环控系统论文（共8篇）
环控系统论文 篇1
自世界第一条地铁 (伦敦地铁) 1870年开通以来, 以其高效, 快捷, 安全的特点迅速城市轨道交通系统在世界各大城市得到广泛的应用, 并成为城市大运量公共交通系统的首先。目前对城市轨道交通的要求, 不仅要高效, 快捷, 安全, 还提出了舒适的要求。合理控制系统运行是降低地铁交通系统能耗的关键, 也是直接制约地铁交通系统运营经济效益的重要因素。
1 空调能耗的构成
环控空调的节能首先应再满足使用要求的前提下设计最小的环控空调负荷, 确定合适的环控空调工程规模, 从而降低建设投资, 同时, 在规划环控空调工程时, 要考虑整个运行周期, 使运行期使用的设备能源利用率最高, 能量消费量最小。再者, 要尽可能地回收利用系统舍弃的能量, 如环控空调系统的排风能量、冷却水系统中冷却塔的排风能量等。
2 空调系统设计中的节能
2.1 新风部分的节能
控制和正确使用室外新风, 使其适应经济运行条件, 是最有效的节能措施之一。室外新风越大, 系统能耗就越大。我们都知道, 新风的作用是调节室内空气的质量, 使室内环境中的各种污染物浓度保持在卫生标准所容许的浓度值以下。目前考虑室内空气质量的指标是CO2浓度。一般场合CO2容许浓度取[1000ppm]。
为了节能, 可以减少新风量的取值, 而从控制进入室内的新风的质量以及控制室内污染物的产生。另外, 可以根据室内CO2浓度变动来自动控制新风、排风及回风阀门的动作, 据有关资料显示, 自动控制新风阀门比固定新风阀门夏季冷负荷要减少近25%。
2.2 使用能量回收装置, 用新风回收排风能量
图1是一种设置有全热交换装置的布置形式。
该系统在回收排风中的“冷”能时, 要求室内排风的焓值要低于室外空气的焓值, 所以只有在空调系统取用最小新风量时才启用, 而不是全年投入运行的。当在过度季节时, 应切断交换器两侧的通路, 使新风通过旁通直接导入系统。这个时候旁通风道必须具备使送风空气全部采用新风的可能性, 当然这时候室内回风也必须绕道热交换器, 径直排向室外。
2.3 要选用效率高、部分负荷时调节特性好的动力设备
空调系统中的动力设备主要是风机和水泵, 而水泵和风机的运行工作点不仅受其自身特性的影响, 而且也取决于所在管路系统的阻力特性, 所以选型时要研究管路的阻力特性, 选择合适的设备。
由于空调系统中的设备大部分时间在部分负荷下运行, 从节能的角度要把设备的最高效率点选在峰值负荷的70~80%状态。在非峰值负荷时常常采用改变设备流量的方式来调节。
2.3.1 改变管路性能曲线, 使设备满足调节要求
图二中, A点为设备的设计工作点, 此时流量LA和压头PA满足设计工况的要求。当空调负荷减小, 只需要流量LB, 如果系统不予调整, 按原阻力特性曲线, 只需要设备具有压头PB就可以, 故原有的设备工作特性就不能满足实际工况的要求。我国目前多数还是通过靠阀门节流进行调节的 (风机的出口阀门和进口阀门都可以调节, 而水泵只有出口阀门可以调节) 。当阀门关小时, 管路阻力增加, 阻力特性系数由K变为K', 而K大于k, 管路阻力特性曲线也由1变为2。这样, 设备的新的工作点B'就满足了部分负荷的要求。此时管路增加了阻力ΔH=H'B-HB, 这就是由阀门的节流引起的, 但是设备要附加 (P'B-PB) 的压头。
这种调节设备费用低, 维护保养方便, 但是阀门会造成额外能耗。阀门调节引起的功率消耗为:其中η为设备的总效率, ΔH为由阀门调节引起的附加阻力值, [k Pa]。
2.3.2 改变设备的转速, 满足变流量要求
风机和水泵的性能参数是针对某一转速n0而言的, 在L-P图上, 当实际转速n与n0不同时, 各种转速的L-P曲线就是一组平行曲线, 见图三。如果空调系统处于部分负荷状态, 需要从设计流量LA调节到LB, 那么通过改变风机和水泵的转速, 使改变后的转速为nB时的性能参数正好能满足工作点B的要求, 这就达到了调节的目的。
变速调节没有节流损失, 而且存在有着功率减少是流量减少倍数的立方关系, 所以运行调节时节能效果非常明显, 且调节稳定性好, 流量调节幅度大, 但是设备费用也很大。随着节能工作的不断深入, 节能政策的不断加强, 变速调节会成为空调系统节能的主导。
3 空调系统运行的节能
《采暖通风与空气调节设计规范》 (GBJ19-87) 中规定的舒适性空调室内计算参数为:夏季:温度24℃~28℃, 湿度40%~65%;冬季:温度18℃~22℃, 湿度40%~60%。从上述规定来看, 不论夏季还是冬季, 室温都有5℃的选择余地, 那么在满足要求的前提下, 室温设定值在夏季尽量高一些, 在冬季尽量低一些, 有研究显示, 夏季室温从24℃提高到28℃, 冷负荷可以减少36.6%, 节能效果明显。
4 结论
环控空调系统的节能是一项系统工程, 涉及到政策的制定、政策的实施以及实施效果的评估等, 任何一个环节的漏洞都会使这个系统工程产生偏差, 要求从事这个行业的同仁具有社会责任感, 为共同致力于建筑节能这项国计民生的事业尽一份力量。
摘要：文章主要从地铁环控空调能耗的基本构成方面提出了空调系统节能的途径与措施, 指出环控空调系统的节能要重视空调系统设计的节能、空调系统运行的节能。
关键词：节能,空调系统设计,空调系统运行,新风能耗
参考文献
[1]付小平, 杨洪兴, 安大伟.中央空调系统运行管理.北京:清华大学出版社, 2001.
[2]王子介.空调节能及其节能措施中的若干问题.http://www.hvacinf.com, 2002.
[3]何宗华, 汪松滋, 何其光.城市轨道交通车站机电设备运行与维修, 北京:中国建筑工业出版社, 2005.
