關(guān)于車站中部設(shè)置環(huán)控機房的地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計探討

王 龍，王培海

（成都市建筑設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610015）

1 引言

地鐵由于其運量大、速度快、時效性高、低碳節(jié)能等優(yōu)點，在各大城市中得到越來越多的應(yīng)用。自1965年我國第一條地鐵建造以來，行業(yè)內(nèi)已積累豐富的建造運營經(jīng)驗。環(huán)控系統(tǒng)作為地鐵重要組成部分，經(jīng)過長期的經(jīng)驗積累和實踐，已形成成熟的地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計形式，能夠很好的適應(yīng)土建布置并實現(xiàn)預(yù)期功能。傳統(tǒng)地鐵環(huán)控系統(tǒng)一般以車站中心里程為界，左右兩端土建空間分別設(shè)置獨立通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)負責(zé)對應(yīng)區(qū)域空氣處理，車站兩端分別設(shè)置環(huán)控機房容納各自環(huán)控設(shè)備，此種設(shè)置方式能與建筑布局高度契合、且各系統(tǒng)分工明確，但其缺點是大系統(tǒng)、水系統(tǒng)運輸能耗高，大系統(tǒng)管路占用設(shè)備區(qū)空間過大等。針對傳統(tǒng)環(huán)控系統(tǒng)布置形式的不足，本文提出在車站中部設(shè)置環(huán)控機房的全新系統(tǒng)布置形式，同時將該系統(tǒng)布局形式在成都地鐵某車站項目中進行實踐應(yīng)用。

2 土建布局

常規(guī)車站布局是公共區(qū)置于車站中部，車站兩端分別設(shè)置設(shè)備管理用房、環(huán)控機房、新風(fēng)井、排風(fēng)井、活塞風(fēng)井，共設(shè)風(fēng)井8個，其中主要設(shè)備管理用房集中布置于一端（設(shè)備區(qū)大端）。中部設(shè)置機房與傳統(tǒng)兩端分設(shè)機房的建筑布局有較大差異。如圖1所示，中部設(shè)置環(huán)控機房布局形式增加外掛區(qū)，將環(huán)控機房和部分設(shè)備管理用房設(shè)置在外掛區(qū)，車站整體長度減短，設(shè)備管理用房仍盡量往一端集中分布，僅在車站中部站廳層、站臺層分設(shè)環(huán)控機房，緊鄰機房設(shè)置新、排風(fēng)道，站廳站臺共用新、排風(fēng)井，活塞風(fēng)井仍兩端分別設(shè)置，車站共設(shè)6個風(fēng)井。中部設(shè)置環(huán)控機房的布局形式相較于常規(guī)車站布局減少1個新風(fēng)井和1個排風(fēng)井，這樣需伸出地面的風(fēng)亭建筑總數(shù)量和面積都相應(yīng)減少，有利于減少征地及地面景觀配合等。

3 各系統(tǒng)布局設(shè)置

3.1 隧道通風(fēng)系統(tǒng)

隧道通風(fēng)系統(tǒng)由區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)和軌行區(qū)排熱系統(tǒng)組成。中部設(shè)置環(huán)控機房車站區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)和傳統(tǒng)車站布置稍有差異，為縮減車站規(guī)模，將外掛側(cè)隧道對應(yīng)隧道風(fēng)機及風(fēng)閥設(shè)置在站臺層外掛部分，另一側(cè)隧道對應(yīng)隧道風(fēng)機及風(fēng)閥設(shè)置在站廳層。

