一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法与流程

1.本发明涉及一种用于轨道交通空调技术领域的定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法。


背景技术：

2.目前轨道交通列车空调系统控制方法大多以车内温度为控制对象，没有考虑乘员集聚、车内流场分布等因素的影响，造成即使车内空气温度能满足乘客的要求，也不一定能达到人体舒适性要求。此外，同时一辆列车有多个车厢，每个车厢的情况不一样，现有的列车无法针对每个车厢的情况进行调节，缺乏对于乘客状态、环境变化状态的独立感知和调节。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，可以根据列车各个车厢内的情况进行温度调节，保证各个车厢的温度适宜,并相对于传统控制模式具有节能的作用。
4.实现上述目的的一种技术方案是：一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法，其制冷模式包括免费制冷模式和名义制冷模式，免费制冷模式为运用包括车外新风在内的自然空气取代压缩机做功进行制冷的方式，名义制冷模式为空调机组在铭牌标定的状态运行制冷的方式；
5.具体包括如下步骤：
6.s1,检测新风及制冷条件，当满足免费制冷条件时，进入免费制冷模式；
7.s2，当检测到新风及制冷条件不满足免费制冷条件时，空调开启；
8.s3，当检测到新风及制冷条件满足名义制冷条件时，进入名义制冷模式；
9.s4，在名义制冷模式时，当触发排气温度过高保护控制条件，对压缩机进行功率控制；
10.s5，在名义制冷模式时，当触发排气压力过高保护控制条件，对压缩机进行功率控制。
11.进一步的，免费制冷条件为：新风温度小于23℃，持续3分钟；回风温度-新风温度为2℃以内；5％《冷却需要≤40％；
12.在免费制冷模式，空调冷却需要如下进行计算：
13.r_vehicle:＝trw+r_diff1*k1+r_intsum+(trw-tout)*k2
14.其中，r_vehicle为车内制冷需求，trw为回风温度，r_diff1＝trw-tout，k1为回风比例系数，r_intsum为车内平均温度，k2为送回风温差比例系数，tout：车外温度，即新风温度；
15.名义制冷条件为：冷却需求≤5％或新风温度大于26℃，持续3分钟或冷却需求大于55％，持续1分钟。
16.进一步的，名义制冷模式的控制逻辑为：
17.送回风温差＝设定送回风温度-实际送回风温度，送回风温差处于[-0.5，0.5]区间，则视作为0；送回温差大于0.5c，则定义误差＝送回风温差-0.5c；送回风温差小于-0.5c，则定义误差＝送回风温差+0.5c。
[0018]
当前采样时刻的送回风温差为err(k)，前一时刻采样的送回风温差为err(k-1)；pid计算当前采样时刻压缩机转速的增加量或减少量δcompspd为：
[0019]
δcompspd＝kp(err(k)-err(k-1))+kp/ti err(k)
[0020]
pi控制器的参数为：kp＝-300,ti＝5，kp、ti为比例调节参数，无量纲。
[0021]
进一步的，触发排气温度过高保护的条件是：实际排气温度》排气温度限制值；
[0022]
排气温度过高保护期间的动作是：根据实际排气温度与排气设定温度的差值进行pi计算，当前采样时刻的压缩机转速增量为
[0023]
δcompspd＝kp(err(k)-err(k-1))+kp/ti err(k)，kp＝60、ti＝30,kp、ti为比例调节参数，无量纲；
[0024]
排气温度过高保护的离开条件是：排气温度小于退出值，或者排气温度小于设定值和限制值的均值并且送风温度满足要求即可退出保护，满足要求是指制冷时回风温低于[设定温度-死区]，制热时送风温度高于[设定温度+死区]，死区＝1℃。
[0025]
进一步的，触发排气温度过高保护的条件是：实际排气压力》排气压力限制值；
[0026]
排气温度过高保护期间的动作是：根据实际排气压力与排气压力设定值的差值进行pi计算，当前采样时刻的压缩机转速增量为
