昆明地铁标准地下车站通风空调大系统设计

熊胜益

摘要:本文以巫家坝站为例，介绍了昆明地铁标准地下车站的大系统设计思路。结合昆明的建筑热工分区特点，全地下线采用站台设置全高安全门的开式通风(含活塞通风)系统，并阐明了车站公共区不设空调系统的原因。大系统采用送风兼排烟的方式，不仅可降低分设系统的投资成本及控制难度，还能节省公共区有限的空间资源。大系统设计应根据公共区的余热分布和建筑防火分区特点，结合装修吊顶造型，合理划分防烟分区及布设风口，做到设备选型合理有据，并辅以适当的系统控制策略，取得功能与美观统一的设计效果。

关键词:开式通风系统，公共区，送风兼排烟，风量计算，控制策略

The Design of Ventilation and Air Conditioning System for Standard Metro Station in Kunming

Xiong Shengyi

(China Railway Siyuan Group Southwest Survey and Design Group CO. LTD., Kunming, China)

Abstract: In this paper, take Wujiaba station as an example to introduce the design thoughts of ventilation and air conditioning system in Kunming standard metro station. Based on the characteristics of building thermal design zones in Kunming, the open ventilation system with tunnel piston wind, the high safety doors is set on the station platform, is used in the whole metro line. The reason why public area is not used air conditioning system in metro station is analyzed. And the ventilation system of mechanical air supply plus smoke exhaust can obviously reduce investment cost of ventilation system, difficulties of control strategy, and save space resource. According on the characteristics of waste heat distributions, fire compartments and decoration form, it is important to reasonably divided smoke prevention compartment, set up tuyeres and select equipment, and necessarily make proper control strategy to achieve excellent design effect that unitying function and beauty to a high degree

Keywords: open ventilation system，public area，air supply plus smoke exhaust，calculation of ventilation load，control strategy

中图分类号： TD724文献标识码： A

0引言

地铁是一种特殊的城市公共交通设施，具有速度快、运量大和正点率高等诸多优点，可有力解决日益突出的城市交通拥堵问题。地铁车站是供乘客活动、乘车和候车的场所，公共区良好的通风空调系统可提供乘客舒适、清洁和安全的环境。相比车站建设总投资而言，通风空调系统设备投资所占比例仅为8%～10%，但其运行能耗所占车站总能耗的比例则达到40%左右[1]。对车站通风空调系统进行合理的设计及选型，成为有效降低车站总运行能耗的关键之处。

行业上习惯将车站公共区通风空调系统称作大系统。国内大多数城市的地铁车站公共区普遍采用闭式和屏蔽门式一次回风变风量全空气系统[2]，而昆明城市气候与众不同，属于温和地区，年平均温度为15℃[3]，具有“四季如春”的特点，于此，为昆明地铁适宜地设计出一套技术经济合理的大系统显得尤为必要。通过分析温和地区的各项指标，设计采用全地下线车站的站台设置全高安全门的通风系统（含活塞通风），开式运行的环控制式，公共区不设空调系统，不仅能满足乘客的舒适性要求，还能节省空调系统的投资成本及运行能耗，节能效果突出。本文下面将以昆明地铁巫家坝站为例，具体阐述标准地下车站大系统的设计思路。

1建筑概况

巫家坝站为昆明地铁首期工程第18个车站，位于官渡区巫家坝机场环岛南侧，飞机场候机楼西侧，沿南北方向布置。本站为地下两层明挖岛式车站，站台宽度11m，地下一、二层分别为站厅、站台层，同层两端为设备区，业内称其为“标准车站”。车站外包长为177.22m，总建筑面积为9990.47㎡（含主体建筑面积7314.12㎡，附属建筑面积2676.35㎡），共设4个出入口。本站公共区装修效果见图1，站内建筑布局见图2。

图1巫家坝站公共区装修效果图

图2巫家坝站主体建筑平面图

2设计依据

本站以《地铁设计规范》（GB50157-2003）、《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）、《云南省民用建筑节能设计标准》(DBJ53/T-39-2011)及《城市轨道交通技术规范》（GB 50490-2009），昆明当地气象参数，客流量，建筑装修图等作为大系统设计的依据。

