上海軌道交通12號線通風空調系統設計

閻正才

(上海市隧道工程軌道交通設計研究院,200235,上海//高級工程師)

上海軌道交通12號線通風空調系統設計

閻正才

(上海市隧道工程軌道交通設計研究院,200235,上海//高級工程師)

通風空調系統運行能耗巨大,其設計是城市軌道交通系統總體設計中的重中之重。基于相關標準和節能減排要求,確定了上海軌道交通12號線工程通風空調系統的運行模式,并對區間隧道(含輔助線)通風系統兼排煙系統、車站車軌區排熱兼排煙系統、車站公共區通風空調系統、設備管理用房通風空調系統、空調冷源及水系統的設計進行了詳細闡述。

上海軌道交通12號線; 通風空調系統; 節能減排

Author′s address Shanghai Tunnel Engineering & Rail Transit Design and Research Institute,200235,Shanghai,China

相關資料研究表明,在城市軌道交通的實際能耗中,環控系統的能耗占比較大。在北方地區,環控系統能耗占比約為30%;在南方地區,環控系統能耗占比約為50%[1]。而通風空調系統是地鐵環控系統的主要組成部分,其能耗占城市軌道交通車站能耗的70%以上,僅次于牽引系統能耗[2]。因此,城市軌道交通通風空調系統的設計相當重要。本文基于上海軌道交通12號線工程,詳細闡述了城市軌道交通通風空調系統的設計研究。

1 通風空調系統設計原則及依據

上海軌道交通12號線工程,起點為閔行區七莘路站,終點為浦東新區金海路站。線路全長40.417 km,共設32座車站(均為地下站);設2座定修段、1座主變電所、1座35 kV開關站及1個控制中心。

上海軌道交通12號線通風空調系統的基本設計原則為:對全線車站及相應區間隧道內溫度、濕度、風速、噪聲和空氣質量進行全面控制;在緊急工況下,能為人員安全疏散和救援提供一定的新風量和保證一定的風速;滿足設備對室內環境的需求;在實現功能需求的基礎上,進一步滿足節能減排的需求。

設計的主要依據有:《上海市軌道交通12號線工程初步設計》、《上海市軌道交通12號線工程施工圖設計技術要求》、《上海市軌道交通12號線工程環評報告書》及上海申通地鐵集團有限公司下發的相關建設指導意見,以及相關國家標準和行業標準(見本文的參考文獻)。

2 通風空調系統的形式及組成

根據上海的氣候特征及本工程的運能,地下車站采用站臺設置屏蔽門的通風空調系統。上海軌道交通12號線通風空調系統的子系統主要包含:

(1) 區間隧道(含輔助線)通風兼排煙系統,簡稱區間隧道通風系統;

(2) 車站車軌區排熱兼排煙系統,簡稱車軌區通風系統;

(3) 車站公共區通風空調系統,簡稱大系統;

(4) 設備管理用房通風空調系統,簡稱小系統;

(5) 空調冷源及水系統,簡稱水系統。

3 通風空調系統設計方案

根據上海軌道交通12號線通風空調系統的組成,基于基本設計原則,確定了通風空調系統的運行模式,并對各個子系統進行了詳細的設計。

3.1 區間隧道通風系統設計

地下車站兩端上、下行線一般各設1個活塞(兼事故)通風井(凈面積≥16 m2),設2臺事故通風機。風機計算風量為60～75 m3/s。2臺風機應能互為備用,可逆轉,耐受280 ℃/h高溫。典型車站隧道通風系統如圖1所示。

圖1 典型車站隧道通風系統示意圖

上海軌道交通12號線工程存車線、渡線、折返線等均結合車站設計,在車站主體結構范圍之內。配線最主要的不利影響在于：當區間隧道通風系統處于事故工況運行時,影響區間正線氣流組織。城市軌道交通環境模擬軟件SES4.1的模擬結果表明：將含配線車站的站端事故風機設置在靠近正線區間端,并采用較大容量的事故風機,通過車站事故風機聯合運行的形式,可保證配線相鄰的正線區間通風需求。當站內設存車線時,因存車線列車中無乘客,其正常和火災工況下的通風可由車軌通風排熱系統和站端區間通風系統兼容。當站端配線長度≥60 m時,設置專用排煙風管,并接至排熱小室,由排熱風機兼容排煙。七莘路站站端至中春路停車場以及金海路站后至金橋停車場地下出、入場線區間內均設置射流風機,用于出、入場線內事故工況及事故工況下配合正線組織氣流。

