地鐵屏蔽門系統智能通風窗的研究

魏九妹

摘 要：根據國內地鐵通風空調系統的技術特點，可在車站與區間隧道間增加可控制的電動通風窗。在空調季節，通過關閉通風窗將區間隧道與車站隔離，可減少車站冷量的損失。在非空調季節，通過開啟通風窗將區間隧道與車站連通，充分利用列車運行產生的活塞風對車站進行通風，可減少風機的開啟時間。同時，根據現場實際通風需求，對現有通風模式進行優化，可全面降低通風空調系統的能耗。

關鍵詞：屏蔽門 智能通風窗 節能

Research on Intelligent Ventilation Window of Metro Platform Screen Door System

Wei Jiumei

Abstract：According to the technical characteristics of the domestic subway ventilation and air-conditioning system， controllable electric ventilation windows can be added between the station and the section tunnel. In the air-conditioning season， by closing the ventilation windows to isolate the section tunnel from the station， the loss of station cooling can be reduced. In the non-air-conditioned season， the section tunnel is connected to the station by opening the ventilation window， and the piston wind generated by the train operation is fully utilized to ventilate the station， which can reduce the opening time of the fan. At the same time， according to the actual ventilation demand on site， the existing ventilation mode is optimized， which can reduce the energy consumption of the ventilation and air-conditioning system in an all-round way.

Key words：screen door， intelligent ventilation window， energy saving

地鐵在國內外作為城市交通的重要手段，被廣泛采用，它已經歷了140多年的發展，相當成熟。與此同時，節能問題已成為地鐵系統領域的一個重要課題，其中，地鐵活塞風研究備受眾人關注。根據文獻報道，現在的研究多集中于對活塞風形成原因及自身特點的研究，活塞風對隧道內列車及站臺層各部分影響效果研究較少，而活塞效應對站臺層各單元能耗影響，以及活塞風對候車乘客舒適程度的影響研究幾乎沒有。

1 研究背景

可調通風窗屏蔽門主要針對地下車站，綜合考慮車站位置、環境、整體結構等方面。地鐵中站臺門形式多樣，空調系統的通風方式也多樣，現階段用于解決地鐵活塞效應的節能措施有兩種：一種是將列車行駛的隧道和站臺層分割為兩個相互獨立的空間而設置的站臺屏蔽門，這樣可以阻隔活塞風對站臺層的不利影響;另一種是在地鐵屏蔽門上方設置通風窗，可以進行人工控制其開啟和關閉，從而達到既能利用活塞風優點又能避免其缺點的目的。

地鐵建設工程中最重要的部分是通風空調系統，通風空調系統在列車正常行駛時給全車人員提供一個環境舒適的空間，使每個人都有一段愉快的旅程;而在發生火災或其他緊急情況時，通風空調系統能夠迅速排煙，保護乘客人身安全，平時還能起到防災的作用。但是，通風空調系統的不足之處是工作時能耗太高，有統計學數據表明，通風空調系統在地鐵各單元中電負荷最高，達40%。因此，要想降低地鐵工程中通風空調系統的能耗，就要從通風空調系統的設計、運行模式等方面入手，最終實驗節能減排的目標。

2 智能可調通風窗屏蔽門系統

2.1 地鐵屏蔽門系統原理

在屏蔽門的固定門或滑動門上部裝上可以智能調節的通風窗就成了可調通風窗屏蔽門系統，通風窗的通風閥采用電動設置，可根據設定的溫度、濕度、壓強等條件，可進行自動調節通風窗開合角度，從而達到自動控制的目的。

具體控制模式分為空調季節和非空調季節。其中，空調季屏蔽門上的通風窗是全關閉的，與傳統的屏蔽門運行方式相同，采用空調模式，這樣可以有效的阻隔軌行區與站臺區之間的空氣流通，不僅可以提高乘客在等候地鐵過程中的舒適性，減少地鐵車站內空調運行能耗，還可以減小空調機組裝機容量，起到節能的作用;非空調季屏蔽門通風窗啟動，通風窗的通風閥門開啟，此時，屏蔽門軌行區與站臺區可進行氣流交換，根據設定條件智能調節通風窗窗口開合大小，根據列車運行形成的活塞風及通風井對站內的環境進行調節，列車形成的活塞風帶動站臺內空氣循環，流動的空氣增加了候車乘客的舒適性，地鐵環境質量也更高，并且還降低了地鐵站較大設備運行時間及熱量，實現節約能源的目的。

2.2 地鐵可調通風窗屏蔽門系統特點

（1）在機房面積、設備布置上，智能可調通風窗屏蔽門與傳統的屏蔽門通風空調系統相同，這樣可以滿足地鐵內部通風、空調、消防排煙的功能要求。

（2）智能可調通風窗屏蔽門系統在設計施工增加了活塞風道、排風道，車站施工規模有所增加，同時需要增設通風閥的控制電機，成本上有所增加。

（3）與傳統屏蔽門系統相比，智能可調通風窗屏蔽門系統在春秋季節可以充分利用地鐵站內活塞風來冷卻乘客所在公共區的溫度，從而降低春秋季節地鐵通風系統的運行負荷，從而節約運行費用。

