天津地鐵解放橋站環控系統設計

何 峰,高 博

(1.鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300251;2.天津城建設計院有限公司,天津 300251)

1 工程概況

天津地鐵 3號線解放橋站地處天津商業中心,位于解放北路、濱江路、松江路、張自忠路之間,其北端是天津站站,南端是和平路站,站中心里程 DK13+712.647,為曲線車站,是天津地鐵標志性車站之一。車站為雙柱三跨地下三層島式車站。地下一層為站廳層,凈高 8.65m,公共區面積約4300m2,地下二層為設備層,地下三層為站臺層。車站總長度為 127.7m,標準段內凈寬度為 27m,有效站臺長度 118m;站廳層公共區面積約5337m2,站臺層公共區面積約1399m2。車站設備管理用房設置在地下一層、地下三層兩端,地下一層的夾層內及地下二層。在車站兩端地面上分別設有 1座活塞/機械通風亭、1座進風亭和 1座排風亭。

由于該站站廳層為地下高大空間,在國內地鐵環控設計項目中屬于首例,其空調通風系統形式、氣流組織方式及防排煙模式均與普通地下車站不同,文章在介紹整個車站環控系統構成的基礎上著重闡述站廳層公共區環控系統設計特點及難點,為今后類似工程設計提供一定的借鑒意義。

2 車站環控系統構成

解放橋站環控系統由以下 5部分組成[1]。

(1)車站站廳和站臺公共區通風、空調兼排煙系統(簡稱大系統)

由于車站為地下三層車站,因此站廳、站臺大系統獨立設置,系統采用一次回風全空氣空調系統,新風均統一處理。站廳層大系統由 2臺組合空調機組、2臺回排風(兼排煙)風機、兩臺空調新風機、30臺遠程射流風口及相應的風閥、風道等組成。站臺層大系統由2臺組合空調機組、2臺回排風(兼排煙)風機、2臺空調新風機及相應的風閥、風道等組成。為了適應不同運行工況,組合式空調機組采用變頻調節風量方式、節能運行、回排風機也均為變頻耐高溫風機。

(2)區間隧道活塞通風、機械通風、排煙系統(簡稱隧道通風系統)

隧道通風系統由 2臺TVF(隧道通風兼排煙風機、可逆耐高溫)風機、2臺 TUO(軌頂、站臺板底排熱兼站臺輔助排煙風機,同時兼隧道通風、排煙風機)風機及相應的風閥、風道等組成。TUO風機正常工況變頻運行為車站排熱系統服務,車站站臺火災時輔助站臺排煙,區間事故或火災時,通過閥門切換與 TVF風機聯合運行,保證區間通風及排煙要求。

(3)車站設備及管理用房通風、空調、排煙系統(簡稱小系統)

車站設備及管理用房根據功能及工藝要求,依照相關規范設置相應的通風、空調、排煙系統[2～4]。

(4)車站空調制冷水系統(簡稱水系統)

車站水系統根據服務對象不同,分為大系統水系統和小系統水系統,大小水系統獨立設置。大系統水系統主要服務對象為站廳、站臺大系統組合空調機組,冷源選用 2臺水冷螺桿式冷水機組,冷量調節范圍15%～100%無級調節,同時配備 2臺冷卻水循環泵、2臺冷凍水循環泵、2臺冷卻塔以及一套定壓補水裝置,冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔與冷水機組一對一服務。小系統水系統主要服務對象為小系統空氣處理器,冷源選用 1臺風冷式冷水機組,一臺冷凍循環泵,一套定壓補水裝置。

(5)車站屏蔽門外車軌區域軌頂、站臺板下排熱和排煙系統(簡稱排熱系統)

排熱系統由 2臺 TUO風機及相應的風閥、軌道風道、站臺板下風道等組成。TUO風機為變頻可逆耐高溫風機[5]。

車站大系統、隧道通風系統、排熱系統系統原理如圖1所示。

圖1 車站大系統、隧道通風系統、排熱系統系統原理

3 站廳層環控系統設計

3.1 設計難點

(1)解放橋站站廳層公共區面積約5337m2,凈高8.65m,為典型的地下高大空間,其空調系統形式及氣流組織是環控系統設計成敗的關鍵因素。同時,空調系統形式及氣流組織方式的選擇還需同公共區排煙相結合。

(2)解放橋站之所以為天津地鐵 3號線標志性車站之一,除了其地理位置之外,最主要的就是站廳層裝修為拱頂歐式風格,為了體現裝修的宏偉效果,因此環控風管及風道布置盡量少占用垂直方向的空間,也是環控系統設計應著重注意之處。

3.2 站廳層公共區環控系統形式選擇

解放橋站站廳公共區環控系統需滿足以下要求。

(1)因為地處天津商業中心,客流量大、乘客密集,因此,需適應新風量大、熱負荷大、所需通風換氣量大的特點,同時還需保證公共區空氣品質。

(2)解放橋站為地下車站,環控系統既要滿足空調季空氣調節又要滿足通風季通風以及滿足冬季最小新風的送風要求。

(3)環控系統不僅要滿足空調、通風的需要,還需滿足排煙要求。

環控系統形式主要包括風機盤管加新風系統及全空氣系統,為了滿足上述需求,風機盤管加新風系統不適用于本工程,因此,站廳層公共區環控系統采用一次回風全空氣空調系統、回排風機兼排煙?？照{季,室外新風和公共區回風空氣在混風室混合后,通過空調處理機組集中對混合后的空氣進行過濾、冷卻等處理,保證空氣品質及溫濕度要求;通風季,關閉小新風機和混風閥,空調冷源關閉,空氣處理機組直接送新風,回排風機直接將站內熱空氣排至大氣,保證公共區通風換氣及溫度控制要求;冬季,關閉空氣處理機組及回排風機,僅開啟小新風機通過盤通風管對公共區送風,保證人員最新新風要求。

