天津地铁解放桥站环控系统设计

何 峰,高 博

(1.铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251;2.天津城建设计院有限公司,天津 300251)

1 工程概况

天津地铁 3号线解放桥站地处天津商业中心,位于解放北路、滨江路、松江路、张自忠路之间,其北端是天津站站,南端是和平路站,站中心里程 DK13+712.647,为曲线车站,是天津地铁标志性车站之一。车站为双柱三跨地下三层岛式车站。地下一层为站厅层,净高 8.65m,公共区面积约4300m2,地下二层为设备层,地下三层为站台层。车站总长度为 127.7m,标准段内净宽度为 27m,有效站台长度 118m;站厅层公共区面积约5337m2,站台层公共区面积约1399m2。车站设备管理用房设置在地下一层、地下三层两端,地下一层的夹层内及地下二层。在车站两端地面上分别设有 1座活塞/机械通风亭、1座进风亭和 1座排风亭。

由于该站站厅层为地下高大空间,在国内地铁环控设计项目中属于首例,其空调通风系统形式、气流组织方式及防排烟模式均与普通地下车站不同,文章在介绍整个车站环控系统构成的基础上着重阐述站厅层公共区环控系统设计特点及难点,为今后类似工程设计提供一定的借鉴意义。

2 车站环控系统构成

解放桥站环控系统由以下 5部分组成[1]。

(1)车站站厅和站台公共区通风、空调兼排烟系统(简称大系统)

由于车站为地下三层车站,因此站厅、站台大系统独立设置,系统采用一次回风全空气空调系统,新风均统一处理。站厅层大系统由 2台组合空调机组、2台回排风(兼排烟)风机、两台空调新风机、30台远程射流风口及相应的风阀、风道等组成。站台层大系统由2台组合空调机组、2台回排风(兼排烟)风机、2台空调新风机及相应的风阀、风道等组成。为了适应不同运行工况,组合式空调机组采用变频调节风量方式、节能运行、回排风机也均为变频耐高温风机。

(2)区间隧道活塞通风、机械通风、排烟系统(简称隧道通风系统)

隧道通风系统由 2台TVF(隧道通风兼排烟风机、可逆耐高温)风机、2台 TUO(轨顶、站台板底排热兼站台辅助排烟风机,同时兼隧道通风、排烟风机)风机及相应的风阀、风道等组成。TUO风机正常工况变频运行为车站排热系统服务,车站站台火灾时辅助站台排烟,区间事故或火灾时,通过阀门切换与 TVF风机联合运行,保证区间通风及排烟要求。

(3)车站设备及管理用房通风、空调、排烟系统(简称小系统)

车站设备及管理用房根据功能及工艺要求,依照相关规范设置相应的通风、空调、排烟系统[2～4]。

(4)车站空调制冷水系统(简称水系统)

车站水系统根据服务对象不同,分为大系统水系统和小系统水系统,大小水系统独立设置。大系统水系统主要服务对象为站厅、站台大系统组合空调机组,冷源选用 2台水冷螺杆式冷水机组,冷量调节范围15%～100%无级调节,同时配备 2台冷却水循环泵、2台冷冻水循环泵、2台冷却塔以及一套定压补水装置,冷却泵、冷冻泵、冷却塔与冷水机组一对一服务。小系统水系统主要服务对象为小系统空气处理器,冷源选用 1台风冷式冷水机组,一台冷冻循环泵,一套定压补水装置。

(5)车站屏蔽门外车轨区域轨顶、站台板下排热和排烟系统(简称排热系统)

排热系统由 2台 TUO风机及相应的风阀、轨道风道、站台板下风道等组成。TUO风机为变频可逆耐高温风机[5]。

车站大系统、隧道通风系统、排热系统系统原理如图1所示。

图1 车站大系统、隧道通风系统、排热系统系统原理

3 站厅层环控系统设计

3.1 设计难点

(1)解放桥站站厅层公共区面积约5337m2,净高8.65m,为典型的地下高大空间,其空调系统形式及气流组织是环控系统设计成败的关键因素。同时,空调系统形式及气流组织方式的选择还需同公共区排烟相结合。

(2)解放桥站之所以为天津地铁 3号线标志性车站之一,除了其地理位置之外,最主要的就是站厅层装修为拱顶欧式风格,为了体现装修的宏伟效果,因此环控风管及风道布置尽量少占用垂直方向的空间,也是环控系统设计应着重注意之处。

3.2 站厅层公共区环控系统形式选择

解放桥站站厅公共区环控系统需满足以下要求。

(1)因为地处天津商业中心,客流量大、乘客密集,因此,需适应新风量大、热负荷大、所需通风换气量大的特点,同时还需保证公共区空气品质。

(2)解放桥站为地下车站,环控系统既要满足空调季空气调节又要满足通风季通风以及满足冬季最小新风的送风要求。

(3)环控系统不仅要满足空调、通风的需要,还需满足排烟要求。

环控系统形式主要包括风机盘管加新风系统及全空气系统,为了满足上述需求,风机盘管加新风系统不适用于本工程,因此,站厅层公共区环控系统采用一次回风全空气空调系统、回排风机兼排烟。空调季,室外新风和公共区回风空气在混风室混合后,通过空调处理机组集中对混合后的空气进行过滤、冷却等处理,保证空气品质及温湿度要求;通风季,关闭小新风机和混风阀,空调冷源关闭,空气处理机组直接送新风,回排风机直接将站内热空气排至大气,保证公共区通风换气及温度控制要求;冬季,关闭空气处理机组及回排风机,仅开启小新风机通过盘通风管对公共区送风,保证人员最新新风要求。

