城市地鐵活塞風對地鐵環境的影響規律與有效應用分析

柯亞楠

摘要：活塞風通過隧道和出入口引起地鐵環境的變化，是地鐵能耗的重要影響因素，在過渡季節和冬季充分利用活塞風是實現地鐵通風系統進一步節能的有效措施。風口屏蔽門系統可有效利用活塞風，因其兼具安全、舒適的特點，較之傳統的半高安全門系統和屏蔽門系統具有許多優點，重點探討活塞風對地鐵環境的影響規律、活塞風的有效利用對地鐵通風空調系統能耗的影響和帶風口屏蔽門系統在北方城市的適用性。

關鍵字：城市地鐵 活塞風 地鐵環境 影響規律 有效應用

2.活塞風速理論計算

當列車在隧道中運行時，隧道中的空氣被列車帶動而順著列車運行前進的方向流動，這一現象稱為列車的活塞作用，所形成的氣流稱為活塞氣流。列車在隧道中運行時，由于隧道壁所構成空間的限制，列車所推擠的空氣不能全部繞流到列車后方，必然有部分空氣會被列車向前推動，排出到隧道出口之外，而列車尾端后方存在著負壓渦旋區域，因此也必然會有相應空氣經開口被引入到隧道中，由此形成活塞風。

3.活塞效應下車站溫度變化影響因素

地鐵車站溫度的變化與其本身存在的內熱源的大小有關，如照明散熱量、設備散熱量、客流量、列車散熱量、車輛對數及編組數等有關，同時也與車站的形式、隧道的形式有關，車站的自然通風量和機械通風量關系到站內余熱量排除情況，因此對車站溫度變化產生了決定性的影響，而對于自然通風量大的車站，室外氣溫的變化也會對車站溫度變化產生較大的影響。客流量的增加使得室內余熱量增加，則在通風工況不變的情況下室內空氣溫度將會升高，過渡季節室外新風的溫度比較低，當新風量增加的時候，可降低室內溫度。活塞風作用下，站臺靠近出入口處溫度變化隨著室外氣溫的降低而有所降低。

4.地鐵活塞風對站臺環境影響規律數學模型的建立及驗證

4.2建模誤差分析

由于動網格的計算量比較大，并且建模過程比較復雜，不容易精確的再現實際過程，本文采用了非穩態方法，通過方波函數設置活塞風速來模擬列車通過對站臺帶來的影響，這樣就將列車的啟動、運行、剎車過程簡化了，僅考慮其帶來的活塞風作用。在過渡季節的模擬中采用了非穩態方法，隧道口風速設定采用方波函數設定。

5.帶風口屏蔽門系統活塞風數值模擬結果分析

活塞風的綜合利用必然很大程度的減少風機能耗，過渡季節和冬季的舒適性仍需考慮，CFD 模擬是一個可行的研究方法，大量的實驗驗證也說明模型建立的比較合理，從而實現了屏蔽門系統改造的優化設計。列車自動操作時，屏蔽門是絕對有必要的，列車手動操作時，屏蔽門亦非常有用，屏蔽門可以十分有效地提高站臺安全，避免乘客因自殺、在站臺里走動、推擠等而落入軌道，可以增加站臺的可用表面，可以避免未經授權的人進入隧道，屏蔽門降低了空調系統的能源消耗和隧道內不必要的能耗，屏蔽門可以減少隧道灰塵、列車噪音以及列車弛行的活塞效應產生的氣流進入站臺。

地下鐵道發生火災時造成的人員傷亡，絕大多數是由于煙霧中的有毒氣體的熏倒、中毒或窒息所致，有效的排煙已成為地鐵火災救援的重要措施。為此，要求設置排煙設備，在布置風道時，確保排煙口的風速不宜大于10m/s，當排煙干管采用金屬管道時，管道內的風速不應大于20m/s，設置帶風口屏蔽門，相同高度下帶風口屏蔽門系統的高溫區域比屏蔽門系統小得多，可以為火災事故情況乘客的順利疏散爭取了時間。經過計算發現，可控風口在過渡季節活塞風可滿足近期的新風要求，并帶走大量余熱，軌底排風可有效控制列車產生的熱量不進入站臺公共區，在滿足乘客舒適性要求的同時，達到進一步節能的效果。

6.參考文獻

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