地铁空调温度线性控制与能耗优化的协同研究

摘要：城市轨道交通系统作为城市公共交通骨干网络，日均客流量已突破千万人次。其空调系统全年运行产生的能耗占运营总能耗的35%-45%，成为制约绿色交通发展的重要因素。基于此，本文首先阐述地铁空调温度线性控制与能耗优化的协同的重要性，其次提出几条地铁空调温度线性控制与能耗优化的协同策略，以供参考。

关键词：地铁空调系统；线性控制；能耗优化

引言：

传统空调控制多采用固定温度设定值或简单PID控制，难以适应客流波动、外界温度变化等动态扰动，导致冷热抵消、能耗浪费等问题。线性控制理论通过状态反馈机制可实现对系统输出的精确调节，而模型预测控制框架能显式处理多目标优化问题。

一、地铁空调温度线性控制与能耗优化的协同重要性

（一）提升乘客动态舒适度体验

地铁运行期间，乘客流量的时间变化很大，传统固定温度的空调模式，难满足不而且段乘客对舒合适的需求。高峰时，众多乘客涌入车厢，人体散热增多，此时若空调温度一直较低且固定保持，乘客会感到闷热不适。非高峰时段乘客数削减，若温度依旧维持原状，乘客可能会觉得冷，将温度线性控制与能耗改进融合，按照车厢即时人数和温度变化动态调节空调温度。高峰来临前，逐步削减温度以应对即将提升的人体热量；非高峰时，合适提升温度，这样既能让乘客始终处于舒适的温度环境，又可免除过度制冷或制热带来的能源浪费，极大地优化了乘客不而且段乘坐地铁的舒适感，为城市轨道交通博得良好声誉。

（二）精准适配设备运行工况

地铁空调系统含众多设备，不同设备于不同温度控制策略下，运行状态差异较大。温度线性控制与能耗改良协同，可依实际需求精确调控空调各设备运行参数。以压缩机为例，它是空调系统的关键部分。传统固定温度控制时，压缩机可能频繁启停，这另外加剧设备磨损，还耗费不少能源，采用线性控制时，便可让压缩机依循温度变化稳定调节制冷量，始终处在高效运行范围内。

（三）深度挖掘能源利用潜力

地铁是城市大型公共交通工具，其空调系统能耗高，传统温度控制较为粗放，能源浪费现象屡见不鲜，将温度线性控制与能耗协同巩固结合，可作为深度挖掘能源利用潜力的有效方法。一方面，线性控制能够按照环境温度，车厢热负荷等因素，及时、精准地调节空调制冷制热功率，防止能源过量输出，诸如春秋季室外温度低时，借助线性控制可削减制冷量，甚至转为通风模式，只需少量电能能够做到空气流通，以满足乘客舒适当需求。另一方面，能耗改良策略可以整合地铁运行期间各类余热资源，列车制动产生的热量便在其中，之后可利用这些余热来加热车厢或者预热冷媒，以做到能源的梯级利用。

二、地铁空调温度线性控制与能耗优化的协同策略

（一）构建多元智能感知网络​

在地铁车厢以及关键设备等地普遍部署各种先进传感器，塑造全方位，全面度的智能感知网络，车厢内设置高精度人体红外传感器，能够精准探测乘客数量的动态变化。并且搭配高灵敏度的温度，湿度传感器，即时反馈车厢温湿度数据，在空调设备的关键部位，比如压缩机、冷凝器、蒸发器等地方安装压力传感器，流量传感器以及振动传感器，监测设备运行时的压力，这些传感器所收集的大量数据经由先进物联网技术立即传至中央控制系统。中央控制系统利用强大的数据处理算法深入分析并整合数据，这样就能够精准把握车厢内乘客的即时需求，并掌握空调设备的运行情况。

（二）多模式协同自适应运行的实施策略

摒弃传统单一的空调运行模式，设计一套多模式协同自适应运行机制，依照不同环境条件，乘客流量和运行时段，空调运行模式可自动切换。高峰时段且室外温度高时，启动高效制冷模式，此时压缩机高功率运行，冷凝器风扇全速转动，确保车厢快速降温；非高峰时段且室外温度恰当，切换至节能通风模式，关闭制冷压缩机，仅靠通风机完成空气流通，满足乘客对空气清新度的需求，还能大幅降低能耗。春秋季昼夜温差较大，因而需设计昼夜模式切换机制，白天温度较高时，采用恰当的制冷模式。夜晚温度减小后，自动调成低能耗的保温模式，以线性调节加热功率的方式维持车厢内舒适的温度，若遇突发状况，比如列车故障停车等，还需设置应急模式，此时空调系统会自动减小能耗，仅保障基本的空气供应。

（三）创新余热回收利用技术​

研发更为新型的余热回收利用技术，挖掘地铁运行中的各类余热资源，在列车制动系统安装高效热能收集装置，将列车制动产生的大量热能转变为为可利用的能量形式。依靠专属热交换设备，把收集到的制动余热输送至空调系统的冷媒循环回路，预热冷媒，从而减轻压缩机工作负担。冬季时，车站内空气温度高于室外，此时，借助热交换器把站内空气热量传至室外新风，新风预热后再送进车厢。若要进一步增强余热利用效率，就开发智能余热分配系统，该系统遵照车厢实际温度需求和余热资源产量，自动调节余热分分配例，达成余热的最大程度利用。

结束语

展望未来，随着物联网技术和人工智能算法的不断发展，地铁空调系统将向更加智能化、自适应化的方向演进。通过深化数字孪生技术的应用，有望建立动态精度更高的虚拟控制系统；结合乘客个体热舒适反馈，可构建人机协同的新型控制范式；探索新能源技术的集成应用，将推动轨道交通系统向零碳目标迈进。

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