3.3 气流组织及系统布置

(1)气流组织形式确定

普通地下地铁车站公共区,因为装修吊顶一般在3m左右,所以气流组织形式一般为上送上回形式,但解放桥站装修为了最大限度的保证高大空间的视觉效果,吊顶要求尽可能的高,保证吊顶到地面满足 8m净高,上送上回的气流组织形式不适用于该工程。

同时,参考目前国内地面高大空间空调系统设计[6～8],置换通风这种新型的通风方式在舒适性空调中已经取得了很大的成功,但由于置换通风的原理就是利用室内空气的分层温度梯度达到空气置换流通的目的,送风口一般设置于地板上,由于该站需要尽可能的保证垂直净高,因此地板下不能设置送风夹层,置换通风也不适用于该工程。

通过上述分析,同时为了保证有效的组织排烟,解放桥站厅层公共区气流组织形式采用:侧送风,顶回风(兼排烟)分层控制[8～9]。侧送风即在公共区四周布置送风口,可以对公共区温度进行分层分区域控制,最大力度保证客流流动区域具有较高的舒适性;同时顶部布置回风兼排烟风管既能满足排烟的要求,又保证占用公共区垂直方向的空间最小。

(2)系统布置

结合站厅层公共区建筑布局,在左下角及右上角分别设置 1间环控机房,内部分别布置 1台组合空调机组、1台回排风兼排烟风机、1台小新风机并设置相应的回排风道及混风室等。

通过对比设置送风静压室与送风静压箱所需的保温成本(静压室保温材料采用刷复合硅酸镁涂料、静压箱保温材料采用复合硅酸镁板),可以发现送风静压室保温成本低,所以,在站厅层公共区四周夹层设置送风静压室;同时,为了使公共区气流分布更加均匀以及具备更好的调节性,本系统在静压室外墙上布置了30台配备加压风机的远程射流风口,风口可以自由调整角度,风口噪声值小于 60dB,有效射程 26m,结合射流风口的喷射曲线,保证需要控制区域 2m高度左右 0.5m/s的风速(乘客舒适度最高),风口布置高度在 6m左右。

由于,车站公共区面积5337m2,因此根据地铁车站公共区防烟分区面积不大于1500m2的规定[10],同时结合公共区装修情况,将站厅公共区分为 4个不规则的防烟分区,每个防烟分区面积在1300m2左右,在公共区顶部根据分区情况布置相应的回排风兼排烟风管,风管端部设置电动排烟防火阀,火灾工况时实现分区排烟;排烟风管汇总后连接到两个环控机房内的回排风兼排烟风机上,保证及时有效地排除车站内热量同时满足消防排烟要求。

综上所述,解放桥站站厅层环控系统平面布置如图2所示。

4 结论

解放桥站是国内首座地下高大空间地铁车站,站厅层公共区环控系统设计采用了一次回风全空气系统,气流组织形式采用侧送上回(兼排烟)方式,送风末端配备远程射流风口,较好的解决了高大空间的温湿度控制,同时,上回兼排烟保证了有效排除热量且满足地铁车站公共区的排烟要求,该气流组织形式占用公共区垂直空间也是最小的,与装修较好的结合,充分体现了高大空间的视觉效果。

该站环控系统目前处于施工阶段,由于系统选用了能效比高,能量调节范围大(15%～100%无级调节),部分负荷时调节特性好,配备先进微电脑控制的冷水机组;排热风机、组合式空调机组、回/排风机采用变频调节风量方式、节能运行,具备很好的运营节能基础。

图2 解放桥站站厅层环控系统平面布置

[1] 天津地铁 3号线工程设计总体组.天津地铁 3号线工程施工设计技术要求[Z].天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司,2008.

[2] GB50157— 2003,地下铁道设计规范[S].

[3] GB50016— 2006,建筑设计防火规范[S].

[4] GB50019—2003,采暖通风与空调设计规范[S].

[5] 李高潮.地铁空调系统采用变频调速可行性的探讨[J].能源研究与信息,2003(4).

[6] 谭良才.高大空间恒温空调气流组织设计方法研究[J].暖通空调,2002(2).

[7] 关雁鸣.某高大空间厂房分层空调系统节能设计[J].建筑节能,2010(3).

[8] 吴喜平.送风方式对高大建筑空间空调节能的影响研究[J].流体机械,2000(11)

[9] 张会冰,徐 丽,冯 炼.高大空间建筑的空调节能措施[C].铁路暖通空调专业 2006年学术交流会论文集,2006.

[10] GB50490—2009,城市轨道交通技术规范[S].