3设计参数

3.1室外设计气象参数[3]，见表1。

表1 昆明室外计算参数

车站公共区、区间隧道

夏季通风计算干球温度 20.8℃ 冬季通风计算干球温度 8.9℃

设备及管理用房

夏季空调计算干球温度 26.3℃ 夏季通风计算干球温度 23.1℃

夏季空调计算湿球温度 19.9℃ 冬季通风计算干球温度 4.9℃

3.2室内设计气象参数

站内公共区空气计算温度和相对湿度应符合《地铁设计规范》的要求，且满足每个乘客小时供应的新风量不少于30m3，控制CO2和PM10的日平均浓度分别小于1.5‰和0.25mg/m3。另外，公共区同时在站人数、在站时间及高峰系数，乘客及设备散热量等设计输入参数由相关专业负责提供。

3.3客流量设计参数

巫家坝站公共区乘客人数按远期(2039年)预测运营晚高峰小时客流量确定，见表2。

表22039年远期运营高峰小时客流量表(人/小时)

预测客流 上行 下行

上车 断面客流 下车 上车 断面客流 下车

流量 早高峰 3743 32473 1958 970 29694 5553

34561 25111

晚高峰 5088 19455 865 1779 32714 3371

22840 31122

4大系统设计

4.1不设空调系统的原因

《地铁设计规范》强调地铁的大系统宜优先采用站内通风系统结合活塞通风的方式，并将“当地最热月的平均温度”和“高峰小时的行车对数和列车车辆数的乘积”作为衡量站内公共区是否设置空调系统的重要技术指标，且规定具体的参数控制标准，“在夏季当地最热月的平均温度超过25℃，全年平均温度超过15℃，且地铁高峰时间内每小时的行车对数和每列车车辆数的乘积大于120，应采用空调系统”[4]。昆明地铁运营列车考虑采购B型空调车6辆编组，2039年高峰小时的行车对数为15对，二者的乘积为90。昆明属于建筑热工分区中的温和中区，当地最热月平均气温为18℃～23℃，年平均温度为15℃[3]，具备不设空调系统的条件。当列车在隧道内高速运行时会产生可观的活塞风量，应优先利用这种清洁免费的能源，活塞气流通过全高安全门上沿约0.6m高的条缝带进入站台公共区，以公共区机械通风结合活塞通风和出入口自然通风的方式实现车站公共区的通风降温作用。

此外，需借助地铁环控模拟软件（Subway Environment System，简称“SES”）计算当全地下线采用开式运行且公共区不设空调系统时，地铁隧道夏季的最高温度是否超过35℃，冬季的平均温度是否低于地层的自然温度，并将最低温度控制在5℃以上。经计算，冬夏季的隧道温度变化幅度均满足规范要求，这里属于地铁隧道通风系统设计的范畴，本文不作细述。

4.2通风系统设计

4.2.1 设计思路

大系统设计应满足运营时通风降温和火灾时迅速排烟的需求，分为平时通风系统和防排烟系统。平时通风系统采用机械进风，出入口自然排风的通风方式。进风直接采自大气，新风经站厅层两端新风井由新风道进入，经除尘消声后由大系统新风机通过风管送入公共区，可集中控制进站新风的含尘浓度，控制通风设备传到公共区的噪声水平低于≤70dB（A）。为增强公共区的排烟效果，大系统采用送风兼排烟的方式，可减少分设系统的投资成本，降低控制工艺难度及节省站内空间资源。主要的设计考虑如下：

1）送风口兼作排烟口使用时，送风口数量不宜过多，风口风速应根据两种工况的风量进行匹配，风口尺寸选取应满足各自风速要求，且风口须带风量调节阀。风口的布设应结合公共区装修的吊顶造型，如采用铝板和格栅结合的形式，风口考虑均匀设置于格栅上方，尽量不在铝板上开风口，维持吊顶造型美观。对于巫家坝站而言，吊顶采用大块的方形铝板单元格柱网拼接，单元格中部隆起的简洁造型，风口应于铝板上开孔，但具体的开口位置应与装修专业协商，取得功能与美观的统一。

