地鐵車站新型組合閉式通風空調系統

張之啟

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063）

1 系統概況

地鐵是指以在地下運行為主的城市軌道交通系統，在市區內一般敷設在道路下，地鐵內各種系統設備眾多、散熱量大、人員密集、空氣潮濕，若不采取措施，將無法保證設備的正常運行、無法保證人員的乘車、工作環境，因此地鐵需要設置通風空調系統。地鐵通風空調系統的主要功能是:在正常運行時為廣大乘客提供舒適的乘車環境，為地鐵工作人員和系統設備運行提供良好的工作環境[1]；阻塞運行時保證阻塞區間內阻塞列車上人員新風量和阻塞列車空調器正常工作；火災運行時能夠迅速有效排除煙氣，同時誘導乘客安全撤離到安全區域內[2]。

文獻[3]對地鐵車站的防排煙系統進行了研究，認為防排煙系統應盡量做到設計合理且符合經濟效益。文獻[4]認為地鐵能耗巨大，應采取相應的措施降低能耗。文獻[5]認為車站存在嚴重的能源浪費情況，有較大的節能潛力。文獻[6-9]認為減少地鐵通風空調系統能耗，應充分利用地鐵活塞風。因此應對目前的地鐵通風空調系統進行分析研究，進一步優化系統。

2 目前系統的應用情況

地鐵車站閉式通風空調系統主要有傳統閉式系統和集成閉式系統。

2.1 傳統閉式系統

國內建設較早的地鐵線路主要采用傳統閉式系統，這種系統受制于站臺門技術的發展，沒有在站臺公共區安裝站臺門，運行方式采取開、閉式運行(空調工況）方式。地鐵車站站臺公共區與隧道直接融為一體，完全沒有進行有效分割，隧道和車站內的空氣利用列車活塞效應，通過車站出入口和車站兩端的活塞風井與外界室外空氣進行互換。

2.2 集成閉式系統

集成閉式是由傳統閉式系統演變而來，從車站方案來說，取消了車站兩側的活塞風井、增設了站臺門，在站臺門上設置有百葉風口，沒有將區間隧道與車站公共區完全分割開；設備的變化是由大型表冷器取代了組合式空調器，并且從站內挪移到了新風道內，通過新、排風道內的送、排風機(相當于傳統閉式中的區間隧道風機）變頻運行，滿足車站的環境要求。集成閉式系統與傳統閉式系統空調季節閉式運行的原理相同[10]。

2.3 閉式系統存在的問題

文獻[11]認為閉式系統風道的土建規模比較大。目前我國城市道路的主干道為30～40 m，次干道為20～24 m，支路為14～18 m。集成閉式系統的土建風道長度多達六十幾米，因此現有的城市道路下無法布置下該系統風道，必然要進入道路兩側的地塊內，從而造成了拆遷量增大，施工風險增大，同時增加工程投資，影響工期；該系統設置了大量的土建空調送風道，土建送風道在施工中，往往密封不嚴，保溫效果不好，造成了極大的能源浪費，而且不滿足節能的相關要求[12]。該系統的送風機、回風機長期處于低頻運行，未在設備高效區段內運行，造成了設備運行費用偏高。

3 新型組合閉式通風空調系統

3.1 組合閉式系統組成

在總結研究國內外各城市地鐵車站通風空調系統設計、建設、運營經驗的基礎上，發明了一套更加節能、更易于實施的地鐵車站新型組合閉式通風空調系統，該系統具體布置如圖1所示。

圖1 組合閉式系統布置示意

(1）車站只設新風道、排風道，取消目前地鐵車站的活塞風道。在新風道、排風道內設置地鐵隧道事故風機，該事故風機可滿足地鐵隧道的正常、阻塞、火災等各項工況的通風要求。由于取消了車站的活塞風道，大大減小了車站建筑面積，降低了工程造價。經過對地鐵車站進行比較，該系統比集成閉式系統和屏蔽門系統節約土建面積200 m2以上，每一座車站可直接節約土建投資200萬以上。

(2）車站設置組合式空調器和回排風機。組合式空調器和回排風機均屬于成熟產品，易于采購、安裝和運營維護，比特殊產品(比如集成閉式系統的大型表冷器）的造價要降低很多。

(3）車站空調采用全金屬風管、風箱。經過冷處理后的空調風全部在經過保溫的金屬風管內流動。

3.2 組合閉式系統操作方式

3.2.1 車站、區間正常運營工況

(1）在空調小新風工況運行時:開啟組合式空調器17、18，開啟小新風機21、22，開啟回排風機19、20，開啟電動風量調節閥 1、2、3、4、5、6、25、26，關閉電動風量調節閥7、8，關閉隧道上的組合風閥10、11、12、13、14，關閉事故風機 15、16。 組合式空調器17、18依據車站客流情況作相應的變頻運行，向車站公共區內送空調冷風?；嘏棚L機19、20亦作相應的變頻進行空調回風。

(2）在空調全新風工況運行時:開啟組合式空調器17、18，關閉小新風機21、22，開啟回排風機19、20，開啟電動風量調節閥1、2、3、4、7、8、9，關閉電動風量調節閥5、6、25、26，關閉隧道上的組合風閥10、11、12、13、14，關閉事故風機 15、16。 組合式空調器17、18依據車站客流情況作相應的變頻運行，向車站公共區內送空調冷風?；嘏棚L機19、20亦作相應的變頻進行排風。

