地铁列车空调目标温度的智能控制

引言

深圳市轨道交通4号线呈南北走向,是该市的交通大动脉:受城市布局影响,早晚高峰潮汐式客流特征明显。20.5km的线路每天客流量达70万人次,特别是早晚高峰人员密集,对列车空调温度调控提出了较高要求。

1现有目标温度控制策略

列车为A型车,由于该市的全年气温变化特点,设计时采用单冷空调。列车空调客室目标温度采用UIC553标准特性曲线季节控制模式,季节日期范围内目标温度恒定,如表1所示。

从实际运营反馈来看,列车空调客室目标温度控制存在如下问题:

(1)季节划分不合理:根据该地区年度气温变化情况,夏季时间较长,春、秋季过渡时间较短,冬季不明显,仅划分两个季节不符合实际温度变化情况。

(2)目标温度设置不合理:季节日期范围内目标温度恒定,会导致车内乘客多的时候投诉热,乘客少的时候投诉冷。列车在非载客状态下空调仍在制冷,浪费电能。

2基于季节和载客量二维度新型目标温度控制方案

2.1总体思路

根据上述分析,结合本线路客流潮汐式的特点,增加载客量参数对目标温度进行控制,车上乘客多的时候降低目标温度,反之车上乘客少的时候提高目标温度,在保持乘客舒适度的前提下降低列车空调能耗。

2.2控制原理

智能控制空调目标温度原理:列车转向架二系空气弹簧通过均压阀产生载重空气信号,车重空气信号用来控制EPAC2智能阀中的中继阀,在实现制动调整功能的同时,通过EPAC2智能阀和TCMS系统的接口将列车载重信号上传发送至TCMS系统,TCMS系统中空调目标温度控制程序接收来自制动系统的载重信号和TCMS系统自带的时钟日期,根据逻辑判断生成目标温度,通过TCMS系统和空调系统的接口发送至空调控制盘,空调系统根据指定的目标温度进行控制,如图1所示。

2.3参数确定

2.3.1季节划分

根据深圳市气象局大数据统计规律,该市入春、入夏、入秋、入冬的平均日期分别是2月6日、4月21日、11月3日和1月13日,以这四个日期作为节点,将全年划分为四个季节。上述季节划分的节点为大数据统计平均值,实际每年换季的日期不尽相同,以该市气象局公布的日期为准,可在触摸屏对控制软件进行调整。

2.3.2载客量划分

深圳市轨道交通4号线地铁列车为A型车,每节车厢满员310人。根据使用情况,每节车厢超过250人时较为拥挤:车辆设计每节车厢Aw1定员48人,再取一个每节车厢100人中间值,将载客量划分为四个区段。对应的载重节点分别是330000kg、276000kg、257000kg(乘客平均每人按60kg计算,全列车自重240000kg)。上述载重划分的节点为经验值,实际运营中可根据需要进行调整。

2.3.3目标温度设置

季节2(默认夏季),乘客最少一档目标温度设定为26℃,随着乘客增多依次降低至23℃:季节1/3(默认春秋季),乘客最少一档目标温度设定为25℃,随着乘客增多依次降低至23℃:季节4(默认冬季),乘客最少一档目标温度设定为24℃,随着乘客增多依次降低至23℃。

2.3.4方案默认值设定

根据以上参数值的设置,控制方案如表2所示,表中的日期节点、载重节点和对应的温度值都可调整。

根据热线提供的数据,2018年4月1日一5月10日,乘客关于空调冷/热的投诉分别是1单/4单,上年同期乘客关于空调冷/热的投诉分别是5单/2单。总投诉量在下降,表明新的列车客室空调目标温度控制模式正面提升了乘客舒适度。

3试用效果

全部28列车空调客室目标温度控制方案于2018年3月底开始完全实施。统计2018年4月和2017年4月同期的相关数据如表3所示。

3.1节能效果

统计2018年4月全部列车运行里程为1746578卡·公里,每度电按0.72元计算,由于从2018年4月份开始客流控制对节能也有贡献(估值50%),则节约的电能折算成电费是M节=(2.35-2.25)x1746578x50%x0.72≈62877元,在月平均气温和载客量都有上升的情况下每卡公里能耗下降0.1kw·h,节能比例约为4.26%,当月节省电费约62877元,说明节能效果非常可观。

3.2乘客舒适度

总投诉量在下降,表明新的列车客室空调目标温度控制模式正面提升了乘客舒适度。乘客投诉空调热的数量有所上升,这与空调风口数量不足、分布不均有关,系空调系统设计上的缺陷,也和新的控制模式下整体目标温度比之前控制模式下的目标温度稍有提高有一定关联。

4结语

本文介绍了地铁列车空调客室目标温度智能控制新模式,在分析原来控制模式弊端的基础上提出一种基于季节和载客量二维度新型目标温度控制方案,并运用于实际列车,取得了非常可观的节能效果,提升了乘客舒适度。由于方案中的季节日期节点、载重节点和对应的温度三个参数都预留可调,运营过程中可根据实际情况和运营经验调整参数,以期达到节省电能和提高乘客舒适度两方面的平衡,降低运营成本。北延新增购的24列车,将采用智能控制新模式。