。1能耗自适应监测与控制系统设计交通枢纽设备自适应监管系统如图1所示。能耗自适应监测与控制系统包括能耗监测系统与能耗自控系统两大模块。能耗监测系统对交通枢纽内部主要能耗系统（冷热源空调通风系统、给排水系统、电梯系统、公共照明系统、变配电系统等）进行监测与控制。能耗自适应监测与控制系统功能的主要目标：实现交通枢纽各系统的物联网智能化实时控制管理，设备的全自动运行；发挥系统图1交通枢纽设备自适应监管系统收稿日期：2022-10-28作者简介：张永阳，研究方向为交通运输规划与管理。基金项目：国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项项目（项目编号：2019YFE0123800）引用本文：张永阳,张文斌,陈堃,等.交通枢纽能耗自适应监测与控制系统研究J.智能城市,2023,9(2):66-69.智能管理NO.02 202367智能城市 INTELLIGENT CITY的控制优势，分析设备的运行情况优化运行策略、管理，实现主要系统、设备的节能，提高交通枢纽的能源利用率，降低能源消耗、营运成本；坚持以人为本，维持建筑物内部舒适的温度环境。2能耗监测系统交通枢纽内主要耗能系统包括冷热源空调通风系统、给排水系统、电梯系统、公共照明系统、变配电系统等5项。冷热源空调通风系统可以细分为冷热源系统、空调新风系统以及送排风系统。上述系统的监测运行指标，通过Modbus或BACnet IP通讯协议的方式进入系统进行实时更新。冷热源空调通风系统、电梯系统、变配电系统的参数通过接口方式进入系统，其他系统通过直接数字控制器进入系统。各系统监测项目如表1所示。表1中，子系统由信息采集表、数采集器、数据集中器和远程服务中心等部分组成3，数据通过远程传输到监控平台，实现对各项能耗指标的分析并输出相应结果，结果反馈后对交通枢纽的各系统运行状况进行直观展示和实时监控。通过对能耗数据的分析能够发现各系统运行时存在的问题并及时反馈到能耗监测系统中。3能耗自控系统交通枢纽的能源消耗主要来自冷热源空调通风系统和照明系统。冷热源空调通风系统消耗能源最多，能源浪费现象较普遍，文章重点对冷热源空调通风系统和照明系统的能耗自适应控制展开研究。3.1冷热源空调通风系统（1）冷热源系统。冷热源系统控制流程如图2所示。系统启动顺序及冷水机组启动顺序控制，当中央操作站发来启动指令时，系统先启动冷却泵、冷却塔、冷冻泵，确定水流状态后再进行冷水机组启动顺序控制。若第一台冷水机组启动失败，将自动启动第二台机组，依此类推；系统软起动运行，当系统初始运行时，若冷冻水供水温度与设定值相差较大时，主机先以较低的负荷运行，当冷冻水供水温度变化速率较大时，主机才转入正常运行模式，避免系统在初始运行时投入过多不必要的负荷，使系统平稳运行；台数控制，冷水机房控制程序随时比较系统供/回水温度，自动计算大楼实际冷负荷，根据实际冷负荷大小，自动控制机组投入台数；机组逻辑循环控制，控制程序自动统计各台主机的累计运行时间，自动定期运行各主机，平均各冷水机组的疲劳寿命；冷冻系统的连锁控制，机组的投入或退出运行的过程是按预先编制的控制程序进行的。当机组需要投入时，控制程序首先打开该机组对应的冷冻水蝶阀、冷却水蝶阀、冷却塔进出水蝶阀。在得到各蝶阀打开状态信号后，延时30 s启动相应的冷却水泵，延时30 s启动相应的冷冻水泵，在得到相应的水流状态信号后，延时5 min启动冷冻机组；冷却塔控制，冷却塔的投入使用是由冷冻机启动时，由控制程序打开相应的冷却塔进出水蝶阀确定的。投入运行的冷却塔风机是由冷却水总回水管的温度传感器决定。当温度在一定范围内时依次表1各系统监测项目系统冷热源系统空调新风系统送排风系统给排水系统电梯系统公共照明系统变配电系统主要监测项目蒸发器出口温度、蒸发器进口温度、冷凝器出口温度、冷凝器进口温度、压缩机排气压力、机组冷量、机组功率、机组耗电量风机状态、风机手自动状态、风机启停、过滤网压差、风机压差、送回风温湿度、二氧化碳浓度风机状态、风机手自动状态、风机启停控制、车库一氧化碳浓度生活水泵运行状态、生活水泵故障状态、集水井超高液位、污水泵运行状态、污水泵故障状态电梯运行状态、电梯上下行状态公共照明手自动状态、公共照明运行状态、室内人数高压进线三相电流、高压进线三相电压、高压进线功率、高压进线有功功率、低压柜三相电流、低压柜三相电压、低压柜功率、低压柜功率、低压柜有功功率图2冷热源系统控制流程智能管理NO.02 202368智能城市 INTELLIGENT CITY投入风机运行。（2）空调新风系统。空调新风系统通过对室外温度的监测，实现对新风量的优化控制与相关系统的联动，将室外温度作为自适应控制系统的输入参数，通过DDC和自动调节模块将不同楼层、不同区域的空调设备分类后统一监控和管理，并在中央控制屏幕上显示各设备的工作运行状态，同时记录设备故障情况，温度串级控制流程如图3所示。