环控系统论文 篇2
摘 要：结合上海地铁九号线周边环境的特点，通过对风亭、车站公共区、站台等噪声源的分析，提出了消声、吸声、隔声、减振等综合技术措施，并对消声器的安装要求及噪声治理目标进行了说明，以满足地铁周边环境的降噪环保要求。
关键词：环控系统，消声方案，噪声源，消声器
上海市轨道交通申松线(一期工程R462B)共设有6个地下车站，一个地上中间风亭，松江新城站、九亭站、西岔道井、七宝站、中春路站、外环路站、合川路站及各站沿线车站的排热风亭、机械/活塞和新风亭的通风系统噪声计算，按设计院所提供的设计要求，需采取降噪措施，沿线各站的风亭排放噪声，需满足设计要求的噪声标准。
1 周边环境特点
按设计要求，地铁属于4类噪声功能区，经风亭传至地面的噪声按国标GB3096―93城市区域环境噪声标准中交通干线、道路两侧区域标准执行，其等效计权噪声级Leq应分别满足昼间70dB(A)夜间55dB(A)。经过周边环境的踏勘，所执行的噪声标准是合理的。
2 风亭噪声分析
地铁所使用的通风降温设备是保证地铁(地下段)系统正常运行的重要设备之一，地铁通风系统分为车站通风系统(属于大系统)、车站局部通风系统和隧道(区间)通风系统(属于小系统)，车站通风系统一般采用大型轴流风机，车站局部通风系统一般采用离心式或小型轴流风机，隧道通风系统采用大功率的轴流风机，具有通风排烟的功能。这些噪声源包括：隧道风机、排热风机、射流风机、送风机、回排风机/排烟风机、玻璃钢轴流通风机、组合式空调机组、吊(卧)柜式空调器、风机盘管、风幕机(空气幕)、多联室内机、室外机、分体挂壁式、柜式空调器、冷水机组、水泵、列车进站时的噪声、水管的振动声、风管的振动及气体在各管道流通产生的气流噪声等。由于它们各自的使用功能和安装位置的不同，因此，对它们的噪声污染治理必须采取各自相应的措施，以求满足设计标准的要求。大系统风机运行所产生的空气动力性噪声，通过风道和风亭向地面传播，它是地面风亭进风口、出风口处的主要噪声源。这些风机设备本身的噪声辐射很高，据1号和2号线实测，在距风机1倍当量直径处的A计权声级达100dB~110dB。虽然风机与风亭之间有一定距离的风道衰减，同时有风机前、后及风道内也设置消声器;但根据建设要求，在不考虑其他噪声叠加的情况下，必需符合所处地区的区域噪声标准。
3 车站公共区、站台噪声分析
主要是车站通风系统的大型轴流风机，车站局部通风系统的离心式或小型轴流风机，隧道通风系统大功率的轴流风机运行所产生的空气动力性噪声，该区域要满足噪声小于70dB(A)。大型轴流风机的前后或在风道内有消声器，从风道内也有一定的衰减，但有部分可能超标;局部通风系统的小风机一般在管道内均要设置小型管式消声器，此方案中以大系统消声降噪为主，根据已建地铁经验，小系统消声降噪相对容易处理，故不作系统讨论和分析。
4 系统消声工艺主要措施
4。1 消声
在系统内加设消声设备，如片式、壳式消声器、消声静压箱、管式消声器等，同时消声器与管道连接处采取密封措施，以防局部噪声泄漏。当大系统消声器未能达到噪声允许标准时，需在风亭加装消声百叶窗，以求进一步降低噪声。
4。2 吸声
必要时，在与车站管理用房相连的冷水机房、空调机房、泵房等可在室内采用局部吸声处理，如侧墙面贴吸声材料。
在冷却塔的集水底盘可加设消音垫，以降低淋水噪声。
4。3 隔声措施
对于直接与车站管理用房相连的`房间采取性能较好的隔声门，如冷水机房、环控机房用接近墙体消声量的隔声门，以使管理用房噪声值控制在60dB(A);经计算其余房间可用一般隔声量的隔声门，可满足设计要求。必要时，可在冷却塔一定距离处设置吸隔声屏障，并需确保其通风要求，使居民区有较好的降噪效果。
4。4 减振措施
对所有产生振动的设备均采取减振措施，且隔振效率不低于90%，避免产生固体传声，例如，对风机采用弹簧阻尼复合减振器，风机进出风口采用软接。
在风管安装的重要部位采用可调隔振支、吊架，在安装过程中及时进行支吊架的固定和调整，保证其位置正确，受力均匀。
4。5 防止侧向传声
要防止消声降效，比如结构式消声器与风道间密封不严的话，将会造成噪声从间隙处穿过，造成消声效果的下降。
在风机与风机扩压管的外面要包扎阻尼隔声层，原因如下：以一风机前配3m长金属壳体消声器为例，消声器的消声量大于35dB(A)，而在风机侧边的噪声因风机机壳及扩压管的隔声量小为风机的噪声级减小25dB(A)，因此，在机房内的噪声不是经消声器消声后的声压级，消声器不能充分发挥其消声量。所以为了消除“侧壁传声”现象，就必须对机壳和变径管外壁作阻尼隔声包扎。
4。6 弯角消声工艺
在风道内墙加导流声弯，能减小风阻并降低噪声，因此，在全部风道直角拐弯处设导流消声措施。
5 安装要求
5。1 安装注意事项
因地铁消声器体积较大，故采用模块化、模数化到现场用紧固件进行组装;组装时，按从下到上，从外到内，外壳、顶板最后组装;金属壳体式消声器与风机前后渐缩、渐扩管法兰连接，法兰现场钻孔，并加密封条，防止漏声现象;组装过程中注意消声片及外壳，切勿让其受损伤，导致消声器使用寿命缩短或影响消声效果;组装时，消声器与组合式风阀连接，两者间距应大于800mm，且消声片立卧方向应与多叶风阀叶片立卧方向一致，以减少阻力损失;片式消声器设置在砖砌支承台阶上，并预埋泄水管，安装后应做封堵工作，以防噪声从旁路通道泄漏。
5。2 消声器的拼装
1)消声片间的连接：为了保证消声片模块之间在地下工地安装方便，在消声片前缘底板上配钻连接孔，上下消声片经连接件相叠后，然后用抱箍及螺栓连接固定，既牢固又美观。
2)壳体间的连接：对于大型风机通过法兰连接的片式消声器，其壳体通过模块化组合，用M10×25螺栓连成整体，在连接处中间加设4mm厚橡胶条密封，防止漏风、漏声现象。
3)消声片与壳体的连接：将消声片定位于顶底板上，且消声片与消声片之间嵌有顶底消声片，整个安装定位准确，紧凑。
5。3 设备使用与维护