[0027]
δcompspd＝kp(err(k)-err(k-1))+kp/ti err(k)，kp＝90、ti＝5,kp、ti为比例调节参数，无量纲；
[0028]
排气压力过高保护的离开条件是：
[0029]
排气压力小于退出值，或者排气压力小于设定值和限制值的均值并且送风温度满足要求即可退出保护，满足要求是指制冷时回风温低于[设定温度-死区]，制热时送风温度高于[设定温度+死区]，死区＝1℃。
[0030]
进一步的，制冷时，满足sft_msm《sft_stp-sft_band，tempcond＝1；
[0031]
制热时，满足sft_msm》sft_stp+sft_band，tempcond＝1；
[0032]
其中，sft_msm为实际送风温度值，sft_stp为设定送风温度，sft_band为送风温度设定偏差范围值，tempcond为送风温度目标值；
[0033]
排气压力过高时，保护关机：排气压力超出dphigh的最大值，60s延时内排气压力回不到最大值以下，则直接关机；dphigh为排气压力过高阈值。
[0034]
本发明具有如下优点：
[0035]
1、自动化控制，操作人员安置方便
[0036]
2、不同车采用统一控制方法，自动识别不同车内热负荷，进行精准控制。
[0037]
3、节能效果明显。
[0038]
4.针对不同地域定制化控制方法，具有相同的节能效果。
具体实施方式
[0039]
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：
[0040]
本发明的一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法，其制冷模式包括免费制冷模式和名义制冷模式，免费制冷模式为运用包括车外新风在内的自然空气取代压缩机做功进行制冷的方式，名义制冷模式为空调机组在铭牌标定的状态运行制冷的方式。
[0041]
具体包括如下步骤：
[0042]
s1,检测新风及制冷条件，当满足免费制冷条件时，进入免费制冷模式；免费制冷条件为：新风温度小于23℃，持续3分钟；回风温度-新风温度为2℃以内；5％《冷却需要≤40％。当上述条件全部满足时，启动免费冷却模式，执行一下操作。
[0043]
1.打开电源风扇。
[0044]
2.压缩机、冷凝风机、液路电磁阀关闭。
[0045]
3.新风门完全打开回风门完全打开。
[0046]
在免费制冷模式，空调冷却需要如下进行计算：
[0047]
r_vehicle:＝trw+r_diff1*k1+r_intsum+(trw-tout)*k2
[0048]
其中，r_vehicle为车内制冷需求，trw为回风温度，r_diff1＝trw-tout，k1为回风比例系数，r_intsum为车内平均温度，k2为送回风温差比例系数，tout：车外温度，即新风温度。
[0049]
s2，当检测到新风及制冷条件不满足免费制冷条件时，空调开启。
[0050]
s3，当检测到新风及制冷条件满足名义制冷条件时，进入名义制冷模式。名义制冷条件为：冷却需求≤5％或新风温度大于26℃，持续3分钟或冷却需求大于55％，持续1分钟。当满足此条件时，退出免费制冷模式，进入名义制冷模式，空调机组在铭牌标定的状态运行制冷。
[0051]
其控制逻辑如下：
[0052]
送回风温差＝设定送回风温度-实际送回风温度(err＝sft_stp-sft_msm)
[0053]
送回风温差处于[-0.5，0.5]区间，则视作为0；送回温差大于0.5c，则定义误差＝送回风温差-0.5c；送回风温差小于-0.5c，则定义误差＝送回风温差+0.5c。
[0054]
pid计算：
[0055]
当前采样时刻的送回风温差为err(k)，前一时刻采样的送回风温差为err(k-1)；pid计算当前采样时刻压缩机转速的增加量或减少量δcompspd为：
[0056]
δcompspd＝kp(err(k)-err(k-1))+kp/ti err(k)
[0057]
pi控制器的参数为：kp＝-300,ti＝5，kp、ti为比例调节参数，无量纲。
[0058]
