地鐵車站冷卻塔結合新、排風井的設置探討

蔡亞橋

中鐵第四勘察設計院集團有限公司

地鐵車站冷卻塔結合新、排風井的設置探討

蔡亞橋

中鐵第四勘察設計院集團有限公司

依據地鐵車站空調系統的運行特點，結合地鐵車站新、排風井的設置原則，指出地鐵車站的冷卻塔、蒸發式冷水機組、蒸發式冷卻塔、多聯機室外機等空調系統的散熱設備放在地下是可行的，該方法對于地鐵車站地面冷卻塔等散熱設備長期以來與地面占地征用協調困難、與城市景觀不協調、噪音擾民等矛盾的解決具有一定的借鑒意義。

地鐵冷卻塔風道小新風新風

0 引言

隨著城鎮化的不斷推進，各城市地鐵的不斷建設，承擔著地鐵車站通風空調系統散熱的冷卻塔往往需要占用地面較大的面積，征地困難，嚴重的情況下甚至影響到地鐵車站空調系統的使用，同時對地面的景觀及其產生的噪音對附近的居民帶來了不利的影響，尤其是在城市中心寸土寸金的繁華地帶，這一矛盾尤為突出。

當前，針對地面冷卻塔出現的問題，已經有相應的解決方案，如采用蒸發式冷卻塔、蒸發式冷凝器等蒸發式冷凝空調系統[1～2]，但由于其設備初投資高、后期運行維護困難，其使用受到一定的限制，常規冷卻塔使用仍然是主流。

根據地鐵車站新風井、排風井的設置原則，結合其空調系統的運行特點，本文對常規冷卻塔的布置方式進行探討，期望借此可以減小常規地鐵車站冷卻塔設置后帶來的一系列矛盾。

1 地鐵車站新、排風道設置原則

地鐵車站兩端一般各設有活塞風井、新風井、排風井，其中，活塞風井負責隧道內的通風，新、排風井負責車站內的通風，為減小對城市景觀的影響，敞口風井居多，根據地鐵設計規范[3]及地鐵設計規范征求意見稿的要求，敞口新、排風井，間距不小于10m，如圖1所示。

圖1 地鐵車站新、排風井示意圖

2 地鐵車站空調系統的運行特點

地鐵車站通風空調系統主要包括，服務于乘客上、下列車公共區域的空調系統，簡稱大系統，服務于通信設備室、站長室等設備及設備管理用房的空調系統，簡稱小系統空調，服務于空調機房、消防泵房等設備房間的通風系統，簡稱小系統通風，其中小系統通風常年運行一種工況（直流式系統），大系統、小系統空調分為三種運行工況，如圖2所示：

A、小新風運行，當室外焓值大于室內焓值時，在滿足人員衛生要求的前提下，采用一次回風系統，部分回風與新風混合后，經空調器處理后再次送入室內，部分回風排至室外，以此來減小新風負荷。

B、全新風運行，當室外焓值小于室內焓值時，系統采用回風全部排至室外，室外新風經過空調器處理后直接送入室內的直流式系統。

C、當室外溫度小于空調器的送風溫度時，空調冷水系統關閉，系統采用回風全部排至室外，室外新風經過空調器處理后直接送入室內的直流式系統。

圖2 地鐵車站空調運行工況示意圖

3 典型車站負荷分析

對于大系統，室外氣象參數的變化、站內客流的波動是影響空調負荷的主要因素，以下計算選取的均為最不利工況[4]，即夏季空調室外最大計算干球溫度及遠期客流最大時刻。

對于小系統空調，各車站設備房間的負荷基本相同，其中部分車站因帶牽引變電所，負荷會偏大，因此，計算選取的是帶有牽引變電所的設備房間集中的區域，表1為無錫地鐵2號線某標準車站的計算結果。

表1 不同工況下各系統風量（m3/s）

由表1可見，小新風和全新風工況下，風量差別3.85倍，在小新風工況，新、排風井風量較小，風井利用率較低。

根據規范要求的最大風速要求，可以得出各工況下風井需要的最小面積，從表2、3可知，小新風工況下，新風井所需要的最小面積僅為1.67m2，由于排風井還需負擔車站軌行區的排風，約50m3/s，經計算，所需的最小面積為10m2；全新風工況下，新風井所需要的最小面積僅為6.43m2，排風井所需的最小面積為14.77m2。