傳統(tǒng)軌行區(qū)排熱通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖2所示，中部設(shè)置環(huán)控機房的軌行區(qū)排熱通風(fēng)系統(tǒng)圖如圖3所示，2種布局設(shè)置差異較大。中部設(shè)置環(huán)控機房布局中站臺層排風(fēng)道做雙層，上層為排風(fēng)道，下層為排熱風(fēng)道，排熱風(fēng)機及風(fēng)閥布置在排熱風(fēng)道內(nèi)。和傳統(tǒng)布局一樣，每臺排熱風(fēng)機負責(zé)所在端左、右線兩條隧道的一半軌行區(qū)排熱或排煙。傳統(tǒng)布局中排熱風(fēng)機分設(shè)在車站兩端的排熱機房內(nèi)，無法實現(xiàn)備用功能。設(shè)備區(qū)大端排熱風(fēng)道需跨越設(shè)備區(qū)，與環(huán)控機房設(shè)置于車站中部的模式相比，機房風(fēng)道長度多出大約40 m，有配線段則排熱風(fēng)道長度將更長。將排熱風(fēng)機設(shè)在中部，2臺風(fēng)機比鄰設(shè)置，可實現(xiàn)互為備用，提升設(shè)備利用率和系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時由于閥門、風(fēng)機、消聲器等設(shè)備布置集中可增加運營維護便利度。且排熱風(fēng)道不需要跨越設(shè)備區(qū)、配線段，最不利環(huán)路僅需縱向跨越站臺公共區(qū)，相比傳統(tǒng)模式管路長度減少，環(huán)路阻力減小，排熱風(fēng)機選型功率降低。

3.2 大系統(tǒng)

傳統(tǒng)大系統(tǒng)示意圖如圖4所示，在車站兩端各設(shè)一套空氣處理設(shè)備分別負責(zé)公共區(qū)兩端的空氣處理，該系統(tǒng)布局形式最大的弊端在于氣流輸送能耗大且管線對設(shè)備區(qū)層高影響較大，此外，設(shè)備區(qū)大端大系統(tǒng)管路需要橫穿整個設(shè)備區(qū)，造成送回風(fēng)、排煙等工況時空跑嚴(yán)重。由于地下空間建造成本高，地鐵建設(shè)時都會考慮控制規(guī)模，所以一般設(shè)備區(qū)空間有限，但設(shè)備區(qū)又是各專業(yè)管線最集中的地方，縱橫穿插、層層疊疊，并需要預(yù)留檢修維護空間，在這樣的情況下大尺寸的大系統(tǒng)風(fēng)管從中間通過，會給各專業(yè)管線的綜合布置帶來極大困難。為解決以上2個問題，部分有條件的車站將大系統(tǒng)集中設(shè)于設(shè)備小端，采用單端送排風(fēng)的系統(tǒng)形式，如圖5所示，但該布局模式也非完美，根據(jù)GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定防煙分區(qū)內(nèi)任一點與最近的排煙口之間的水平距離不應(yīng)小于30 m，結(jié)合地鐵車站具體情況及控制模式，大系統(tǒng)單端布置時仍需在車站兩端設(shè)排煙系統(tǒng)，依然存在1條大尺寸的排煙管穿越設(shè)備區(qū)大端，且單端送風(fēng)會使單根風(fēng)管攜帶的風(fēng)口數(shù)量加倍，會增大風(fēng)量平衡的調(diào)節(jié)難度。采用中部設(shè)置環(huán)控機房，其大系統(tǒng)示意圖如圖6所示，站廳、站臺層各設(shè)1 套大系統(tǒng)空氣處理設(shè)備和排煙風(fēng)機，各自獨立負責(zé)站廳站臺層的空氣處理和排煙。風(fēng)管不需要經(jīng)過設(shè)備區(qū)，直接從車站中部進入公共區(qū)，風(fēng)管總長度減小，因單根風(fēng)管所接風(fēng)口數(shù)量和傳統(tǒng)布置一樣，風(fēng)口風(fēng)量平衡調(diào)節(jié)難度并未增加。