3.2智能照明系统智能照明系统由视频监控模块和照明控制箱模块组成4。交通枢纽大厅以及廊道内的照明系统均由计算机控制，必要时开启，以降低照明系统的整体能耗。智能照明系统自适应控制流程如图4所示，PWM智能调光控制策略如图5所示。4实例分析扬州东部枢纽的能耗自适应监测与控制系统，是提供能源能效“监”“控”“管”服务的一体化系统，为水、电、空调等各种设施提供全面的能源管理措施，以达到智慧、高效、安全可靠、节能减排的目的。4.1能耗监测系统扬州东部枢纽能耗监测系统通过建筑能耗监测可视化平台，实时监控枢纽内各大型设备，保障设备安全，避免超负荷运行。枢纽基本信息及内部各系统实时运行情况监测如图6所示，能耗监测系统的可视化平台对空调、室内外照明、气候等信息进行实时监控，对扬州东部枢纽内的能耗统计能够进行实时跟踪，可有效帮助运营管理部门获取站内信息。4.2能耗自控系统扬州东部枢纽能耗自控系统对冷热源空调通风系统、给排水系统、供配电系统、电梯系统等系统，采用集中监视的方法实现对各系统运行情况的实时跟进，基于各系统分散控制的理念实现对交通枢纽的精细化管理。通过提高管理水平降低人工成本、优化控制，实现能源节约，提高交通枢纽物业管理的自动化。能耗自控系统构成如图7所示。（1）冷热源空调通风系统。系统采用空调智能一体化控制，结合高性能嵌入式计算机和智能IO技术，对空调系统进行智能调控，温度调控方法包括通风制冷系统的实时控制、不同区域机组的工作数量、工作功率、乘客分布情况，结合站点的到客时间，对空调系统进行智能调控。枢纽内部摄像监控系统，通过运营管理中心内计算平台的大数据分析，实时监测乘客的分布情况，结合乘客到站时间图 3温度串级控制流程图4智能照明系统自适应控制流程图5PWM智能调光控制策略图 7能耗自控系统构成图6枢纽基本信息及内部各系统实时运行情况监测智能管理NO.02 202369智能城市 INTELLIGENT CITY以及室内外环境信息共同组成空调系统智能调控的决策变量。空调智能控制系统架构如图8所示。（2）智能照明系统。本统控制的区域包括公共走廊照明、地下车库照明、屋顶泛光照明等，通过边缘算法优化控制灯具的开启数量，运用基于人员行为识别的照明控制方法调控灯具的开启亮度。充分利用自然光，自动调节室内照度，根据不同场合、不同人流量，细分时间段和工作模式，调节光照亮度，实现对不同区域、不同使用功能的照明，营造有层次、有变化的灯光环境，节约能源和人力资源，提升控制的灵活性和可靠性5-7。4.3系统评价能耗自适应监测与控制系统的投入使用，与传统的控制系统相比，能够有效提高运行管理效率，保障乘客出行需求，节约用电量10%15%，有效降低了能耗。扬州东部枢纽运营管理中心能耗数据计算平台如图9所示。5结语文章提出的面向绿色交通枢纽的能耗自适应监测与控制系统，能够为乘客提供便捷、舒适、人性化的服务，强化了交通枢纽内设备运行管理的智能化控制与管理，降低了建筑内设备的待机消耗和不必要能耗。以扬州东部枢纽为例，通过芯片技术、通信技术和大数据分析等手段实现对建筑内设备的智能管控，对交通枢纽冷热源空调通风系统、智能照明系统进行理论分析，采取多种实时控制策略，降低建筑能耗。鉴于我国交通枢纽类型众多，部分问题有待进一步的研究。文章仅分析了立体换乘综合枢纽的特征，还可针对不同地区，不同类型枢纽展开深入研究；文章主要针对交通枢纽内能耗最高的冷热源空调通风系统、照明系统进行自适应控制，后续研究可以将其他系统进行统一考虑，实现交通枢纽整体能耗最佳控制策略。参考文献1 International Energy Agency.2019 Global status report for buildings and constructionM.Global Alliance for Buildings and Construction,2019.2 田颖.某办公建筑能耗预测模型与监管系统研究D.西安:西安建筑科技大学,2020.3 王首彬,吴放,郭卫星,等.基于无线传感器网络的建筑楼宇能耗设计J.无线互联科技,2020,17(12):6-8.4 苏宁.大型医院建筑设备监控系统的设计D.南宁:广西大学,2013.5 郭扬,茹海涵,王逸凡,等.边缘计算模式下的智能照明系统J.电子世界,2021(15):110-113.6 丁青辉.基于乘客行为识别的地铁站健康照明控制研究D.西安:西安建筑科技大学,2021.7 孟佳杰.地铁站通风空调系统能耗分析与节能预测研究D.张家口:河北建筑工程学院,2020.图9扬州东部枢纽运营管理中心能耗数据计算平台图8空调智能控制系统架构