地鐵通風與空調系統設計簡析

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

0 引言

在日常實際運行中，地鐵通風與空調系統是耗電大戶，為了提高車站內部的舒適性和盡可能降低運營成本，應根據各地的客流量和氣候條件的不同采用相對合適的通風與空調系統。

1 典型的地鐵通風與空調系統

目前各地實際建設和運行中比較常用的地鐵通風與空調系統主要有以下3種：開式系統、閉式系統和屏蔽門式系統。

1.1 開式系統

開式系統是利用列車在隧道內高速行駛時產生的“活塞效應”，使地鐵內部與外界通過活塞風井進行氣流交換，讓外界新鮮空氣給車站和區間隧道降溫。“活塞效應”的強弱與列車行駛速度、隧道內空氣阻力、隧道內風速、列車截面面積與行車隧道截面面積之比等因素有關。模擬計算表明：當風井間距不大于300 m、風道的長度不大于40 m、風道面積不小于16 m2時，地鐵隧道內部與外界有效換氣量可滿足運行要求。但由于目前地鐵線路沿線一般為城市主干道或人流密集區，土地資源稀缺，因此無法設置太多風井來進行地鐵隧道“活塞效應通風”。此系統用于很早期建設的地鐵線路，目前我國各地建設的地鐵線路基本都是設置“活塞效應通風”與機械通風互相補充的通風系統。當完全使用“活塞效應通風”不能滿足地鐵運行時內部環境要求時，應補充設置機械通風系統，當區間隧道太長時，應設置區間風井用于滿足通風和火災時排煙需求，結合行車要求進行計算確定。

1.2 閉式系統

閉式系統的地鐵一般設置通風及空調系統排除車站及區間隧道的余熱及余濕，車站站臺公共區與區間隧道氣流并未完全分離開，需要考慮兩者的內部環境。在空調季節此系統內部與外界處于相對隔絕狀態，僅通過新風井供給滿足地鐵內部所需的新風量，列車運行時產生的“活塞效應”使車站站臺與區間隧道進行氣流交換從而給區間降溫。在非空調季節，該系統通過風閥調節使區間與外界完全連通，區間隧道依靠列車運行產生的“活塞效應”通過活塞風井與外界進行空氣對流，從而使區間的溫度維持在一定范圍內。這種系統與開式系統相比舒適性好且容易控制，但運行及建設費用相對較高。此系統在滿足地鐵正常運行時所需環境要求的情況下,應同時具備火災時的排煙需求。

1.3 屏蔽門式系統

此系統通過在車站站臺公共區與區間隧道之間安裝屏蔽門將二者分隔開，車站設置通風與空調系統進行降溫。區間隧道設置機械通風并結合活塞通風進行降溫，若區間隧道溫度仍不能滿足地鐵正常運行需求，則需要設置區間空調系統來對其進行降溫冷卻。此系統在滿足地鐵正常運行時所需環境要求的情況下應同時具備火災時的排煙需求，當區間隧道太長時，應設置區間風井用于滿足通風和火災時排煙需求，但應結合行車要求進行計算確定。此系統區間隧道行車時產生的“活塞效應”對車站內部環境基本不會產生影響，車站的空調冷負荷主要來至車站內部設備發熱、人員發熱、廣告及照明等散熱以及屏蔽門打開時的對流傳熱和滲透熱量。由于不需承擔列車運行時產生的發熱量,此系統的車站空調冷負荷相對于閉式系統會小很多，同時由于屏蔽門將車站站臺公共區與區間隧道分隔，降低了車站內部的噪音，從而提高了舒適性,也保證了站臺候車區旅客的安全。

2 不同通風與空調系統的比較分析

2.1 從站臺的熱量角度分析

開式系統與閉式系統由于沒有使用屏蔽門將車站站臺公共區與列車運行隧道分隔開，車站空調系統冷負荷受列車運行產生的發熱及活塞風影響較大，車站內部公共區空調負荷如圖1所示。屏蔽門式系統由于在車站站臺公共區與列車運行隧道之間設置了屏蔽門，車站空調系統冷負荷基本不受列車運行產生的發熱及活塞風影響，而屏蔽門滲漏及傳熱產生的空調負荷很小，車站內部公共區空調負荷如圖2所示。

圖1 開/閉式系統車站的得熱量

圖2 屏蔽門式系統車站的得熱量

2.2 從系統節能角度分析

通過圖1和圖2的對比可以看出：由于在站臺公共區與列車運行隧道之間設置了屏蔽門，使得列車發熱和區間隧道余熱余濕被阻擋在屏蔽門之外，而列車發熱是地鐵內部熱量的主要來源。屏蔽門式系統的車站空調冷負荷主要由車站本身內部設備發熱、人員發熱、廣告及照明等散熱以及屏蔽門打開時的對流傳熱和滲透熱量組成。屏蔽門式系統車站站臺的空調冷負荷一般大約比開式和閉式系統低1/2以上，此系統空調耗電明顯低于開式和閉式系統，大大降低了車站通風與空調系統的初期建設費用和后期運行費用。

2.3 從安全性角度分析

目前國內已運行的一些開式和閉式系統的車站,由于站臺沒有安裝屏蔽門，出現過一些乘客掉到站臺的安全事故，而設置屏蔽門式系統的車站由于屏蔽門的阻擋作用不會發生此種安全事故。

3 結語

地鐵屏蔽門式系統以其節能、安全、環保等優勢受到了各地的廣泛采用，是目前我國南方地區最常見的地鐵通風與空調系統。在我國南方地區空調季時間長，通風季時間短，使用屏蔽門式系統節能效果非常明顯。而北方地區通風季時間長，空調季時間短，在這些地區是否使用屏蔽門式系統需要結合當地具體情況進行分析計算確定。開式系統一般用于當地夏季室外溫度較低且乘客較少的地鐵系統。閉式系統一般用于當地夏季室外溫度較高、乘客較多的地鐵系統。由于我國國土面積大，各修建地鐵的城市氣候差異較大，具體需要設置哪種地鐵通風與空調系統需根據具體情況具體分析確定。