表2 小新風工況新、排風井最小凈面積

表3 全新風工況新、排風井最小凈面積

4 冷卻塔的地下布置

根據地鐵規范的要求，新、排風井間距不小于10m，如將冷卻塔放在新排風井之間的地下區域，將其通風系統與車站的新排風井共用，就能有效地減小冷卻塔放在地面帶來的一系列影響，同時10m的間距可滿足冷卻塔通風的要求，在最不利工況下，各風井所需面積如表4所示。

表4 新、排風井最小凈面積

當前地鐵車站新、排風井的面積分別按照10m2、16m2設置，與表4的結果差異不大，冷卻塔的新、排風井與車站的新、排風井合用，大小是可以接受的。

地鐵車站主體結構一般位于城市道路下方，附屬結構受風井、道路、地面建筑等因素的影響，風井一般距離道路較遠，風井和車站主體之間的附屬區域有較大的空間，而這些空間由于利用率低，往往被風道（新風道、排風道、活塞風道）占用，由圖1、圖3可以看出，將冷卻塔放在新、排風道之間，原車站新風道的位置需向車站側外擴，車站的外圍護結構不變，可以有效地提高附屬區域的利用率，且不會對土建的外圍護結構、土建投資帶來較大的影響。

圖3 地鐵車站與冷卻塔新、排風井合用布置示意圖

5 車站新、排風井的合理使用

由前面的分析可知，在地鐵車站小新風運行工況下，其新、排風井的風量較小，利用率較低，而此時室外氣象條件較差，冷卻塔需要更好的換熱效果，因此可以考慮在風井中的隔墻上設置調節閥門，此時開啟，使車站的新、排風井負擔一部分冷卻塔通風，改善其通風效果。

全新風工況下，車站的通風量較大，為減小冷卻塔排風與車站排風的干擾，此時關閉風井隔墻上的調節閥門，雖然此時冷卻塔的通風會受到一定的影響，但是此時室外焓值小于室內焓值，氣象條件較好，因此是可以接受的。

6 結語

受設備初投資、后期運行維護的影響，蒸發式冷凝空調系統的使用受到一定的限制，常規冷卻塔使用仍然是主流，本文從地鐵車站空調運行的最不利工況出發，結合其運行特點，對常規冷卻塔結合地鐵車站新、排風道設置于地下進行分析計算，得出：

1）結合土建設計，將常規冷卻塔放在地下是可行的，土建投資規模不會受到大的影響，同時可以有效地提高地鐵空間的利用率；

2）冷卻塔地下式布置可以解決常規冷卻塔布置在地面帶來的地面征地困難、與城市景觀不協調、噪音擾民等一系列的矛盾；

3）冷卻塔地下式布置可以有效地利用車站的新、排風井，提高其利用率。

[1]許巍,王懷良,羅碩成.蒸發式冷凝空調系統在地鐵中的應用[J].暖通空調,2011,41(6):43-46

[2]吳允昌.蒸發式冷凝機組在地鐵車站的應用分析[J].都市快軌交通,2012,25(4):119-122

[3]北京城建設計研究總院.地鐵設計規范(GB50157-2003)[S].北京:中國建筑出版社,2003

[4]莊煒茜.武漢地區地鐵車站通風空調系統的節能控制研究[J].暖通空調,2010,40(5):39-43

Disc uss ion on Coo ling Tow e r Des ign Com b ined w ith A ir
Sup p ly We ll and A ir Ex haus t W e ll in Subw ay Sta tions

CAIYa-qiao
China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.,Ltd.

Based on air-conditioning system operation characteristics,combined w ith setting principles of air supply well and air exhaustwell in subway stations,it’s viable to install cooling tower,evaporative chiller unit,evaporative cooling tower,multi-compressors air conditioning system and other heat-removal equipment of the air-conditioning system to the underground in subway stations.It could be the theoretical reference for solving contradiction such as land acquisition,landscape,noisenuisancewhen cooling towerof thesubway stations installing on theground.

subway stations,cooling tower,airduct,m inimum fresh air,full fresh air

1003-0344（2014）02-090-3

2013-3-15

蔡亞橋（1981～），男，碩士，工程師；武漢市武昌區和平大道745號中鐵第四勘察設計院集團有限公司城地院暖通所（430063）；E-mail:303292202@qq.com