（4）對于北方地區，春秋季節相對較長，通過對地鐵全年消耗能量的數據分析可得，智能可調通風窗屏蔽門系統每年可節省電能消耗量23.4%、節約地鐵運行費用26%，并且，當地過渡季節越長，智能可調通風窗屏蔽門系統節約能源的優勢越明顯[1]。

2.3 活塞風影響分析

列車的活塞作用是指當列車在既定隧道內軌道安全行駛時，隧道中的空氣順著列車運行的方向流動，在這個過程中形成的氣流稱為活塞氣流。當列車到達目的地時，隧道內易形成較大正壓強，活塞風由出入口流出。列車從出站口出發時，隧道內易形成較大負壓強，能將出入口的新空氣吸入。由于列車在進站和出站過程中易形成活塞效應，這就使隧道內空氣與隧道外空氣的交換成為可能，一方面增加了通風空調系統在溫度較高月份的冷卻耗能，另一方面降低了空調系統在溫度較低月份的冷卻耗能。列車的活塞效應在冬季和過渡性季節能有效解決機械設備冷卻時間及能耗，與此同時，也解決了在冬季和過渡季節站臺層空間新鮮空氣不足及空氣質量下降等問題。在列車進出站過程中，活塞風將隧道內列車啟動散發的熱量和列車到站制動散發的熱量帶入站臺層，在夏季，活塞風通過出入口將地鐵站外高溫空氣帶入，這將增加地鐵站空調系統冷卻能耗。

2.4 可調智能通風窗設計

根據對活塞風對地鐵的影響，為充分利用活塞風調節站內空氣環境，按照設計要求，可調通風窗屏蔽門系統的通風口的大小要根據設定的溫度、濕度、壓強等條件，可進行自動調節通風窗開合角度。在實驗室就行模仿實驗測試，該設備的組成部分為：溫濕度傳感器、壓力傳感器、可控扇葉、控制面板、電機。

通過溫濕度傳感器探測軌行區和站臺區兩側的溫濕度，通過壓力傳感器探測通風窗兩側的風壓力差，同時將采集到的溫濕度、壓力數值上傳到控制終端，控制電機正反裝開合扇葉。

智能通風窗調節系統由一個主控制單元和多個分控制單元組成，智能通風窗調節系統可通過主控制單元對通風窗進行全面控制，也可通過主控制單元對單個或多個分控制單元進行通風窗控制。

智能通風窗調節系統主控制單元要想提高產品的可靠性及穩定性，可通過設置雙通道，當地鐵智能通風窗調節系統一路控制電路出現問題時，能自動換到另一路，同時主控制單元還能記錄損壞電路的故障情況，供工作人員分析。

具體控制過程：通過分析溫濕度傳感器與壓力傳感器的監測數據，根據控制算法判斷標準值與測定值大小，同時，根據軌行區隧道中壓力傳感器監測到壓力數值判斷風壓的正負值。如果隧道內溫度和空氣濕度比值高于國家參考標準比值，并且隧道內風力壓強值比國家參考標準值小，且隧道內風力壓強值為正時，通風窗的扇葉經系統命令控制打開，隧道內活塞風通過通風窗進入站臺層用于冷卻空氣或輔助機械冷卻。軌行區隧道中風力壓強值為負且室外風力壓強值低于系統設置的參考標準值，扇葉經系統命令控制打開，此時，地鐵外壓力值低的新鮮空氣通過扇葉進入地鐵內。若室外壓力值低于國家參考標準值而隧道內壓力值高于國家參考標準值，扇葉經系統命令控制關閉，活塞風無法進入站臺層，這樣可以避免活塞風對地鐵空間環境的不利影響。

3 結語

（1）通過實驗設計分析，采用智能可調通風窗屏蔽門系統符合地鐵設計規范對區間隧道內空氣溫度的要求。

（2）采用智能控制系統可根據設定模式進行空調季節和非空調季節選擇，屏蔽門的通風窗口既可以開啟又可以關閉，這樣可以需要使用空調的季節，最大程度發揮活塞風的節能優勢，又可以在不需要使用空調的季節，充分利用活塞風，實現節能。

（3）采用智能控制系統，在非空調季節，可根據設定的溫度、濕度、壓強等條件，自行調節通風窗口大小，更加智能精準的調節站內環境。

（4）智能通風窗屏蔽門系統的優勢顯而易見，他作為一種新的站臺門系統，不僅能夠降低空調系統在其使用季節的能量消耗，節約費用，還能實現綠色交通可持續發展，達到國家對軌道交通的環境質量要求，營建一個舒適宜人的地鐵空間。

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