地鐵車站排熱風機兼公共區排煙系統方案探討

吳 進

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

0 引言

地鐵車站通風空調系統一般包括區間隧道通風兼排煙系統(簡稱“區間隧道通風系統”)、車站隧道通風兼排煙系統(簡稱“車站隧道通風系統”)、車站公共區通風空調兼防排煙系統(簡稱“大系統”)、車站設備區及管理用房通風空調兼防排煙系統(簡稱“小系統”)以及車站水系統。隧道通風及大、小系統設備均獨立配置。運營過程中，各系統服務區域不同，相互獨立運行，也可相互聯動。

根據地鐵工程實際運營情況及理論分析研究，業界對車站隧道通風系統設置的必要性提出了異議，本文基于業內研究及工程實際情況，提出排熱風機替代大系統排煙風機的方案，供大家探討。

1 隧道通風系統

地下車站隧道通風系統分為車站隧道通風系統和區間隧道通風系統，車站隧道通風服務范圍為車站屏蔽門外列車停車隧道區域，站臺列車停車范圍以外隧道部分為區間隧道通風系統服務范圍。

區間隧道通風系統主要在列車正常、阻塞、火災運行工況下，區間內的溫度、風速、煙氣流向及氣壓變化滿足規范及技術要求，地鐵車站一般采用雙活塞隧道通風系統，車站兩端分別設置兩組活塞風井、兩臺隧道風機及配套風閥、消聲器等，隧道風機互為備用，也可并聯運行。

車站隧道通風系統主要滿足列車到站后排除列車散熱以及火災工況下排煙需求，系統由排熱風機、消聲器、風閥、土建風道及風口組成，以車站中心里程為界，分為左右兩端，每端設置一臺排熱風機及相應風閥、消聲器等，采用變頻控制。

圖1為某地鐵車站隧道通風系統原理圖，圖中，車站隧道通風系統TEF為排熱風機，DZ，DT，DTH為電動風閥，FD，FDH為防火閥，XSQ為消聲器。區間隧道通風系統不在本文重點討論范圍，故，相關設備未標記符號。

國內地鐵車站排熱風機(TEF-A1，B1)風量一般根據客流量和行車對數等數據，采用軟件模擬計算分析，取值40 m3/s～50 m3/s，風壓600 Pa～800 Pa。本站排熱風機參數為40 m3/s,800 Pa。

正常運營時，TEF,DTH,DT為開啟狀態，軌頂與軌底排風道風量比例為6∶4，由電動風閥調節，防火閥為常開狀態，具體控制策略不贅述。

車站隧道火災工況時，TEF-A1,B1開啟，根據著火的區域選擇性開啟DTH，同時關閉DT，防火閥根據溫度自動熔斷關閉，排熱風機控制策略為：

1)當下行線車站隧道著火時，開啟TEF-A1,B1，開啟DTH-A1,B1，關閉DTH-A2,B2，關閉DT-A1,A2,B1,B2，區間隧道通風系統輔助排煙。

2)當上行線車站隧道著火時，開啟TEF-A1，B1，開啟DTH-A2，B2，關閉DTH-A1，B1，關閉DT-A1，A2，B1，B2，區間隧道通風系統輔助排煙。

地鐵車站其他緊急情況下全通風模式，排熱風機控制策略為：TEF-A1，B1開啟，工頻運行；DTH，DT開啟，且軌頂與軌底排風道風量按6∶4比例調節DTH和DT的狀態。

國內關于設置排熱風機必要性的討論主要有以下觀點：

1)從排熱的角度分析，當地下車站公共區設置了空調系統，室外溫度<車站公共區溫度<軌行區溫度，排熱風機有利；車站公共區溫度<軌行區溫度<室外溫度，排熱風機不利；車站公共區溫度<室外溫度<軌行區溫度，排熱風機利弊需定量分析。

2)從排煙的角度分析，因其功能可由隧道風機替代，故設置的必要性很弱。

3)從工程建設角度分析，因其對土建方案、車站規模、建設工期均有不利影響，設置的必要性也大打折扣。

2 大系統

地鐵車站大系統設備集中布置在車站左右兩端通風空調機房內，原則上每端設置1臺組合式空調機組、1臺回排風機、1臺排煙風機，以及風管、風閥、消聲器、風口等組成。

本文重點討論地鐵車站排煙系統情況，車站A端大系統排煙風機及車站隧道通風系統排熱風機機房布置圖詳見圖2，車站大系統原理圖詳見圖3。

本站站廳層公共區面積為2 550 m2，站臺公共區面積為1 500 m2。按照《地鐵設計規范》中“站廳與站臺的公共區每個防煙分區的建筑面積不宜超過2 000 m2”的要求[1]，站廳、站臺公共區分別劃分兩個防煙分區，分別為防煙分區一～防煙分區四，排煙風機PY-A1,B1分別擔負防煙分區一、三和防煙分區二、四的排煙量。

按照“地下車站站臺、站廳火災時的排煙量，應根據一個防煙分區的建筑面積1 m3/(m2·min)計算，當排煙設備需要同時排除兩個或兩個以上防煙分區的煙量時，其設備能力應按排除所負責的防煙分區中最大的兩個防煙分區的煙量配置”的原則[2]，排煙風機的計算風量為120 000 m3/h，選型風量一般按計算風量乘以1.2的安全系數，即PY-A1,B1選型風量為40 m3/s。對排煙系統最不利管路進行水力計算，系統阻力損失約為800 Pa。