(3）在通風季節運行時:關閉組合式空調器17、18，關閉小新風機21、22，關閉回排風機19、20，關閉事故風機15、16，關閉電動風量調節閥 1、2、3、4、5、6、7、8、9、25、26，關閉隧道上的組合風閥10、11、12、13、14。

3.2.2 車站火災工況

(1）在站廳公共區火災時:關閉組合式空調器17、18，關閉小新風機 21、22，開啟回排風機(兼排煙）19、20，開啟電動風量調節閥 3、4、7、8，關閉電動風量調節閥 1、2、9、5、6、25、26，關閉隧道上的組合風閥 10、11、12、13、14，關閉事故風機 15、16。 回排風機19、20工頻對站廳公共區進行排煙，通過車站出入口進行補風。

(2）在站臺公共區火災時:關閉組合式空調器17、18，關閉小新風機 21、22，開啟回排風機(兼排煙）19、20，開啟電動風量調節閥 3、4、7、8，關閉電動風量調節閥 1、2、9、5、6、25、26，開啟隧道上的組合風閥 10、11、12、14，關閉隧道上的組合風閥 13、開啟事故風機15、16。事故風機15、16和回排風機19、20同時對站臺進行排煙，通過車站出入口和車站兩端的隧道進行補風。

3.2.3 區間阻塞、火災工況

在區間27阻塞、火災時:關閉組合式空調器17、18，關閉小新風機 21、22，關閉回排風機 19、20，關閉電動風量調節閥 1、2、3、4、5、6、7、8、9、25、26，開啟事故風機15、16，開啟隧道上的組合風閥10、11、12、13，關閉隧道上的組合風閥14。通過事故風機15、16對區間隧道27進行通風排煙。

在區間28阻塞、火災時:關閉組合式空調器17、18，關閉小新風機 21、22，關閉回排風機 19、20，關閉電動風量調節閥 1、2、3、4、5、6、7、8、9、25、26，開啟事故風機15、16，開啟隧道上的組合風閥10、11、13、14，關閉隧道上的組合風閥12。通過事故風機15、16對區間隧道28進行通風排煙。其他區間火災亦可通過調整相關閥門實現。

3.3 組合閉式系統的優點

(1）將車站通風空調系統的風道和區間隧道通風系統整合在了一起，這樣可以充分利用事故風道的頂部空間；同時將區間事故風機和車站空調系統設備分設，有利于簡化控制系統，便于安裝與調試，減小運營維護工作量。新型組合閉式通風空調系統不僅完全可以滿足地鐵車站的通風、空調的各項功能，而且還可以滿足區間隧道正常運行、阻塞、火災工況的需要。

(2）由于本系統的事故風道內沒有設置大型表冷器，相比集成閉式系統，縮短了風道長度20 m以上，不僅減小了土建面積，而且大大減小了拆遷工作量。

(3）在組合式空調器內設置中效及以上過濾器，對空氣進行過濾處理，經過過濾和冷處理的空氣，均送入金屬風道內，避免土建風道的二次起灰和污染，使送到地鐵公共區內的空氣質量達到優良狀態；同時對地鐵隧道進行排風，將隧道內的灰塵和金屬粉末直接抽吸走，排出室外或者進行有效過濾，大大改善了地鐵車站內的空氣品質。

(4）回排風機按系統容量配置，避免了大馬拉小車，可以使回排風機始終運行在高效區段內，從而實現節能運行。

(5）組成該系統的各種設備均采用成熟產品，這樣便于設計、易于招標、便于運營維護，大大降低建設難度，節省維護費用。由于處理后的冷空氣均在設了有效保溫措施的金屬風管內，沒有進入土建風道，大大降低了系統的冷損耗，比集成閉式系統可減少90%以上的冷損耗。

(6）對于南方城市，可以有6個月左右的時間利用列車活塞作用進行通風換氣，而不用開啟任何通風空調設備；對于北方城市，可以有8個月左右的時間利用列車活塞作用進行通風換氣，而不用開啟任何通風空調設備；相比于其他空調系統，節能效果相當明顯。

3.4 組合閉式系統應用前景

組合閉式系統應用范圍廣，不僅一條線路可以采用本系統，亦可在單獨的一座車站中采用該系統；不僅應用于安全門制式的車站，也可應用于屏蔽門制式的車站。由于該系統大大優于集成閉式系統，在未來的新線建設中將完全取代集成閉式系統，廣泛應用于國內外各地的地鐵建設中。

安全門制式的車站直接采用該系統即可，無需進行任何變動。當應用到屏蔽門系統制式時，可由如下兩種方式實現:

(1）在屏蔽門系統車站的端部設置活塞風道，將區間的活塞風引至室外。

(2）對于無法設置活塞風道的屏蔽門系統車站，則由該系統的事故風機對區間隧道進行通風降溫。車站設置迂回風道，將左、右線的列車活塞風進行迂回，避免沖擊車站的屏蔽門。

4 結論

該系統獲得“一種組合閉式地鐵車站通風空調系統”實用新型專利證書(專利號:ZL2016 2 0079247.1），并且獲得“一種組合閉式地鐵車站通風空調系統及應用”發明專利(專利號:ZL2016 1 0054378.9）。

在總結研究國內外各城市地鐵車站通風空調系統設計、建設、運營經驗的基礎上，發明了一套更加節能、更易于實施的地鐵車站新型組合閉式通風空調系統。該系統在南京地鐵7號線工程中得到一定應用，系統具有布置靈活、設備成熟、簡化了設備控制系統，減小了車站土建面積，降低了工程造價，提供了節能運行的方案措施，值得在地鐵設計中大力推廣、借鑒和應用，具有重大的社會效益和經濟效益。