片式消声器采用了模块化结构，每一模块消声片或壳体均通过固定件连接而成，因此，拆卸非常方便。若某一消声片或壳体损坏，只要松开固定卡，即可将其推出维修或调换而无需将消声器整体打开。在地下铁道中，特别是地铁风道中，常需工作人员通过消声器进行维修、保养。为了保证人员进出的方便，将两块相邻消声片设置为活动式，两块活动消声片下设滚轮，并用铰链分别与两侧固定消声片连接，将采用专利技术“折叠门式消声器检修通道”，只要通过固定在消声片端的拉手一推，消声片即可向侧面移动，使其中间通道增大，从而可使工作人员从通道中进出。检修完毕，只要拉动消声片，使其回到初始位置即可。消声器如有灰尘，可直接用高速气流进行喷扫干净。
6 噪声治理目标
空调通风系统设备按设计工况的转速和流量正常运转时的任一时刻(排除非空调系统产生的其他噪声干扰)：1)传至站厅、站台公共区的最大噪声级不大于70dB(A);2)传至设备与管理用房的工作和休息室的最大噪声级不大于60dB(A);3)各空调通风设备机房内的噪声级不大于90dB(A);传至风亭外的最大噪声级，1类地区执行昼间不大于55dB(A)，夜间不大于45dB(A)标准，2类地区执行昼间不大于60dB(A)，夜间不大于50dB(A)标准，4类地区昼间不大于70dB(A)，夜间不大于55dB(A)标准。
参考文献：
[1]GB/T4760―1995，声学消声器测量方法[S]。
[2]GB3096―93，城市区域环境噪声标准[S]。
[3]GB/T3222―94，声学环境噪声测量方法[S]。
[4]GBJ87―85，工业企业噪声控制设计规范[S]。
[5]GBJ122―88，工业企业噪声测量规范[S]。
[6]GB/T14623―93，城市区域环境噪声测量方法[S]。
[7]GB/T14228―93，地下铁道车站站台噪声测量方法[S]。
地铁环控系统节能技术探讨 篇3
1 地铁环控系统组成及能耗分析
1.1 系统组成
地铁环控系统主要用于调节地下空间的温、湿度及空气质量,在正常工况下为车站内乘客及工作人员提供舒适的空气环境。在列车运行期间或因故阻塞在区间隧道时,为地铁区间进行隧道通风换气,保证乘客和乘务人员的正常需求。其次,在火灾情况下迅速排烟,防止烟气蔓延,为人员疏散提供有利条件。
地铁环控系统主要由4个子系统组成:车站公共区(站厅、站台)空调通风系统(简称大系统);车站设备用房、管理用房空调通风系统(简称小系统);为大系统、小系统提供冷源的系统(简称水系统);区间隧道活塞风与机械通风系统,以及车站范围内、屏蔽门外站台下排热和车行道顶部排热系统(简称隧道通风系统)。
1.2 能耗分析
我国各大地铁广泛应用的地铁环控系统是屏蔽门系统,此类环控系统的主要负荷是人员负荷、照明负荷、设备负荷、屏蔽门传热、渗透负荷及新风负荷。设备负荷是指高低压配电系统、信号系统、通信系统、AFC系统、电扶梯系统、广告、导向标识等系统产生的负荷。空调系统湿负荷主要由人员负荷、维护结构湿负荷组成[1]。
以上负荷中,照明、设备及屏蔽门传热负荷相对变化量较小,基本可以视为恒定值;人员、渗透及新风负荷随着客流及季节的变化会有较为明显的增减,可视为变量值。结合环控系统4个子系统各自功能的不同,可以对其加以区分。
大系统由组合式空调箱、回/排风机、排烟风机、小新风机、组合式电动风阀、防火阀、通风空调管道组成。主要功能为:正常情况下,在空调季节为站厅、站台提供冷量和新风;在通风季节为站厅、站台通风换气。在站厅或站台火灾情况下,排除站厅或站台层的烟气,防止烟气蔓延,为人员疏散创造条件。该系统的负荷变化随客流变化较为明显,同时也受新风量的影响,其主要能耗设备为组合式空调箱和各类风机。
小系统由空气处理机、回/排风机、排烟风机、送风机、排风机、通风空调管道、电动风阀、防火阀组成。主要功能为:正常情况下,在空调季节为车站设备及管理用房提供冷量和新风;在通风季节为车站设备及管理用房通风换气。设备及管理用房火灾情况下,配合气体灭火系统完成灭火,排除设备及管理用房的烟气和惰性气体,防止烟气蔓延,排除烟气,为人员疏散创造条件。该系统的负荷变化较小,只与季节性新风量变化有关,其主要能耗设备为空气处理机和各类风机。
水系统由冷水机组、冷冻/冷却水泵、集/分水器、冷却塔、膨胀水箱、水处理装置、管道及阀门组成。主要功能为:在空调季节为大系统、小系统提供冷源。该系统的负荷变化与整个空调系统的负荷变化一致,受客流及新风量的共同影响,其主要能耗设备为冷水机组、水泵及冷却塔。
隧道通风系统由隧道风机(TVF风机)、组合式电动风阀、排热风机(UPE/OTE风机)、风道、组合式风阀组成。主要功能为:正常情况下隧道的通风换气,列车因故阻塞在区间隧道时的通风,列车在区间隧道发生火灾且不能行进时的通风排烟,排除列车顶部空调冷凝器散发、列车底部刹车产热、磨擦产热和车体发热量。该系统的负荷变化只与隧道内温度变化有关,其主要能耗设备为隧道风机、排热风机。
2 地铁环控系统节能措施及技术
2.1 大系统
根据大系统的能耗特点,该系统的负荷变化较为明显,需按照客流及季节变化对其进行有效调节才能达到节能的目的。
主要措施如下:
(1)变频调节。由于地铁通风空调系统的设计是根据预测的远期高峰客流运营条件计算的,在客流量远未达到设计值时,最有效的节能措施就是采用变频器来调节风量[2]。由于风机风量与转速成正比,消耗功率与转速的立方成正比。因此通过变频装置使风量减少10%,消耗功率可减少27%;风量减少40%,消耗功率可减少78%[1]。对于大系统这一受客流影响较大的系统采用变频调节,节能效果显著。
(2)运行模式的变化。有效利用不同季节外界冷负荷的变化,通过新风量的调节来达到节能的目的。夏季时最大限度减小新风负荷,过渡季节合理利用自然冷源。具体可分为小新风工况,即站外空气焓值大于车站空调大系统回风空气焓值时,采用最小新风加回风模式运行。全新风工况,即站外空气焓值小于或等于车站空调大系统回风空气焓值且站外空气温度大于空调送风温度时,公共区空气由组合式空调机组处理过的新风提供,回风全部排至车站外。通风工况,即站外空气温度小于空调送风温度时,停止冷水机组运行,外界空气不经处理直接送至公共区,回风全部排至车站外。