2）车站站厅与站台公共区作为一个防火分区，面积为2764㎡，其中站厅为1591㎡，站台为1173㎡。防烟分区的划分原则按不超过2000㎡控制[5]，站厅和站台的防火分区面积均小于2000㎡，可各自划分为一个防烟分区。当站厅公共区防火分区面积超过2000㎡时，必须设置挡烟垂壁或垂帘进行防烟分区分隔。由于本站公共区为横向单柱结构，可将风口布设于柱边区域，如若为横向双柱结构，需在双柱间顶部区域加设风口而防止聚烟，风口位置与自动扶梯疏散口部的距离不宜过近。

3）车站防排烟设计标准按全线同一时间内发生一次火灾考虑。公共区以有效站台中心里程为分界，分别将站厅和站台的防烟分区分为两个面积相当的排烟区域，使各风口的排烟量均衡，实现均匀排烟。车站同端区域的站厅和站台层风管进行并联，每端管路分别连接新风机及排烟风机，采用两端同送同排的通风方式。风管穿越设备及管理用房区时，风管上靠防火墙设排烟防火阀，并在服务于站厅和站台公共区的风管上设电动风阀，具体的管路及阀门设置情况见图3。因本站4个地铁出入口通道连续长度均未超过60m，故不需设排烟设施。

4）公共区风口间距应兼顾风口的有效送风范围和排烟距离，按6m左右控制。各排烟区域内的风口面积和数量应保持相等，才能取得均匀送排风的良好效果。根据压力平衡计算结果，对分支管设置必要的手动风阀，方便进行系统调试。风管管材采用镀锌钢板，厚度按排烟管尺寸选取，公共区内的风管外涂防火涂料，跨越设备及管理用房区的大系统风管外包耐火极限不低于1h的防火板。

5）站厅及站台公共区的温度及CO2传感器应布置在与吊顶同高度的位置，可真实反映公共区温度及CO2浓度的变化情况，准确控制大系统新风机随负荷变化变频运行。

注：TK-通风空调大系统；TEF-排热风机；SF-大系统送风机；PY-大系统排烟风机；DT-电动多叶调节阀；FP2-280℃手动排烟防火阀；FF2-70℃手动排烟防火阀；CCQ-静电除尘装置；A-车站小里程端；B-车站大里程端；SAD-送风管；EAD-排风管；SED-排烟管；118-地铁1号线第12个车站。

图3车站大系统原理图

4.2.2风量计算

本站公共区负荷分为消除余热通风量和火灾排烟量，大系统新风机和排烟风机的风量计算如下：

1）大系统应按预测的远期客流和最大通过能力配置新风量，主要体现在消除晚高峰客流、照明灯具、广告指示牌、自动售票机、电扶梯及安全门等余热所需的通风量。具体的计算结果见表3，计算得到公共区所需通风量为133397m3/h，车站两端大系统新风机各负担一半的风量。大系统新风机近、远期的配置需求通过变频运行实现。

表32039年远期运营高峰小时客流量表(人/小时)

车站名称 巫家坝站 站厅 站台

公

共

区

余

热

量

/kW 乘客产热量 25.11 18.72

照明灯具 15.91 11.73

广告灯箱、指示牌 20 10

自动售检票机 15.36 0

自动扶梯 13 5

垂直电梯 2.5 2.5

全高安全门 0 29.6

热库 -4 0

其它 10 10

消除余热所需送风量(m3/h) 70414 62983

2）《建筑设计防火规范》和《城市轨道交通技术规范》关于车站公共区单位排烟量的规定基本是一致的，即当排烟设备负担1个防烟分区时，火灾时的排烟量应根据防烟分区的建筑面积按1m3/（㎡·min）计算[5-6]。站厅、站台的计算排烟量分别为95460和70380m3/h。因车站防排烟设计标准按全线同一时间内发生一次火灾计，故大系统排烟风机应按站厅、站台单独发生火灾考虑，而不是按同时担负2个及2个以上防烟分区的情况来计算排烟量。考虑到站厅防烟分区的面积大于站台，排烟风机的排烟量应以站厅的防烟分区面积作为计算标准，为95460 m3/h，两端大系统排烟风机各负担一半的排烟量。

