城市軌道交通地下車站公共區空調系統方案對比分析

武 磊

中國鐵路設計集團有限公司 天津 300000

1 引言

對于地鐵車站公共區來說，按照空氣處理范圍的不同，可將空調系統分為集中式空調系統和分散式空調系統，集中式空調系統是對公共區全部空間范圍內的空氣進行處理，根據整體空間冷負荷配置空調系統[1]；分散式空調系統是對公共區局部空間范圍內的空氣進行處理，按照局部空間冷負荷配置空調系統。當前，地鐵車站公共區通常采用集中式空調系統，通過組合空調機組、回排風機以及吊頂內的風管、風口，進行全范圍的通風換氣和空調制冷。而公共區屬于室外空間與列車車廂過渡區域，乘客在公共區的停留時間比較短，主要集中在站廳中間區域和站臺候車區域，站廳兩端區域基本無乘客停留。并且站廳兩端區域與出入口通道聯通，在活塞風的作用下，冷空氣會經出入口通道流出到室外空間，造成能源浪費，因此，如能根據車站公共區的人流集散情況，制定合理的空調方案，針對局部區域進行空調制冷，將會明顯降低能耗，具有顯著的節能效果。

2 地鐵車站公共區集中式空調系統

2.1 系統方案

集中式空調系統由設置在兩端環控機房內的組合空調機組、回排風機、排煙風機、新風機，設置在設備區及公共區吊頂內的送風管和排風管，以及設置在風管上的電動風閥構成，系統方案如圖1所示。

2.2 運行模式

集中式空調系統根據溫濕度測點的反饋數據，在自動控制系統的干預下，實現不同工況的模式轉換。

(1) 空調季：當室外空氣焓值大于空調系統回風設計焓值時，采用最小新風空調工況；當室外空氣焓值小于等于空調系統回風設計焓值，且室外空氣溫度大于空調系統送風溫度時，采用全新風空調工況；(2) 過渡季：當室外空氣溫度大于5℃，且小于等于空調系統送風溫度時，采用過渡季通風工況；(3) 冬季：當室外空氣溫度大于車站公共區室內露點溫度，且小于等于5℃時，采用冬季小新風工況。

2.3 存在問題

集中式空調系統存在四類問題：一是風管阻力大、送風距離長、冷量損失大，送風管末端覆蓋區域的溫度達不到設計值；二是風管尺寸大，綜合管線布置困難，吊頂安裝高度低；三是組合空調機組安裝于兩端環控機房內，機房面積大，影響土建規模；四是集中式空調系統采用全范圍的通風換氣或者空調制冷模式，不能對人流密集區域和熱負荷較大的區域進行針對性降溫[2]。由于上述問題的存在，本文提出分散式空調系統，在滿足規范和運營要求的前提下，解決公共區末端區域溫度不達標、管線布置困難、占地面積大等問題。

3 地鐵車站公共區分散式空調系統

地鐵車站公共區作為過渡區域，乘客停留時間較短，研究發現，乘客進站時，平均在站廳公共區停留3分鐘左右，乘客出站時，平均在站廳公共區停留1.5分鐘左右，乘客在站臺公共區的停留時間與地鐵發車間隔有關，人流集散情況存在明顯的區域性，如圖2所示，紅色區域為人流密集區域，黃色區域為人流相對密集區域，綠色區域為人流較少區域，白色區域為人流極少區域。經對天津地鐵車站公共區溫度進行測量，數據顯示，公共區的環境溫度與人流密集程度正相關，人流密集區域的環境溫度要高于設計溫度，人流極少區域的環境溫度要低于設計溫度。究其原因，在于集中式空調系統只能進行全范圍的空調制冷，加上裝修風格、吊頂高度和綜合管線布置等因素的限制，風口多布置在主管道上，導致近設備端的風口風量大，遠設備端的風口風量小，但人流密集區域主要集中在公共區中間區域，且此區域設備發熱量大，采用集中式空調系統的公共區會出現冷熱失調的問題[3]。

