地鐵車站通風空調系統節能模式探討

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南昌軌道交通集團有限公司

通風空調系統是地鐵工程中的重要系統，地鐵正常運營時，它為乘客和工作人員提供一個適宜的空氣環境。火災等緊急情況時，它具備防災排煙、通風功能[1]，保障人身和財產安全。同時，通風空調系統也是地鐵各系統中的能耗大戶。有統計表明，通風空調系統能耗約占整個地鐵用電負荷的40%。因此，如何在通風空調系統的設計、運行模式等環節上進行進一步的優化，找到一些可行的節能措施和途徑，對地鐵的經濟運行具有十分重要的意義。

1 通風空調系統現狀

當前，國內地鐵通風空調系統制式常見的有開閉式系統和屏蔽門系統[2]。其中，屏蔽門系統的應用越來越廣泛，已在新建地鐵線路中占據絕對優勢。

開閉式系統的區間隧道與車站連通。在非空調季節，列車運行產生的活塞風對車站進行通風，可減少風機的開啟數量和開啟時間，節能效果顯著。

屏蔽門系統的區間隧道與車站隔離。在空調季節，大量列車發熱被隔斷在區間內，車站與區間的熱交換被最大限度地減少，車站的冷量損失降到了最低。

非空調季節的開閉式系統和空調季節的屏蔽門系統，在節能方面的優勢都非常突出，如何在一個系統中兼有開閉式系統和屏蔽門系統的節能優勢，其實只需做一些針對性的改造。

2 通風空調系統改造

實際上，開閉式系統和屏蔽門系統在建筑形式上并無本質差異，區別僅僅在于站臺門上方是否封閉，是否與區間隧道相通。

2.1 開閉式系統改造方案

在站臺門上方與區間隧道相通的斷面安裝可控制的電動通風窗，使其在空調季節關閉，在非空調季節開啟。那么，改造后的系統既具備屏蔽門系統在空調季節的節能優勢，也同時具備改造前在非空調季節列車運行活塞風的通風節能效果。

2.2 屏蔽門系統改造方案1

在屏蔽門上方與區間隧道隔斷的墻體上開孔，安裝可控制的電動通風窗（如圖1 所示），使其在空調季節關閉，在非空調季節開啟[3]。此方案同時要求站臺公共區采用透空率較高的吊頂，避免阻擋其過風面積。那么，改造后的系統既具備改造前在空調季節的節能優勢，也同時具備開閉式系統在非空調季節列車運行活塞風的通風節能效果。

圖1 屏蔽門上方改造示意圖

因電動通風窗位置高且靠近接觸網，檢修空間有限，若增加空氣過濾器，則增加了設備檢修、維護的難度和工作量。若不增加空氣過濾器，則車站公共區的空氣衛生質量得不到保障，但對于空氣質量優良、隧道衛生環境良好的地鐵線路影響不大。

2.3 屏蔽門系統改造方案2

在站臺端門上方墻體上開孔，敷設通風管道，管道上安裝可控制的電動通風窗和空氣過濾器（如下圖2 所示），可充分利用小站臺的空間優勢對設備進行檢修和維護，也同時滿足對空氣衛生質量的要求。

圖2 站臺端門上方改造示意圖

因端門上方空間有限，端門旁邊也未必預留足夠空間，故在現有系統上改造困難較大，但此方案可為新線設計提供一定的參考。

2.4 屏蔽門系統改造方案3

對站臺端門通道進行改造，將端門尺寸改小，滿足單人通行及司機正常瞭望功能即可，通道其余部分安裝可控制的電動通風窗和空氣過濾器（如圖3 所示），既滿足對空氣衛生質量的要求，也滿足對設備進行檢修和維護的場地需求。

圖3 站臺端門通道改造示意圖

因端門通道直接面對乘客，為避免風速太大使候車乘客感到不適，需對通風窗的開度進行有效調節，確保出風口風速小于5 m/s[4]。同時調節高度在1～2 m 風口的方向，避免出風直接吹向乘客的面部和頭部，使人體感到不適。另外，需在公共區側的通風窗安裝安全防護網，并進行必要的裝飾，既保證安全也達到美觀的效果。

2.5 電動通風窗運行方式

電動通風窗可采用三位電動調節閥（或采用無級調節，可在0～100%范圍內任意調節），分別設置全開、全關和半開三種狀態，滿足不同氣溫狀況下不同的通風需求。也可將所有的電動通風窗分為多回路控制，根據現場通風需求選擇開或者關某回路的通風窗。

3 通風空調模式優化

3.1 現有模式

以某市1 號線為例，公共區通風工況只有1 種模式，車站兩端的組合式空調柜機和回排風機只能同時投入運行或同時關閉，不能根據現場工況靈活控制。

3.2 模式優化方案

根據地鐵車站多出入口的建筑特點，以及隧道活塞風的節能優勢[5]，對公共區通風工況下送、排風模式進行全面優化，減少風機的開啟數量和開啟時間，全面節約風機能耗。優化后的通風模式如表1 所示。

表1 通風模式（僅通風工況）

1）全新風模式即現有唯一的通風模式，通過開啟車站兩端的送、排風機，對車站進行全面的通風、換氣，增加活塞風作為輔助后，通風效果更佳。

2）在過渡季節，通過開啟車站一端的送風機和另一端的排風機的方式實現車站的通風，可節約一半的風機能耗。

3）在通風季，當室內空氣質量良好時，通過開啟送風機送風，關停排風機，使室內形成正壓，通過出入口進行排風，可節約排風機能耗。

4）在通風季，當室內空氣質量較差時，通過開啟排風機排風，關停送風機，使室內形成負壓，通過出入口和隧道通風窗引進新風，可節約送風機能耗。

5）在冬季，氣溫較低時，可關停送、排風機，完全利用列車運行產生的活塞風給車站公共區通風，全面節約風機能耗。并可根據實際需要，調整隧道通風窗的開啟數量或開度，控制送風量。

6）通過監測室內、外空氣焓值和室內二氧化碳濃度，可實現通風模式的自動運行。模式運行應充分考慮實際能耗，能耗低的模式優先。

4 結論

隧道通風窗的改造不改變站臺門設備結構，接口簡單，初期投資低，可預見的節能效果顯著，工程可實施性強。通風模式的優化，充分利用了隧道活塞風的節能優勢，并考慮到乘客和工作人員的各種通風需求，整理出7 種極具操作性的通風模式，為地鐵運營人員提供多種選擇，也為地鐵通風空調系統設計和節能改造項目提供一定的參考。