(3)适当提高送风温差。送风温差的提高可极大降低送风量,在保证不出现结露现象的前提下,尽可能提高送风温差,从而减小送风量,进而影响设备的选型,从根本上降低设备系统的能耗上限值。
(4)采用空气-水空调系统替代全空气系统。现阶段大部分地铁环控系统采用全空气系统,该系统占地面积大,且空气的比热远小于水,在长距离运输上能量损失较大,运送同样冷量所消耗的能量也大。因此采用空气-水空调系统可以在能量运输及损耗方面有效降低系统的能耗。
2.2 小系统
根据小系统的能耗特点,该系统的负荷变化较小,只与季节性新风量变化有关,因此需从季节性新风量变化及能量输送等方面考虑节能。
主要措施如下:
(1)与大系统相似的方面:运行模式的变化。有效利用不同季节外界冷负荷的变化,通过新风量的调节实现节能;适当提高送风温差,从而减小送风量进而影响设备的选型,从根本上降低设备系统的能耗上限值。这两点同样适用于小系统。
(2)区别于大系统的方面:因小系统负荷变化较为稳定,因此变频调节方式不适用于小系统。采用空气-水空调系统替代全空气系统,虽然可实现节能目的,但考虑小系统主要管辖区域为设备管理用房,较多电器类设备,应尽可能避免过多水管的使用,因此不考虑此方法用于小系统。
但结合辖区实际,可考虑采用全空气系统与变频多联空调系统搭配使用的方法。即在白天大系统运转时,小系统采用全空气系统,两者共用冷水机组进行供冷,夜间大系统停止运转时,采用变频多联空调系统为设备管理用房供冷,停止冷水机组运行。既可以避免过多水管进入设备管理用房,又可以用较低能耗的变频多联空调代替冷水机组供冷,同时可作为小系统备用冷源,进而达到节能效果。
2.3 水系统
根据水系统的能耗特点,该系统的负荷变化与整个空调系统的负荷变化一致,受客流及新风量的共同影响,因此影响整个系统的调节方式均可影响其节能。
主要措施如下:
(1)运行模式的变化。有效利用不同季节外界冷负荷的变化,可在部分季节降低或停用水系统,从而实现节能;
(2)在环控系统中,冷冻水泵和冷却水泵的容量同样是按照车站最大设计负荷选定的,且留有余量。在实际使用中,环控系统大多处于低负荷运行状态,因此,采用变频器来调节水流量同样是减少能耗的有效途径。
(3)采用蒸发式冷凝空调系统取代水冷冷凝方式,只需较小的风量及冷却水量就可以实现冷媒的降温冷凝。既可减少冷却塔建设的种种问题,也可以省去冷却塔及大功率冷却水泵的能耗,进而实现节能的目的[3]。
2.4 隧道通风系统
根据隧道通风系统的能耗特点,该系统的负荷变化只与隧道内温度变化有关,因此其有效节能措施较少,需从设计及运行模式入手。
主要措施如下:
(1)在设计之初,应积极协调建筑专业,优化风道、风井或机房位置,尽可能保证风路通畅,协调减少土建直角弯,最大限度减少结构带来的设备能耗加大的情况[1]。
(2)隧道通风系统采用的设备均为较大功率的设备,主要担负功能为正常情况下隧道的通风换气及列车顶部空调冷凝器散发、列车底部刹车产热、磨擦产热和车体发热量的排除,因此可通过运行模式的控制,尽可能减少隧道通风系统设备的开启时间,合理安排通风换气的次数,在运营初期,区间隧道内温度较低时,可适当限制隧道风机的开启,从而减少能源的浪费。
3 结束语
在结合工作实践的基础上,对地铁环控系统节能问题进行分析和探讨。通过分析,结合不同子系统的特点,地铁环控系统采用变频调节,运行模式调节,适当提高送风温差,适当启用空气-水空调系统、蒸发式冷凝空调系统,优化设计等措施,都能起到较好的节能效果。然而,有效降低地铁环控系统能耗是一项艰难持久的工作,需要从设计到施工再到运营各阶段的共同努力。随着新型节能技术的不断创新及优化方案的不断开发,地铁环控节能技术具有更为广阔的发展前景。
参考文献
[1]闻彪,吴庆,洪学新.地铁通风空调系统节能研究[J].暖通与设备,2010,38(4):32-34.
[2]蔡昌俊,钟素银.轨道交通节能减排分析与实施[J].铁路技术创新,2011(5):5-10.
关于地铁环控系统节能的探讨 篇4
一、地铁环境特点
地铁是一类特殊的建筑, 是由多个车站通过隧道连接成的一个整体。地铁主体建筑 (车站和行车隧道) 一般位于地下数米至数十米深处, 其上覆盖土层, 是一个相对封闭的场所。内部空间 (包括隧道和站台, 站厅等) 较大, 但与外界连通的开口相对较少, 只有少量的通风井和车站的出入口与外界直接连通, 其他部分基本上与大气隔绝。由于功能上的要求, 地铁一般是全年运行的, 在车站和隧道内有大量的人流和车流, 而且流量在不断地变化。地铁运营和乘客进出站口挥发出大量的热量, 使空气湿度增大, 同时还产生一些有害气体, 如不及时排除就会降低地铁的运营环境。同时, 当列车因非火灾事故阻塞在区间隧道内时, 因不能产生“活塞效应”而无法提供新鲜空气而导致停留在车厢内的乘客和向安全地疏散的乘客感到不舒适。随着人们生活水平的提高, 地铁必须给乘客提供一个舒适度高的环境。因此, 建立一套完整的环控系统不仅是乘客舒适乘车的要求也是确保地铁安全运营的要求。
二、地铁环控系统组成及作用
地铁环控系统主要由以下几部分组成:隧道通风系统;车站空调通风系统 (大系统) ;车站管理用房和设备用房空调通风系统 (小系统) ;空调制冷循环水系统;隧洞口空气幕系统;折返线通风系统等。环控系统的作用是控制和调节地铁内的热环境, 保证地铁内的IAQ (室内空气品质) 在一个合理舒适的范围之内, 满足乘客和工作人员的舒适性、健康和安全需求, 满足设备的工作要求。此外, 它应当在事故及灾害情况下进行通风、排烟和排热, 起到生命保障及辅助灭火作用。
三、环控系统节能途径
作为地铁运输系统的一个重要子系统, 在保证地铁环境的同时, 地铁环控系统的代价也是高昂的。由于地铁内部的巨大空间和负荷, 环控系统的风机、制冷机、空调机的装机容量都相当大, 由此引起大量设备投资和运行能耗费用。尤其是运行能耗, 而其中环控系统能耗在总能耗中占相当大的比例, 已经严重影响到地铁运营的经济性。因此环控系统的节能具有重要的意义。
(一) 通风系统的优化