经水力计算后，可确定两种系统的全压损失，因大系统属一般送排风系统，故新风机和排烟风机各需附加10%的漏风量。大系统风机设备的主要选型参数见表4。

表4大系统风机设备的主要选型参数表

风机名称 设备编号 风机型号

NXT-17 风量

m3/s 全压Pa 功率kW 备注

新风机 SF-A1 No12.5A 20.83 520 18.5 常温变频

SF-B1 No12.5A 20.83 480 15 常温变频

排烟风机 PY-A1 No11.2A 14.72 700 15 250℃/1h

PY-B1 No11.2A 14.72 600 15 250℃/1h

5系统控制策略

本站通风系统采用三级控制：就地控制、车控室控制和中央控制，大系统设备采用前二级控制，三级显示。中央控制室对大系统新风及排烟设备进行状态显示，车控室对大系统设备及电动控制风阀进行显示和控制，就地对所设的各种设备及电动控制风阀进行控制与显示，就地控制具有优先权。

本站通过控制电动风阀开关实现公共区由平时通风转换为火灾排烟模式。FAS/BAS系统借助温度和CO2传感器探头，感知公共区温度和浓度的变化而控制新风机变频运行。当车控室接收到站厅或站台的火灾报警信号后，通过按下与火灾区域对应的IBP盘按钮，控制排烟风机和电动风阀联动进行排烟。当与排烟风机联锁的任一排烟防火阀因熔断关闭后，排烟风机则停止运行。大系统风机与硬联锁电动风阀的控制关系为“风阀开-风机开，风机关-风阀关”。站厅和站台火灾切非后，应保证大系统设备的联动控制动作准备无误。

当站厅公共区任一区域火灾时，关闭新风机和站台风管，关闭车站两端U/O系统（轨顶和轨底排热系统）和设备区通风子系统，开启排烟风机，出入口自然引风。当站台公共区发生火灾时，关闭新风机和站厅风管，开启排烟风机，同时开启车站两端的U/O风机以及隧道风机，且关闭两端设备区通风子系统，开启轨顶风道，关闭轨底风道，辅助站台公共区排烟。站厅和站台火灾时均满足乘客迎风疏散的要求。夜间停运时，大系统风机全部关闭，开启隧道通风系统对区间进行通风换气，这里本文不作细述。

6结语

本文以巫家坝站为例，阐明了标准地下车站公共区不设空调系统的原因，并介绍了大系统的设计思路和系统控制策略，可为国内其他城市的后续地铁车站设计提供工程参考案例。具有如下优点：

1）车站公共区不设空调系统，采用站台设置全高安全门开式运行的环控制式，可显著节省大系统的空调投资成本和运行能耗，节能效果明显。

2）大系统采用送风兼排烟的方式，不仅能降低分设系统的投资成本及控制难度，又为车站公共区节省空间资源。

3）大系统设计根据公共区建筑防火分区的特点，进行了合理的防烟分区划分、风口布设及设备选型，取得均匀送风及排烟效果的同时，获得了功能与美观的统一。

参考文献：

[1]王静伟，贺利工，涂旭炜. 地铁车站通风空调大系统的节能设计[J].城市轨道交通研究，2009,（5）:38

[2]马国联. 地铁通风空调系统优化新理念研究[J].科技创新导报，2013,（16）:5

[3] 云南省住房和城乡建设厅.DBJ53T-39-2011云南省民用建筑节能设计标准[S].昆明：云南科技出版社，2012

[4] 中华人民共和国建设部.GB 50157-2003地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50490-2009城市轨道交通技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB50016-2006建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2006