s4，在名义制冷模式时，当触发排气温度过高保护控制条件，对压缩机进行功率控制。触发排气温度过高保护的条件是：实际排气温度》排气温度限制值。排气温度过高保护期间的动作是：根据实际排气温度与排气设定温度的差值进行pi计算，当前采样时刻的压缩机转速增量为
[0059]
δcompspd＝kp(err(k)-err(k-1))+kp/ti err(k)，kp＝60、ti＝30,kp、ti为比例调节参数，无量纲；
[0060]
排气温度过高保护的离开条件是：排气温度小于退出值，或者排气温度小于设定值和限制值的均值并且送风温度满足要求即可退出保护，满足要求是指制冷时回风温低于[设定温度-死区]，制热时送风温度高于[设定温度+死区]，死区＝1℃。
[0061]
s5，在名义制冷模式时，当触发排气压力过高保护控制条件，对压缩机进行功率控
制。
[0062]
触发排气温度过高保护的条件是：实际排气压力》排气压力限制值。排气温度过高保护期间的动作是：根据实际排气压力与排气压力设定值的差值进行pi计算，当前采样时刻的压缩机转速增量为
[0063]
δcompspd＝kp(err(k)-err(k-1))+kp/ti err(k)，kp＝90、ti＝5,kp、ti为比例调节参数，无量纲；
[0064]
排气压力过高保护的离开条件是：排气压力小于退出值，或者排气压力小于设定值和限制值的均值并且送风温度满足要求即可退出保护，满足要求是指制冷时回风温低于[设定温度-死区]，制热时送风温度高于[设定温度+死区]，死区＝1℃。
[0065]
制冷时，满足sft_msm《sft_stp-sft_band，tempcond＝1；
[0066]
制热时，满足sft_msm》sft_stp+sft_band，tempcond＝1；
[0067]
其中，sft_msm为实际送风温度值，sft_stp为设定送风温度，sft_band为送风温度设定偏差范围值，tempcond为送风温度目标值；
[0068]
排气压力过高时，保护关机：排气压力超出dphigh的最大值，60s延时内排气压力回不到最大值以下，则直接关机；dphigh为排气压力过高阈值。
[0069]
以国内某城市轨道空调进行空调控制试验，实验数据表明，当新风温度为21-32℃时，变频的功耗小于定频。当环境温度小于21℃，大于32℃时，变频的功耗大于定频。
[0070]
根据暖通空调定频和变频年度能耗数据进行能源比较分析，国内某城市轨道空调在隧道内运行，降温模式(5-10月)新风温度保持在22-26℃。与定频相比，变频空调控制单车每年能耗节省为5.8％-12.9％。
[0071]
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

技术特征：
1.一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法，其特征在于，制冷模式包括免费制冷模式和名义制冷模式，免费制冷模式为运用包括车外新风在内的自然空气取代压缩机做功进行制冷的方式，名义制冷模式为空调机组在铭牌标定的状态运行制冷的方式；具体包括如下步骤：s1,检测新风及制冷条件，当满足免费制冷条件时，进入免费制冷模式；s2，当检测到新风及制冷条件不满足免费制冷条件时，空调开启；s3，当检测到新风及制冷条件满足名义制冷条件时，进入名义制冷模式；s4，在名义制冷模式时，当触发排气温度过高保护控制条件，对压缩机进行功率控制；s5，在名义制冷模式时，当触发排气压力过高保护控制条件，对压缩机进行功率控制。2.根据权利要求1所述的一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法，其特征在于，免费制冷条件为：新风温度小于23℃，持续3分钟；回风温度-新风温度为2℃以内；5％<冷却需要≤40％；在免费制冷模式，空调冷却需要如下进行计算：r_vehicle:＝trw+r_diff1*k1+r_intsum+(trw-tout)*k2其中，r_vehicle为车内制冷需求，trw为回风温度，r_diff1＝trw-tout，k1为回风比例系数，r_intsum为车内平均温度，k2为送回风温差比例系数，tout：车外温度，即新风温度；名义制冷条件为：冷却需求≤5％或新风温度大于26℃，持续3分钟或冷却需求大于55％，持续1分钟。