目前地铁环控系统基本采用全空气系统, 由于地铁的负荷特点, 风机的运行时间要长于制冷机, 而且风机的功率远大于一般建筑的空调系统的风机, 因此风机能耗比例通常大于一般建筑的空调系统的风机能耗比例。地铁环控系统运行能耗中, 风机能耗所占比例最大。冷机能耗虽然也不小, 但由于地铁负荷的特点, 发热量不可能有大的减少, 根据现有技术水平, 螺杆式冷水机组已具有良好的部分负荷特性, 冷量调节范围为20-100%, 所以冷机节能的余地不大。因此, 车站节能的重点应放在风系统的节能优化上。
1、隧道通风系统。
站台下/轨道顶排热通风系统中UPE/OTE风机正常情况每日从地铁运营开始至运营结束期间一直运作, 是长期运作风机。其作用是排除列车进站、停站、出站时的产热量, 以减少列车发热量对车站及区间的影响, 同时还兼容排烟功能。考虑到近远期列车对数不同、列车发热量不同、风机的排风量不同, UPE/OTE风机宜采用变频风机来调节风量, 既能满足功能要求又可以达到良好的效果, 同时对风机的控制简单可靠容易实现。
2、车站通风系统。
车站公共区空调通风系统由组合式空调箱、回/排风机、空调新风机组成, 以往一般都是采用定风量运行, 靠调节设备的运行台数来适应车站负荷的变化。由于早晚两个客流负荷高峰的存在, 使送风量出现两个峰值而其他时候的风量较小。采用定风量系统时, 必须满足两个峰值风量, 这样在非峰值负荷时, 其风量显然浪费了。如果按照平均风量计算风机能耗, 则风机能耗仅为按峰值风量计算时的70%左右。可见采用定风量运行的能耗浪费是相当严重的, 采用变风量系统是必要的。
实现风机变风量最有效最节能的方法是对风机变频调速。变频调节具有无级调节、调节范围大、调节灵活等优点, 可以实现对风量的准确控制, 并保持风机的效率不因风量的减小而减小, 从而达到明显的节能效果。
(二) 通风、空调运行模式的优化
通风系统采用“只送不排”模式, 利用车站出入口作为排风道, 可以节省大系统回排风机的能耗。采用“只排不送”模式, 车站出入口成为进风道, 节省空调箱送风机的能耗。
事实上, 由于回排风道上没有过滤器和表冷器等局阻, 回排风道的阻抗小于送风道的阻抗, 因此相同条件下“只排不送”的能耗要小于“只送不排”的能耗。但是“只排不送”受新风温度限制, 当室外温度过低时, 采用“只排不送”由出入口进风, 迎面吹来冷风将令出站的乘客明显觉得不舒适;此时如果采用“只送不排”, 出入口排风, 且排风温度高于外温, 迎面吹来的暖风将使正进站的乘客觉得更舒适。需要注意的是, 采用单排或单送模式时, 出入口送/排风可能和无组织进/出风相叠加, 需考虑出入口风速过大的问题。
文献指出送风温度与系统能耗的关系:存在着一个令总能耗最小的送风温度的极小值, 送风温度小于极小值以后, 系统能耗上升非常缓慢。根据这一理论, 送风温度尽可能的定得比较低以减少风机能耗, 在工程计算一般情况下, 给出几个送风温度作为设定值, 当实际送风温度高于该值时, 降低冷冻水供水温度, 反之则提高。
(三) 集中制冷
这是近期经常提出的研讨课题。目前国内地铁多为各站分设冷水机房。集中冷冻方式集中设置冷却塔和制冷设备, 减少制冷机房数量和占地面积, 解决冷却塔分站设置的难点, 减轻对城市景观造成的负面影响, 具有较强的技术优势。同时, 它在初投资、运行费用及寿命周期总费用等方面都低于集中冷却方式, 具有相对于集中冷却方式的经济性优势。因此, 应该在受到条件限制不便设置冷却塔的地铁车站中大力推广这一集中供冷方式。建集中制冷站有两种方案:一是横向即一条线多个车站的制冷站合建。冷水通过管网 (敷设在地下或地铁隧道内) 送至各车站。此方案需要根据不同线路和车站的方案具体从技术、经济、安全、节能、城市规划等方面进行利弊分析比较确定。二是纵向即换乘站集中合建。目前国内大城市均在大力兴建地铁, 大型换乘站越来越多, 且多条线纵向交叉。换乘站一般分为既有制冷站和新建制冷站。传统的设计理念是不同线路分别建制冷站, 这样造成机房多、冷却塔多。如果拆除既有制冷站并与新建线路制冷站合建, 只要实施社会化管理, 对不同部门进行用冷计量, 集中制冷站的方案完全可行, 并具有明显的优势:供冷半径小, 节约机房面积, 减少站外冷却塔与膨胀水箱数量, 从而减少噪声污染, 美化城市景观, 精简运行管理人员以节省人员开支, 提高制冷机COP值, 节约能源及运行费用。
(四) 屏蔽门模式
环控系统的运行模式分为开式运行模式、闭式运行模式、屏蔽门模式3种形式。设置站台屏蔽门, 就是通过在地铁车站的站台候车区与行车轨道之间设置屏蔽门装置, 将地铁车站与区间隧道从空间上分隔开来, 将车站和区间分隔成两个不同的空气环境区域。站台屏蔽门可以减少列车活塞风对车站站台环境的影响, 列车运行产生的热量大部分通过设置在车站端部的活塞风道及车站行车道顶部和站台下排热风道直接排放到地面, 因而可以阻止大部分的列车散热量进入车站。据以往的工程经验值比较, 屏蔽门模式车站空调系统的冷负荷仅为闭式运行系统的22-28%, 从而减少车站通风与空调系统的冷负荷及用电负荷, 节省通风空调系统的运行费用。
地铁屏蔽门系统是现代化地铁工程的必备设施。地铁安装屏蔽门系统, 不仅可以防止乘客跌落或跳下轨道而发生危险, 让乘客安全、舒适地乘坐地铁, 而且屏蔽门系统作为一种高科技产品所具有的节能、环保和安全功能, 减少了站台区与轨行区之间冷热气流的交换, 降低了环控系统的运营能耗, 从而节约了营运成本, 因此在夏季空调季节较长的地区普遍被采用。
四、结束语
环控系统是地铁工程中的一个重要组成部分, 它对地铁环境产生巨大的影响, 其重要性引起了国内外许多者和设计者的关注。有效的节能手段使得环控能耗显著下降, 节约了大量能源, 从而减少了地铁对于自然环境的影响, 对于建设绿色地铁有重要的意义, 也符合当前建设节能型社会、和谐社会的趋势, 具有良好的社会效益。
参考文献
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[5]、刘承东.地铁集中供冷冷水机组选型初探[J].暖通空调, 2001 (5) .