運營模式上，車站大系統分正常運行的空調和通風模式，以及火災情況下的排煙模式。正常運行時根據需求不同，在空調季分小新風、全新風、節能工況以及通風季機械送、自然排，機械排、自然送的模式[3-4]，具體控制策略此處不作贅述。

對于排煙模式，根據區域及防煙分區的不同，制定不同的控制策略。所有控制策略均通過啟、停相關設備以及各區域、各分區風管的電動風閥完成模式轉換。

當A端站廳公共區(防煙分區一)著火時，啟動A端大系統排煙風機，開啟A端站廳層公共區回排風支管上電動風閥，關閉大系統組空、回排風機以及送風管上電動風閥，關閉站臺層公共區排風管上電動風閥；當B端站廳公共區(防煙分區二)著火時，啟動B端大系統排煙風機，開啟B端站廳層公共區回排風支管上電動風閥，關閉大系統組空、回排風機以及送風管上電動風閥，關閉站臺層公共區排風管上電動風閥。

當站臺公共區著火時，除滿足以面積計算的排煙量外，還應滿足站廳到站臺樓梯和扶梯口處具有能夠有效阻止煙氣向上蔓延的氣流，且向下氣流速度不應小于1.5 m/s，因此對于地鐵車站站臺公共區著火時，除了啟動大系統A，B端排煙風機，開啟站臺層公共區排風管上電動風閥，關閉其他無關設備及站廳層排風管上電動風閥外，同時都會開啟隧道通風系統輔助排煙。

3 方案分析

基于以上對車站隧道通風系統及大系統的分析，本文提出由排熱風機替代排煙風機的方案，方案機房布置詳如圖4所示。

本方案相比原方案(見圖2)，取消了原系統中排煙風機PY-A1、止回閥，將PY-A1正壓端排煙風管路徑改接到排熱風機TEF-A1負壓段風道內，并在新的排煙風管上設置電動風閥DTH-A3，系統原理詳見圖1，圖3。圖3左端中，取消排煙風機PY-A1和止回閥，取消b-c段排煙風管，從b點接出一段新排煙風管b-a，并在b-a上增加電動風閥DTH-A3，圖3中a點與圖1中a點對應。

對于排熱風機替代排煙風機的方案，主要從以下幾個方面分析方案可行性：

1)設備參數及方案布置。

當排熱風機選型參數與車站大系統排煙風機選型參數相同，或排熱風機各項參數大于大系統排煙系統需求，且排熱風機的布置滿足大系統排煙需求時，理論上，排熱風機可替代大系統排煙風機[5-6]。

以本站為例，車站大系統排煙風機選型參數：風量40 m3/s、風壓800 Pa，而本站排熱風機設備參數：風量40 m3/s，風壓800 Pa，兩者參數相同；另外根據規范要求，排煙風機宜設置在排煙區的同層或上層，本站排熱風機設置在站廳層，滿足規范要求。對于其他地鐵工程，只要排熱風機風量、風壓與大系統排煙風機風量、風壓相近或者略大，且排熱風機設置在排煙區的同層或上層，均可考慮排熱風機替代大系統排煙風機。

2)功能使用及系統控制。

a.正常運營。關閉大系統排煙風管上電動風閥，即圖3左端中DTH-A3，則車站區間隧道通風系統和大系統兩個系統完全隔斷，互不干擾，可各自行使其職能，運行策略同2，3章節分析。b.火災工況。地鐵規范對地鐵火災的原則是“預防為主、防消結合”的方針，且一條線、一座換乘車站及其相鄰區間的防火設計按同一時間發生一次火災計，車站公共區和車站隧道區域不考慮同時著火的情況。

車站隧道火災時，關閉大系統排煙風管上的電動風閥DTH-A3，車站隧道通風系統與大系統為兩個獨立的系統，車站隧道區域按照章節2中火災工況根據需求執行相應的模式。

車站公共區火災時，關閉車站隧道通風系統軌頂、軌底上的電動風閥DTH-A1，A2，DT-A1，A2，切斷軌頂、軌底風道，打開車站大系統排煙總管上電動風閥DTH-A3，根據車站公共區火災發生區域，分別執行各區域排煙模式，控制策略同章節3中排煙模式的分析。

對于隧道通風輔助車站站臺公共區排煙的情況，有試驗表明，開啟4臺隧道風機輔助排煙，樓扶梯口部風速為4.1 m/s～6.7 m/s，開啟2臺排熱風機輔助排煙時，樓扶梯口部風速為1.3 m/s～1.9 m/s，可以看出，排熱風機輔助站臺層公共區排煙的效果不佳，且僅開啟隧道風機輔助排煙即可滿足要求。

因此由排熱風機替代大系統排煙風機對大系統及車站隧道通風系統均影響不大。

3)工程建設及投資。

從建筑布置而言，替代方案，減少了專用排煙機房的設置，可取消此部分土建初投資。另外，每個地鐵車站減少2臺大系統排煙風機，可相應減少了動力配電、供電系統以及綜合監控等專業的相關配置，也可以節省一部分設備初投資，并優化運營維護管理成本。因此，排熱風機替代大系統排煙風機有一定的經濟價值。

4 結語

目前，國內地鐵工程建設過程中，暫未有城市完全取消排熱風機的設置。

基于業內對排熱風機設置必要性存有異議，為充分利用排熱風機，結合以上方案分析及工程實際情況，認為在符合設計條件的情況下，用排熱風機替代大系統排煙風機有一定的可行性及利用價值。

因此，建議有條件的地鐵車站可考慮由排熱風機替代大系統排煙風機的設計方案。