圖2 地鐵車站公共區人流分布圖

3.1 系統方案

結合集中式空調系統的優勢，本文提出分散式空調系統。分散式空調系統由設置在兩端環控機房內的新風機組、排風機、排煙風機，設置在站廳公共區和站臺公共區人流密集區域的島式空調，設置在設備區及公共區吊頂內的新風管和排風管，以及設置在風管上的電動風閥構成，系統方案如圖3所示。

圖3 地鐵車站公共區分散式空調系統原理圖

3.2 運行模式

分散式空調系統根據溫濕度測點的反饋數據，在自動控制系統的干預下，實現不同工況的模式轉換。

(1) 空調季：采用最小新風工況，開啟島式空調機組對人流密集區域進行空調制冷，開啟新風機組向公共區補充人員新風。(2) 過渡季：當室外空氣溫度大于5℃，且小于等于空調系統送風溫度時，采用過渡季通風工況，關閉島式空調機組，開啟排風機進行排風，開啟新風機組補充新風。(3) 冬季：當室外空氣溫度大于車站公共區室內露點溫度，且小于等于5℃時，采用冬季小新風工況，開啟新風機組向公共區補充人員新風。

3.3 方案特點

分散式空調系統可以彌補常規集中式空調系統的不足，針對公共區人流密集程度和熱負荷分布，實現局部范圍的定向降溫。分散式空調系統是將小型空氣處理機組進行集成化處理，去掉非必要的單元，再結合地鐵車站的建筑布局和裝修風格，將集約化處理的島式空調機組安裝在特定區域，利用島式空調機組自帶的送風口和排風口，實現局部空調制冷，節約能源。

4 兩種空調系統方案技術分析

4.1 系統方案分析

集中式空調系統的風量和冷量根據公共區所有范圍內的冷、濕負荷進行計算，包括人員、照明、廣告燈箱、售檢票機、通信設備等產熱量以及人員、圍護結構等產濕量，送風管和回排風管的尺寸根據風量及風速確定。

分散式空調系統的島式空調機組冷量根據公共區中間區域的冷、濕負荷進行計算，由于分散式空調系統針對中間區域進行降溫，出入口通道與站廳公共區兩端區域基本無溫差，活塞風導致的出入口熱滲透可以忽略不記，與集中式空調系統相比，島式空調機組冷量要小約20%，新風機組的風量根據人員所需新風量確定，排風機的風量按照換氣次數進行計算，新風管和排風管的尺寸根據風量及風速確定。冷卻水系統、冷水機組、冷凍水系統的設備容量要減小15%左右，此外，島式空調機組可與票亭、樓梯下三角房等區域進行結合布置。

4.2 初投資分析

以天津地區標準地下站為例，集中式空調系統和分散式空調系統的投資對比分析見表1。由此可見，包含土建投資時，分散式空調系統比集中式空調系統節省投資約410.2萬元，不包含土建投資時，節省投資約90.2萬元。

表1 集中式空調系統和分散式空調系統投資對比表

4.3 運行能耗分析

集中式空調系統和分散式空調系統的運行能耗對比分析見表2。由此可見，在不同運行模式下，分散式空調系統比集中式空調系統的能耗下降明顯，其中，小新風模式下，運行能耗降低約29%，全新風模式下，運行能耗降低約27%，通風模式下，運行能耗降低約56%。

表2 集中式空調系統和分散式空調系統運行能耗對比表

5 結語

本文從地鐵車站常規集中式空調系統方案入手，指出空調系統存在的問題與不足，并針對性的提出地鐵車站公共區分散式空調系統，經多方面對比分析后，得出如下結論：分散式空調系統可針對公共區人流密集程度和熱負荷分布，實現局部范圍的定向精準降溫，避免能源浪費，還可以解決機房占地面積大、系統輸配能耗高、綜合管線排布困難等問題，能夠有效節約土建規模和設備出投資，減少空調系統運行費用。