正常工況時,利用列車行駛的活塞風以及車站的排熱系統排除區間內列車散熱,對地下區間進行通風換氣,為車載乘客提供良好的乘車環境。區間阻塞和火災工況時,要根據火災位置確定通風方向,運行相關的事故風機和排熱風機,形成區間一定的氣流速度。夜間通風時,車站運行事故風機隔站送、排風。

3.2 車站車軌區排熱兼排煙系統設計

在車站每端各設1臺排熱風機,單機容量為50～55 m3/s,能夠耐受280 ℃/h高溫;排熱風道設在車站車行道上部和站臺下部,均采用結構風道。車行道上部排熱風道風口正對列車空調冷凝散熱器,站臺下部排熱風道風口正對列車下部散熱元件,有效排除列車停站散熱。

正常工況時,排除列車停站產熱,與列車活塞通風共同保證區間隧道風量和風溫達設計標準,并兼顧車行區排煙。區間阻塞或發生火災工況時,與事故風機聯合運行,保證區間事故通風要求;車站站臺發生火災時,該系統通過風閥切換進行站臺排煙。

3.3 車站公共區通風空調系統設計

車站公共區通風空調系統采用全空氣集中式空調系統,設2個空調系統,每個系統負擔一半站廳負荷和一半站臺負荷,采用變頻調節方式,可根據負荷大小實現自動調節,節約運行能耗。氣流組織采用上送上回形式。

車站公共區通風空調系統采用全空氣低速系統,由組合式空調機組、空調新風機、回/排風機，以及相應的管道、風道、新風井(亭)、排風井(亭)和各種閥門組成。該系統內設置有空氣凈化除菌裝置。

車站公共區的空調通風設備集中布置在站廳層兩端(根據建筑布置也可設在車站中部)。原則上每端設2臺空調箱、1臺空調新風機和2臺回/排風機(兼排煙風機),負擔一半站廳和一半站臺的負荷?？照{的回風和新風通過新回風混合靜壓室進入空調箱,排風直接排到與排熱風機合用的車站排風井。

3.4 設備管理用房通風空調系統設計

設備管理用房通風空調系統設計需考慮夏季排熱以及過渡季與冬季的通風。當采用通風系統,夏季室內溫度標準不能達標或通風量過大時,應設制冷空調系統，設備管理用房排煙宜由通風系統兼容。各站根據車站建筑布局和房間環境要求,劃分通風空調和防排煙系統。系統設計在滿足功能前提下,應力求簡潔。

根據設備管理用房室內環境要求,設備管理用房通風空調系統基本上分為三大類:

(1) 地下車站變電所:因其發熱量較大,要求室內溫度不高于36 ℃,一般采用空調系統。變電所房間為氣體保護房間,發生火災時,根據氣體滅火程序,滅火期間風管系統關閉，滅火后開啟通風系統對房間進行通風換氣。變電所內所用風機均為常溫風機。

(2) 其它電氣設備用房(如弱電設備綜合用房、通信機械室、車站綜合控制室等)以及管理辦公用房(如站長室、站務室、會議室、公安室、售票處、銀行、更衣室、休息室等)：該類用房室內空氣溫度標準要求較高(夏季約24～27 ℃,冬季約16 ℃),因此,僅靠機械通風不能保證,須設置空調系統。若系統中包含電氣用房,應采用全空氣集中空調系統。若僅為管理用房,可采用風機盤管系統。全空氣集中空調系統由小型空氣處理機組、回/排風機和空調小新風機等組成。夏季時,根據室外空氣焓值采用最小新風及全新風運行,冷水系統開啟。通風季節時,水系統關閉,轉入通風模式 。該類系統排風機可兼顧排煙,氣體保護房間火災時空調系統的運行模式同牽降變電所。其余房間,由排風機運轉排煙,補充50%新風。