飞机环控系统在线检测设备设计 篇5
飞机环控系统的可靠、稳定对于保障飞行安全有着重要作用。根据环控系统的工作原理及外场一线保障的特点, 设计了对飞机环控系统的检测设备。 该型检测设备能够实现对环控系统的在线检测。相比较于传统的二线检测设备具有快速、携带使用方便等特点。适合外场一线的机务保障工作。
1飞机环控系统工作原理
某型飞机环控系统由座舱温度控制机构、管路温度调节机构及涡轮限速机构等几个部分组成。以座舱温度控制机构为例, 其工作原理如下。
座舱温度控制主要由断路器。调温接通转换开关、座舱温度控制盒、敏感器电阻、电动活门等几部分组成。具有座舱温度设定、调节;高温极限温度保护;低温极限温度保护等三个基本功能。
座舱敏感器作为电桥的一臂, 通过座舱温度控制盒接到由电阻R10、R11、R12/R13 (可调) 组成的电桥中。该敏感器具有正温度系统, 用来感受座舱空气的温度。当座舱温度与选定的温度一致时, 电桥平衡无信号输出, 电动活门不工作。当座舱温度高于选定温度, 电桥失去平衡, 输出正电压信号, 电动活门向制冷方向运动, 直到达到选定的温度, 如***-10冷路全部打开, 仍然达不到选定的温度, 电路***-10将接通次热路旁路调温电动活门, 使其逐步关闭, 直到座舱温度降低到设定温度;座舱温度低于选定温度时的电动活门工作情况则相反。
管路温度调节机构、涡轮限速机构的工作原理与座舱温度控制机构类似。
2检测设备硬件组成
根据外场一线训练保障任务的需要, 检测设备采用便携式的设计。主要功能包括环境热度热敏电阻阻值模拟;电动活门开关及电机电流检测;电动活门全开、全闭时间检测;超温计时、计数等。
其中主控设备采用stm32微控制器外接标准化的TFT液晶显示模块、SD卡储存模块、LD0电源模块等。热敏电阻采用固定阻值电阻串联数字电位器的形式, 对于电机电流的测量采用固定阻值电阻串联数字电位器的形式, 对于电机电流的检测采用Agilent公司的HCNR200/201线性光耦隔耦合检测电流的大小并减少飞机28 V与检测设备电源之间的干扰[1]。具体硬件组成如图1所示。
电动活门工作电压为直流28 V, 工作电流为500 m A左右。若工作电流过大, 则可能为电机积碳或卡滞。对电流的检测采用在电路中串联电阻和线性光耦器件HCNR200实现对电机电流的采集, 具体光耦电路如图2所示。
HCNR200是美国惠普公司推出的高精度线性光耦, 由三个光电元件组成, 包括发光二极管LED、 PD1、PD2是两个用同种工艺制成从而具有严格比例关系的光敏二极管。当LED中流过电流If时, 其所发出的光会在PD1和PD2中感应出正比于LED发光强度的光电流IPD1、IPD2, 即If与IPD1、IPD2之间为线性关系。
在检测电流电路中流经R1的电流为Vin/R1= IPD1·IPD1与Vin之间是线性比例关系。IPD1稳定线性变化, If也稳定线性变化。因为PD2受到LED光照, IPD2也跟着稳定线性变化。放大器A2和电阻R2将IPD2转化成电压V out=IPD2·R2对电流进行A/D转换后可以计算出电机的电流。
3检测设备软件系统
系统采用了嵌入式 μC/OS-II实时操作系统。 软件系统包括:人机交互单元、电阻值设定与数据采集单元、数据处理单元等部分, 软件系统的工作流程如图3所示。
其中人机交互界面完成系统初始化, 选择检测设备的工作方式等。电阻值设定与数据采集单元根据选定的工作方式设定敏感电阻, 检测电机电流, 电动活门的状态及超温灯的状态。数据处理单元完成对电动活门全开、全闭时间的计算, 记录并存储超温灯亮的时间, 次数。对于超温灯告警信号配置成任意电平变化触发, 数据处理函数中完成对超温状态的判断与记录。高温极限温度保护、低温极限温度保护、管路温控、涡轮限速活门的开关时间规程要求为不大于40 s, 实际检测平均为17 s左右。次热路旁路调温电动活门与冷路电动活门全开全闭时间约为25 s。
4结语
本系统以STM32F103ZET6为微处理器, 以u C/OS-II实时操作系统为系统平台, 实现了某型飞机环控系统在线检测。检测设备便携、灵活、功能齐全、性能较高。
参考文献
飞机环控系统引气除尘器仿真研究 篇6
1 引气除尘器的数值计算分析
1.1 几何模型和网格划分
为了满足飞行器引气的流量和系统管路的要求, 根据无滤网旋流过滤器的除尘机机理, 对其进行了初步设计, 确定其主筒体直径为132 mm, 入口直径取106 mm, 气流出口直径取58 mm, 筒长取330 mm;导流叶片形式为分瓣式叶片, 数量为6个, 单个叶片轴向投影形成的角度, 即叶片回转角取65°, 叶片通道长取60 mm, 如图1所示。
除尘器内部的流动形式比较复杂, 在数值模拟计算时, 先要进行网格划分。由于其结构比较复杂, 流动状态也很复杂, 所以, 在进口前部加入一段进口段, 出口处加入一段出口段, 采用分区块结构化网格, 总网格数为2 597 474, 如图1所示。
1.2 边界条件设置
质量流量进口、出口选用压力出口, 流体介质采用理想气体, 进口质量流量为3 600 kg/h, 进口压力为450 000 Pa, 温度为200℃。颗粒相是由多重密度的颗粒混合而成的, 本文选定的颗粒密度为2 500 kg/m3, 进口粉尘的颗粒浓度为4 kg/m3, 颗粒直径取50μm。
1.3 湍流模型选择
与切向式旋流器相同, 飞机环境控制系统引气除尘器的流动也属于强旋流, 具有各项异性的特征。Yang和Grady分别使用Realizable k-ε模型和RSM模型计算了旋流器的相关内容, 并取得了较好的结果, 所以, 本文也使用这2个模型计算。切向速度作为考察分离效果最重要的参数, 对2个模型取同一位置的切向速度分布, RSM模型与Realizable湍流模型相比, 它能捕捉到更多的细节, 但是, RSM模型对网格数的要求较高。
比较其计算结果, 即除尘效率和压降, 除尘效率会随着网格数量的增大而略有降低, 但是, 流动阻力变化不明显。200万网格数在RSM模型中并不适用, 考虑到除尘性能和计算资源条件, 本文选取了250万网格数RSM模型作研究。
1.4 气相流场分析
气流通过导流叶片通道会形成旋流流动, 其后的流动也非常复杂, 但是, 总体上能够产生一种甩向筒壁的趋势。如果气流中含有粉尘, 就会被带入具有流向的筒壁, 使得筒壁附近的附面层里粉尘浓度增加, 从而在收集筒中收集粉尘。由于叶片通道后的直通道和收集腔处有气流的掺混发生, 可能会使得一部分粉尘无法进入收集筒而被气流带走, 流出过滤器。