3.根据权利要求2所述的一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法，其特征在于，名义制冷模式的控制逻辑为：送回风温差＝设定送回风温度-实际送回风温度，送回风温差处于[-0.5，0.5]区间，则视作为0；送回温差大于0.5c，则定义误差＝送回风温差-0.5c；送回风温差小于-0.5c，则定义误差＝送回风温差+0.5c。当前采样时刻的送回风温差为err(k)，前一时刻采样的送回风温差为err(k-1)；pid计算当前采样时刻压缩机转速的增加量或减少量δcompspd为：δcompspd＝kp(err(k)-err(k-1))+kp/ti err(k)pi控制器的参数为：kp＝-300,ti＝5，kp、ti为比例调节参数，无量纲。4.根据权利要求3所述的一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法，其特征在于：触发排气温度过高保护的条件是：实际排气温度>排气温度限制值；排气温度过高保护期间的动作是：根据实际排气温度与排气设定温度的差值进行pi计算，当前采样时刻的压缩机转速增量为δcompspd＝kp(err(k)-err(k-1))+kp/ti err(k)，kp＝60、ti＝30,kp、ti为比例调节参数，无量纲；排气温度过高保护的离开条件是：排气温度小于退出值，或者排气温度小于设定值和限制值的均值并且送风温度满足要求即可退出保护，满足要求是指制冷时回风温低于[设定温度-死区]，制热时送风温度高于[设定温度+死区]，死区＝1℃。5.根据权利要求3所述的一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法，其特征在于：触发排气温度过高保护的条件是：实际排气压力>排气压力限制值；排气温度过高保护期间的动作是：根据实际排气压力与排气压力设定值的差值进行pi计算，当前采样时刻的压缩机转速增量为δcompspd＝kp(err(k)-err(k-1))+kp/ti err
(k)，kp＝90、ti＝5,kp、ti为比例调节参数，无量纲；排气压力过高保护的离开条件是：排气压力小于退出值，或者排气压力小于设定值和限制值的均值并且送风温度满足要求即可退出保护，满足要求是指制冷时回风温低于[设定温度-死区]，制热时送风温度高于[设定温度+死区]，死区＝1℃。6.根据权利要求3所述的一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法，其特征在于：制冷时，满足sft_msm<sft_stp-sft_band，tempcond＝1；制热时，满足sft_msm>sft_stp+sft_band，tempcond＝1；其中，sft_msm为实际送风温度值，sft_stp为设定送风温度，sft_band为送风温度设定偏差范围值，tempcond为送风温度目标值；排气压力过高时，保护关机：排气压力超出dphigh的最大值，60s延时内排气压力回不到最大值以下，则直接关机；dphigh为排气压力过高阈值。

技术总结
本发明公开了一种定制化的城市地铁车辆空调节能控制方法，包括免费制冷模式和名义制冷模式；具体步骤为：S1,检测新风及制冷条件进入免费制冷模式；S2，新风及制冷条件不满足时，空调开启；S3，当检测到新风及制冷条件满足名义制冷条件时，进入名义制冷模式；S4，在名义制冷模式时，当触发排气温度过高保护控制条件，对压缩机进行功率控制；S5，在名义制冷模式时，当触发排气压力过高保护控制条件，对压缩机进行功率控制。本发明可以根据列车各个车厢内的情况进行温度调节，保证各个车厢的温度适宜,并相对于传统控制模式具有节能的作用。并相对于传统控制模式具有节能的作用。


技术研发人员：卢旭高 蒋欣 李飞
受保护的技术使用者：法中轨道交通运输设备（上海）有限公司
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/5/4