其次，根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》、GB/T 51357-2019《城市軌道交通通風(fēng)空氣調(diào)節(jié)與供暖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，當(dāng)?shù)叵萝囌静捎每照{(diào)系統(tǒng)時，地下車站公共區(qū)夏季室內(nèi)空氣計算溫度應(yīng)符合：站廳中公共區(qū)的空氣計算溫度應(yīng)低于空調(diào)室外空氣計算干球溫度2～3℃，且不應(yīng)超過30℃；站臺公共區(qū)的空氣計算溫度應(yīng)低于站廳的空氣計算溫度1～2℃。傳統(tǒng)布局模式大系統(tǒng)是站廳站臺公共區(qū)回風(fēng)混合后經(jīng)1套組合式空調(diào)箱處理后送出。實際控制時較難以站廳、站臺實際溫度與設(shè)計溫度比對后通過調(diào)節(jié)風(fēng)機風(fēng)量和電動二通閥開度來準(zhǔn)確調(diào)節(jié)溫度，只能以混合后的回風(fēng)溫度作為調(diào)節(jié)依據(jù)，而混合后的回風(fēng)溫度并不能準(zhǔn)確反映站廳站臺各自的實際溫度。如果站廳站臺溫度都是同向偏離設(shè)計值調(diào)節(jié)結(jié)果較準(zhǔn)確，如果不是同向偏離設(shè)計值調(diào)節(jié)結(jié)果就會出現(xiàn)站廳溫度越靠近設(shè)計值站臺溫度就越偏離設(shè)計值，站臺溫度越靠近設(shè)計值站廳溫度就越偏離設(shè)計值的現(xiàn)象，造成實際室溫偏離設(shè)計值大、舒適性降低、能量浪費的問題。采用中部設(shè)置環(huán)控機房的布局模式則不同，站廳站臺空調(diào)系統(tǒng)互相獨立，自控邏輯簡單清晰，且排煙系統(tǒng)的獨立設(shè)計也增加排煙功能的可靠性。

3.3 小系統(tǒng)

小系統(tǒng)劃分原則和常規(guī)做法一致，按與空調(diào)負荷中心距離最近的原則將小系統(tǒng)設(shè)備分別放置站廳站臺層環(huán)控機房。常規(guī)設(shè)計中由于設(shè)備用房分別布置在車站兩端，為滿足各專業(yè)設(shè)備用房空氣環(huán)境要求需設(shè)置2套空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)備大端1套，設(shè)備小端1套。當(dāng)環(huán)控機房設(shè)置在車站中部時，可將2套系統(tǒng)合并為1套。風(fēng)系統(tǒng)最不利環(huán)路阻力與常規(guī)設(shè)計相比相差不大，但是設(shè)備數(shù)量減少，控制模式相應(yīng)也減少，方便運營維護，降低建造成本。

車站一般會在設(shè)備大端靠近公共區(qū)處設(shè)置車站衛(wèi)生間，GB 50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，衛(wèi)生間單獨配備1套獨立排風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)量約7 000 m3/ h，常規(guī)設(shè)計中會把系統(tǒng)的風(fēng)機設(shè)于設(shè)備大端環(huán)控機房，風(fēng)管將橫穿整個大端設(shè)備區(qū)，和大系統(tǒng)風(fēng)管一樣存在擠壓設(shè)備區(qū)安裝空間和輸送能耗高的問題，且末端排風(fēng)效果不佳。或采取從就近出入口通過風(fēng)管排出室外，這樣雖解決不侵占設(shè)備區(qū)空間的問題，但需單設(shè)機房及排風(fēng)井，增加室外占地面積及土建成本，同時受地面因素和出入口長度的影響，管路長度依然可能很長。采用車站中部設(shè)置機房的方式能很好解決公共衛(wèi)生間排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置問題，機房設(shè)于車站中部，距離衛(wèi)生間距離較近，系統(tǒng)管路長度較常規(guī)布局模式縮短約60 m，且管路不穿越主要設(shè)備區(qū)，空間壓力不大。

3.4 水系統(tǒng)

冷凍機房設(shè)置在站廳層，和環(huán)控機房共用，與冷負荷緊鄰布置。與傳統(tǒng)設(shè)置方式相比，原設(shè)備小端空調(diào)末端的冷凍水不需要再橫跨設(shè)備大端設(shè)備區(qū)和公共區(qū)，長出入口的冷凍水也不需要穿越大端設(shè)備區(qū)，減輕設(shè)備區(qū)空間壓力，降低整體運輸能耗。冷卻塔設(shè)置在離冷水機組更近一端的風(fēng)亭附近地面，冷卻水系統(tǒng)輸送能耗和常規(guī)設(shè)計布局相當(dāng)。