1.5 颗粒相轨迹分析
粉尘颗粒经过导流叶片通道后进入了收集筒, 由于出口截面比较小, 气流经过直通段后有一个收缩过程, 再加上收集筒的影响, 直筒段的流动比较复杂, 会有一部分粉尘颗粒被气流裹挟进入主流, 从过滤器出口排出。因此, 颗粒的收集主要受两方面因素的影响: (1) 在离心力的作用下, 在靠近外壁边界层范围内收集颗粒; (2) 主流部分的二次分离, 分离主要发生在导流叶片轴以下的分离空间。
2 叶片参数对除尘性能的影响
旋风除尘器属于机械除尘, 一般可以归结为切向式旋风除尘器和轴向式旋风除尘器。对导叶式引气除尘器来说, 选择产生切向速度的导流叶片, 并研究叶片的各个参数。
2.1 叶片数量对除尘性能的影响
在单个叶片形式相同的前提下, 分别取叶片数为4, 5, 6计算, 叶片个数增加, 除尘效率会随之提高, 但是, 流动阻力也会随之增大。
分离效率的增大主要是因为叶片数的增加增大了旋流器内部叶片的扭转面积, 也就是增加了流场的最大切向速度, 切向速度随着叶片数的增多而增大。在保证叶片沿轴向扭转的面积能够涵盖通道面积的前提下, 6叶片形式能够满足除尘效果。
2.2 叶片回转角对除尘性能的影响
每个叶片在轴向横截面上投影形成的角度即为叶片回转角, 考虑到应该让粉尘颗粒尽可能地获得离心速度, 导流叶片回转角决定着叶片沿轴向扭转的面积。如果导流叶片扭转面积不能涵盖整个通道, 就会对除尘器分离效果造成很大的影响。
从分离效率上来说, 叶片回转角越大, 效率越高。但是, 随着叶片回转角的增大, 分离效率的增大趋势在减缓。从流动阻力上来看, 回转角的增大势必会增大压力损失, 因为叶片回转角的增大会增加除尘器内部阻力面积。为了研究方便, 将回转角为65°、67.5°、70°的模型分别命名为模型A、模型B、模型C。
2.3 叶片通道对除尘性能的影响
除了叶片回转角会对除尘器的分离效率造成很大的影响外, 叶片通道的距离也会对除尘器的性能造成很大的影响。在额定工况下, 计算模型A和模型C, 分别取叶片通道长为40 mm、60 mm、80 mm, 叶片通道的变化实际上决定了叶片出口角的变化——叶片通道越短, 叶片出口角越小, 相应的除尘效率越高, 流动阻力也会增大。
3 流动参数对除尘性能的影响
对于一般的工业用旋风分离器, 粉尘浓度对除尘效率的影响较大。而相关试验的条件是常温常压, 对于文中高温高压的可压缩空气, 引气除尘器的结果可能有别于一般的旋风分离器。模型A的除尘效率会随着流量的增加而增加, 但是, 当达到一定流量时, 分离效率会随着流量的增加而降低。这说明, 对于一定几何尺寸的引气除尘器, 其处理气体的流量是有范围的, 引气流量不同, 需要重新确定除尘器的主筒径。从流阻的角度看, 引气流量的增加会导致流动阻力的急剧增加, 基本成倍数上涨。这说明, 引气的流量不同, 引气除尘器的筒径也不同。
4 结论
本文采用了数值模拟的方法, 选择RSM模型计算飞机环控系统引气除尘器的相关数值, 并结合气相流场和颗粒相轨迹简单分析了其除尘机理, 还研究了导流叶片和流动参数对引气除尘器性能的影响。导流叶片的参数, 比如叶片数量、叶片回转角和叶片通道的距离会对引气除尘器的除尘效率和流动阻力造成很大的影响。在满足了飞机环控系统引气除尘的要求下, 6叶片形式的结构比较合理。对于一定几何尺寸的除尘器, 其处理流量大小存在一个范围, 针对不同流量的引气, 需要重新确定引气除尘器的几何尺寸。
参考文献
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环控系统论文 篇7
环控系统作为飞机的必装件, 这不仅是出于对人员舒适性的考虑, 更重要的是出于对工效及电子设备可靠性的考虑, 国内这方面的工作也已经起步, 电子设备的可靠性和座舱的舒适性已提到日程。本设计以影响驾驶员座舱舒适性的散热器风窗结构为研究重点, 分析其结构缺陷, 提出改进设计方案, 并进行强度校核与优化。
1 散热器的缺陷简析
部分民用飞机环控系统, 在散热器设计环节、实际应用中出现了诸多问题。比如: (1) 借鉴车载散热器进行设计, 没能充分预计风速, 不能适应不同飞行高度、飞行速度下叶片可靠性要求。 (2) 手动散热器风量调节装置设计缺陷, 致使飞行员控制失效, 造成不适。 (3) 散热器自锁装置的设计未能适应高空多姿态飞行等特殊情况下的可靠性要求, 散热器锁闭功能失效, 甚至造成驾驶舱持续负压。
2 散热器结构优化设计
民用飞机环控系统散热器, 作为驾驶舱内稳压通风元件, 需要满足:可控性、便捷性、稳定性及人性化要求: (1) 散热器系手动调节散热器, 采用机械叶片组合结构进行风量调节, 内置机械传动机构, 不依赖整机电气控制系统, 具有相对独立性。 (2) 在给定的空间规格基础上进行设计, 布局紧凑、高可靠性。 (3) 便于飞行员在简单的控件上完成按压、拨动、自锁的操作, 采用按压解锁、拨动调节的设计。
2.1 散热器的结构设计
通过分析问题散热器与兼顾设计要求, 对散热器的关键结构进行了改进设计, 如图1所示。
1-制动推杆 (圆弧设计) 2-拨轮齿片3-叶片调节拨轮4-传动杆5-制动齿片6-制动扭簧7-散热器叶片
风量调节过程 (图1所示) :飞行员用拇指推动制动推杆1, 推杆沿中空滑槽向上位移, 同时制动扭簧6被压缩, 制动齿片5与拨轮齿片2逐渐失去啮合, 进而叶片调节拨轮3可自由转动, 于是飞行员用拇指侧向拨动拨轮3实现叶片转向与开合度调节。
叶片开合度自锁过程:风量调节完毕, 拇指抽离, 压缩的制动扭簧6弹性势能释放, 自动推动制动齿片5沿导向肋板滑动, 直到与拨轮齿片2啮合。当制动齿片5与拨轮齿片2逐渐啮合后, 调节拨轮3及与其曲臂连杆机构连接的叶片7同时也进入制动, 这样就实现了散热器构件在空间内的自锁。即便风力扰动在拨动齿片2上产生了径向力, 该径向力也会传导至两侧肋板 (焊接在低层盖板上) 而抵消。
2.2 受力构件的强度分析
如图1所示, 散热器工作中制动齿片与拨轮齿片是主要受力构件, 为保证构件的可靠性, 下面进行强度校核。
制动齿片的强度校核:考虑对流层的风速、风力, 以通用数据作为核算与模拟条件。叶片受来自对流层通风口处的渗透风压作用, 粗取风口压强为5 MPa。单片扇面最大受力面积为:S=784 mm2, 制动齿片材料选取:钛合金 (退火薄板) Ti-8Al-1Mo-1V, 杨氏模量E=1.2e+11 N/m2, 屈服强度[σb]=930.8 MPa。