3.3 氣流組織及系統布置

(1)氣流組織形式確定

普通地下地鐵車站公共區,因為裝修吊頂一般在3m左右,所以氣流組織形式一般為上送上回形式,但解放橋站裝修為了最大限度的保證高大空間的視覺效果,吊頂要求盡可能的高,保證吊頂到地面滿足 8m凈高,上送上回的氣流組織形式不適用于該工程。

同時,參考目前國內地面高大空間空調系統設計[6～8],置換通風這種新型的通風方式在舒適性空調中已經取得了很大的成功,但由于置換通風的原理就是利用室內空氣的分層溫度梯度達到空氣置換流通的目的,送風口一般設置于地板上,由于該站需要盡可能的保證垂直凈高,因此地板下不能設置送風夾層,置換通風也不適用于該工程。

通過上述分析,同時為了保證有效的組織排煙,解放橋站廳層公共區氣流組織形式采用:側送風,頂回風(兼排煙)分層控制[8～9]。側送風即在公共區四周布置送風口,可以對公共區溫度進行分層分區域控制,最大力度保證客流流動區域具有較高的舒適性;同時頂部布置回風兼排煙風管既能滿足排煙的要求,又保證占用公共區垂直方向的空間最小。

(2)系統布置

結合站廳層公共區建筑布局,在左下角及右上角分別設置 1間環控機房,內部分別布置 1臺組合空調機組、1臺回排風兼排煙風機、1臺小新風機并設置相應的回排風道及混風室等。

通過對比設置送風靜壓室與送風靜壓箱所需的保溫成本(靜壓室保溫材料采用刷復合硅酸鎂涂料、靜壓箱保溫材料采用復合硅酸鎂板),可以發現送風靜壓室保溫成本低,所以,在站廳層公共區四周夾層設置送風靜壓室;同時,為了使公共區氣流分布更加均勻以及具備更好的調節性,本系統在靜壓室外墻上布置了30臺配備加壓風機的遠程射流風口,風口可以自由調整角度,風口噪聲值小于 60dB,有效射程 26m,結合射流風口的噴射曲線,保證需要控制區域 2m高度左右 0.5m/s的風速(乘客舒適度最高),風口布置高度在 6m左右。

由于,車站公共區面積5337m2,因此根據地鐵車站公共區防煙分區面積不大于1500m2的規定[10],同時結合公共區裝修情況,將站廳公共區分為 4個不規則的防煙分區,每個防煙分區面積在1300m2左右,在公共區頂部根據分區情況布置相應的回排風兼排煙風管,風管端部設置電動排煙防火閥,火災工況時實現分區排煙;排煙風管匯總后連接到兩個環控機房內的回排風兼排煙風機上,保證及時有效地排除車站內熱量同時滿足消防排煙要求。

綜上所述,解放橋站站廳層環控系統平面布置如圖2所示。

4 結論

解放橋站是國內首座地下高大空間地鐵車站,站廳層公共區環控系統設計采用了一次回風全空氣系統,氣流組織形式采用側送上回(兼排煙)方式,送風末端配備遠程射流風口,較好的解決了高大空間的溫濕度控制,同時,上回兼排煙保證了有效排除熱量且滿足地鐵車站公共區的排煙要求,該氣流組織形式占用公共區垂直空間也是最小的,與裝修較好的結合,充分體現了高大空間的視覺效果。

該站環控系統目前處于施工階段,由于系統選用了能效比高,能量調節范圍大(15%～100%無級調節),部分負荷時調節特性好,配備先進微電腦控制的冷水機組;排熱風機、組合式空調機組、回/排風機采用變頻調節風量方式、節能運行,具備很好的運營節能基礎。

圖2 解放橋站站廳層環控系統平面布置

[1] 天津地鐵 3號線工程設計總體組.天津地鐵 3號線工程施工設計技術要求[Z].天津:鐵道第三勘察設計院集團有限公司,2008.

[2] GB50157— 2003,地下鐵道設計規范[S].

[3] GB50016— 2006,建筑設計防火規范[S].

[4] GB50019—2003,采暖通風與空調設計規范[S].

[5] 李高潮.地鐵空調系統采用變頻調速可行性的探討[J].能源研究與信息,2003(4).

[6] 譚良才.高大空間恒溫空調氣流組織設計方法研究[J].暖通空調,2002(2).

[7] 關雁鳴.某高大空間廠房分層空調系統節能設計[J].建筑節能,2010(3).

[8] 吳喜平.送風方式對高大建筑空間空調節能的影響研究[J].流體機械,2000(11)

[9] 張會冰,徐 麗,馮 煉.高大空間建筑的空調節能措施[C].鐵路暖通空調專業 2006年學術交流會論文集,2006.

[10] GB50490—2009,城市軌道交通技術規范[S].