4 難點解決

4.1 設(shè)備管理用房布置

采用中間設(shè)置環(huán)控機房方案對應(yīng)建筑布局一般是大外掛形式，整體房間布置和傳統(tǒng)車站有較大差異。設(shè)備管理用房布局以左線隧道和車站中心里程線為分界線劃為4個象限，中心里程左側(cè)為左端，右側(cè)為右端，左線隧道上部為外掛設(shè)備區(qū)，以下為車站主體區(qū)。站臺層外掛區(qū)與主體間被左線隧道隔開，管線無法跨越軌行區(qū)設(shè)置，所以主體站臺層部分設(shè)備管理用房環(huán)控系統(tǒng)管線必須引自站廳層。同時，由于環(huán)控機房設(shè)置在車站中部，所有管線都需從環(huán)控機房向外走線，布置管線的空間條件局促，為便于布管，宜與建筑專業(yè)協(xié)同配合，盡可能將同種類型的房間集中布置在1個象限或者2個接近的象限內(nèi)。

4.2 大系統(tǒng)和軌頂排熱系統(tǒng)過軌

站臺層外掛區(qū)和主體間由于左線隧道的分隔，右線軌頂排熱風(fēng)道和大系統(tǒng)送回風(fēng)管穿越左線隧道難度大。右線軌頂排熱風(fēng)道采用軌底過軌風(fēng)道的方式穿越站臺公共區(qū)，再于右線主體壁面設(shè)置豎向風(fēng)道接入軌頂排熱風(fēng)道。大系統(tǒng)從站臺外掛區(qū)進入到站臺公共區(qū)有2種方式：一種方式是緊鄰排熱風(fēng)過軌風(fēng)道設(shè)置大系統(tǒng)過軌通道，大系統(tǒng)風(fēng)管從站臺層環(huán)控機房引入過軌通道進入站臺層公共區(qū)中部位置，并在進入站臺層公共區(qū)的地方設(shè)置風(fēng)室以容納豎向風(fēng)管；另一種方式是在站臺層公共區(qū)設(shè)土建過軌風(fēng)道，該風(fēng)道緊貼站廳層中板設(shè)置，該方案的優(yōu)點是整體管路壓損將減少，公共區(qū)安裝空間相對充裕，不用設(shè)置影響公共區(qū)裝修景觀的土建風(fēng)室，外掛部分區(qū)和主體部分土建專業(yè)整體性更好，但因其標(biāo)高與軌頂風(fēng)道沖突，會將軌頂風(fēng)道截斷，同時站臺層公共區(qū)層高需增加約1 050 mm。經(jīng)比較分析，優(yōu)先采用在站臺層公共區(qū)貼中板設(shè)土建過軌風(fēng)道的方案。

5 系統(tǒng)應(yīng)用限制與不足

環(huán)控系統(tǒng)的設(shè)置和建筑布置形式密不可分，車站中部設(shè)置環(huán)控機房的形式將帶來建筑布局和常規(guī)車站比較大的不同，首先需要部分設(shè)備用房外掛，車站和常規(guī)車站相比長度減少約100 m，寬度增加約14 m，站廳站臺凈高較常規(guī)車站更高。這樣就造成車站整體外輪廓和常規(guī)車站有較大出入。由于土建在地鐵建造總成本中占絕對大比重，采用本文論述環(huán)控系統(tǒng)設(shè)置形式需在不增加總成本并滿足土建各專業(yè)要求的前提下進行。需綜合分析土建成本、站位選擇、車站輪廓限制條件等的影響以決定是否適合采用此種形式。

6 結(jié)論

在車站中部設(shè)置環(huán)控機房和冷凍機房可使冷水機組和各空調(diào)末端間的距離減小，軌頂排熱通風(fēng)系統(tǒng)、大系統(tǒng)、小系統(tǒng)設(shè)置形式可以得到優(yōu)化，有效解決常規(guī)設(shè)置方式中大端設(shè)備區(qū)安裝空間緊張、輸送能耗大、大系統(tǒng)控制邏輯模糊等問題。由于車站總體層高的加高，整體安裝檢修條件、公共區(qū)裝修造型都較常規(guī)做法有更大的施展空間。出地面風(fēng)亭建筑總數(shù)量和面積都有所減少，有利于減少征地及地面景觀配合等。在土建專業(yè)具備中部設(shè)置環(huán)控機房條件的前提下綜合分析成本、功能等，若功能均能滿足，成本相差不大，可以考慮采用此種方式。