(3) 環控機房、泵房、車站備品庫、茶水間、清掃工具間等:該類用房對溫度要求不高,可僅設置機械通風系統,排風系統可兼容排煙;其中廁所、污水泵房需設獨立排風系統。

3.5 空調冷源及水系統設計

大系統和小系統分設冷源。冷源采用螺桿式冷水機組,其配置采用2大1小的形式,以滿足部分設備房間夜間列車停運時段的供冷需求。冷水供水溫度為7 ℃,回水溫度為12 ℃。3臺冷水機組與3臺冷凍水泵、3臺冷卻水泵、3臺冷卻塔一一對應。水系統設計為閉式機械循環。

3.6 通風空調系統運行模式

區間隧道通風系統運行模式為正常、夜間通風、阻塞和火災模式。車站通風空調系統運行模式為正常和火災模式。

車站通風空調系統正常運行模式有最小新風量、全新風和通風3種運行工況。當室外空氣焓值高于回風焓值時,系統采用最小新風量運行工況;當室外空氣焓值小于等于車站回風焓值,系統轉為全新風運行工況,冷凍機運行;當進入過渡季節,系統采用通風運行工況,冷凍機關閉,開啟車站送、排風機,采用機械送、排風,也可采用機械送、自然排，或機械排、自然進風的節能運行模式。

車站火災運行模式根據著火地點的不同有不同的運行模式。當站廳發生火災時,車站送風系統關閉,車站排風系統轉入排煙模式,僅從站廳排煙;當站臺發生火災時,車站送風系統關閉,排熱風機通過風閥轉換,從站臺屏蔽門內側候車區排煙,同時車站排風系統僅從站臺排煙,共同形成站臺負壓,保證站廳、站臺樓梯口有大于1.5 m/s的風速;當站臺車軌區發生火災時,打開屏蔽門,關閉公共區回/排風系統和站臺送風系統,并關閉車軌區下排風道的閥門,開啟車站兩端TVF(隧道風機)和UOF(排熱風機)共同組織排煙;設備管理用房發生火災時,轉入相關排煙模式,排煙并補充50%新風。受氣體保護房間火災時的運行模式按氣體滅火程序進行。

4 結語

基于相關標準和節能減排要求,確定了上海軌道交通12號線工程通風空調系統的運行模式,對區間隧道(含輔助線)通風系統兼排煙系統、車站車軌區排熱兼排煙系統、車站公共區通風空調系統、設備管理用房通風空調系統、空調冷源及水系統的設計進行了詳細闡述,對城市軌道交通通風空調系統的設計具有指導意義。

[1] 江億.從實際運行數據出發開展地鐵站節能工作[J].中國軌道交通,2015,56:12-14.

[2] 李倬,李彪,梅琪,等.北京地鐵1號線國貿站通風空調智能降耗控制系統[J].現代城市軌道交通,2012(6):16-18.

[3] 中華人民共和國住房與城鄉建設部.地鐵設計規范:GB 50157—2013 [S].北京:中國建筑工業出版社,2013.

[4] 中華人民共和國住房與城鄉建設部.城市軌道交通技術規范:GB 50490—2009[S].北京:中國建筑工業出版社,2014.

[5] 上海市建設和交通管理委員會.城市軌道交通設計規范DGJ 08-109—2004[S].北京:人民交通出版社,2004.

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[7] 中華人民共和國建設部.公共建筑節能設計標準:GB 50189—2005[S].北京:中國建筑工業出版社,2005.

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[9] 中華人民共和國環境保護部,國家質量監督檢驗檢疫總局.聲環境質量標準:GB 3096—2008[S].北京:中國環境科學出版社,2008.

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[11] 中華人民共和國衛生部.工業企業設計衛生標準:GBZ 1—2010[S].北京:人民衛生出版社,2010.

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Design of Ventilation and Air Conditioning System for Shanghai Rail Transit Line 12

YAN Zhengcai

The energy consumption of ventilation and air conditioning system in urban rail transit is huge, its design occupies an important position in the overall design of rail transit system. Based on the relevant standards about energy-saving and emission-reduction, the system operating mode of Shanghai rail transit Line 12 is determined. Then, the interval tunnel(including auxiliary lines) ventilation system and smoke exhaust system, heat and smoke exhaust system in station rail area, ventilation and air conditioning system in station public area, ventilation and air conditioning system in equipment management rooms, the design of cold source of air conditioning and water system are expounded in detail.

Shanghai Rail Transit Line 12; ventilation and air conditioning system; energy saving and emission reduction

U 270.38+3

10.16037/j.1007-869x.2017.01.034

2016-09-20)