单叶片受力;散热器所受合力;制动片片齿截面积;制动片片齿截面压强:<[σb]=930.8 MPa。该设计满足强度需求。
主要构件的Solidworks应力与位移效果仿真:下面是应用Solidworks软件, 根据材料选取、支撑要素添加、载荷添加后的应力与位移分析的效果图。
如图2所示, 以制动齿片左右侧面为支撑面, 啮合齿单侧面为载荷加载面, 构件平均应力约为105 MPa<[σb], 符合强度要求。局部略有应力集中, 最高达1 260 MPa>[σb], 原因是:为强化模拟效果, 设定两侧支撑为铰支座支撑, 实际上, 两侧面相当于滑块运动副, 限制了x向自由度, 而y向自由 (与扭簧铆接) , y向分力会被扭簧有效吸收, 应力会大量消减。因此, 构件整体上符合强度要求。
如图3所示, 制动齿片在位移效果分析图中, 最大应变发生在下端啮合齿面, 最大应变达到, 构件平均位移约为, 都隶属于为微位移, 对齿片间的啮合影响甚微, 安全。
3 结语
本设计所研究的飞机环控系统散热器是依据小型民用飞机环控系统常见缺陷而进行的针对性研究与改进设计。通过应用机械原理、结构力学对以往手动散热器整体功能与结构进行了创新性改造, 优化了散热器整机结构, 加强了其在复杂飞行状况下的通风可靠性与气流调节可操作性, 进一步改善了飞行员驾驶舱的舒适性与安全性。
摘要：部分民用飞机环控系统散热器风窗结构存在缺陷, 较难解决通风口叶片在飞行阶段振动过大、风量调节装置自锁失效等问题。从结构力学、功能合理性角度出发, 对散热风窗关键结构进行改进设计, 为解决特殊航空状况下的风窗调节问题提供参考。
关键词：自锁失效,结构力学,改进设计
参考文献
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环控系统论文 篇8
智能家居在当今社会已逐渐普及, 反映出人们对生活环境、质量的要求在不断提高。综合国内外智能家居系统的研究现状来看, 环境控制问题一直是其中最基本、最主要的内容之一。智能家居中的环境控制系统 (简称环控系统) 主要负责对整个居室的环境参数 (亮度、温度、湿度等) 进行采集、分析和处理。
随着科技的快速发展, 人们生活水平的提高, 人们对智能家居中环境控制系统的要求也在不断更新, 除了能够自动调节、控制照明的时间、亮度、温湿度等外, 还要考虑与智能家居中其他子系统的关联, 使其在不同场景下发挥最适当、合理的作用, 同时也会兼顾易用性、灵活性等需求[1]。
本文基于面向老年人的智能家居系统[2], 研究设计其中的环境控制系统, 通过采用Zigbee无线网络技术, 能对家居环境中的照明、温度和湿度进行自动调控和管理。该环控系统主要包括两个子系统, 即照明子系统和温湿度控制子系统。首先提出环控系统的构架, 接着对两个子系统的功能进行详细设计, 考虑到老年人的生活习惯和特点, 专门为其设计了一些定制功能, 更好地为老年人的居家生活带来便利。
2 智能家居中环控系统的构架
本文提出的环控系统由一个中央控制器和三种关键节点 (协调器节点、路由器节点以及终端节点) 构成, 通过采用Zigbee无线通讯技术构建居室内的无线网络[3], 中央控制器和所有节点均能连入该无线局域网中, 如图1所示。
系统的工作原理如下:
(1) 终端节点负责采集居室内各指定区域的光照度、温度或湿度, 并将相关数据传送至相应的路由器节点;
(2) 路由器节点收集到一个或多个终端节点传送的数据后, 再转发给协调器节点;
(3) 协调器节点收集到一个或多个路由器节点传送的数据后, 可进行数据的存储和处理, 同时可通过串口将相关信息传送至中央控制器;
(4) 中央控制器收到协调器节点传送的信息后, 对相关的环境数据进行分析、处理, 从而进行统一的控制管理。
3 智能家居中环控系统的功能设计
环控系统主要包括照明子系统和温湿度控制子系统, 两个子系统的功能设计都体现出智能化、人性化的设计原则和理念。
3.1 照明子系统的功能设计
根据老年人的居住习惯和生活特点, 设计智能家居照明子系统的详细功能[4]。
(1) 灯光软启动功能:灯光开启、关闭时采用逐渐增加或减少亮度的调控方式, 亮度变化柔和, 提高感官舒适度。
(2) 智能调光功能:客厅、厨房等区域采用亮光 (灯光亮度相对较高) , 而卧室、卫生间等区域采用柔光 (灯光亮度相对较低) , 也可以自行调节亮度, 并能保存设定好的灯光亮度、效果, 下次使用无需再次调节。
(3) 场景模式功能:根据老人的生活规律可以在特定的时间、空间设定一些常用的固定场景模式, 比如早晨的起床照明模式、电视照明模式以及夜间照明模式等。
(4) 自动感应功能:可以在居室的特定区域设置红外传感器模块, 实现灯光的自动感应开启及关闭, 比如老年人夜间起夜时, 在卧室和卫生间设置灯光自动感应开启功能。
3.2 温湿度控制子系统的功能设计
温湿度控制子系统主要是对家居环境中的温度、湿度这两个重要指标进行监测及控制。具体功能设计如下。
(1) 温湿度监测功能:在居室的各个房间 (或主要活动区域) , 分别放置温湿度传感器, 能够实时显示温湿度值, 并进行监测。
(2) 温湿度智能调控功能:对采集到的室内温湿度数据, 可进行智能调控。比如, 可以预先设置一个室温阈值, 当前室温低于或高于阈值范围时, 可开启空调来自动调节室温。
(3) 场景联动功能:根据老年人的生活规律和特定时间, 可以提前定制联动的温湿度模式。例如, 老年人身体素质较差, 对温湿度变化比较敏感, 可以在夜间监测到老人起夜时自动调高室温, 以免着凉。或者冬天室内无人时, 室温会自动调低一些, 当居住者回家后, 再逐渐升高至正常室温, 从而避免短时间内前后温差过大导致生病。
4 结语
本文对智能家居系统中的环境控制系统进行设计, 系统由一个中央控制器和三类关键节点构成, 采用Zigbee无线网络技术, 对居室中的照明系统和温湿度控制系统进行统一调控。面向老年人群体, 对两个子系统进行了详细的功能设计, 一定程度上提高了老年人的居家生活质量。
参考文献
[1]魏海波.基于ARM和Zigbee技术的智能家居灯光控制系统的设计与实现[D].南昌:江西科技师范大学, 2014.
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[3]刘明生, 苗森, 李燕.基于Zigbee技术的智能应急照明系统[J].消防科学与技术, 2013, 32 (1) :59-62.