地铁车站设备管理用房空调形式探讨

鲜少华

地铁车站设备管理用房空调形式探讨

鲜少华

浙江省交通规划设计研究院

结合工程实例，对目前地铁车站设备管理用房普遍采用的空调系统——一次回风的全空气系统进行了分析，指出了其存在的缺点和问题，如室内空气质量及舒适性不高，系统可靠性不强，存在能源浪费等。提出采用干式风机盘管加新风系统，并就设计中应注意的相关问题进行了探讨，包括新风处理，冷水供水，通风设计等，为地铁车站设备管理用房空调系统的设计提供了一种思路。

地下车站全空气系统干式风机盘管加新风系统设计

0引言

地铁地下车站设备管理用房（以下简称“设备管理用房”）通常要设置空调系统，以排除余热和余湿，保证室内温湿度及空气质量，满足工作人员的舒适性要求和各种设备正常运转的需要。空调系统的可靠性和舒适性直接关系到工作人员的身心健康和机电设备的正常运转，理应引起足够的重视。

1设备管理用房的组成及其特点

设备管理用房分为设备用房及管理用房，设备用房包括通信设备室、通信电源室、信号设备室等，管理用房包括值班室、更衣室、会议室等。根据地铁车站的布局，设备管理用房一般布置在车站的两端，其中大部分房间集中设置于车站一端，而另一端只设通风空调机房、环控电控室及配电间等设备用房。

设备管理用房根据使用功能划分为多个独立的房间，每个房间面积都不大，层高较低（净高一般在3m左右），空间较狭小；房间没有可以开启的外窗，仅通过1～2扇门与走廊相通，密闭性较高。

图1是杭州地铁某地下车站设备集中端站厅层设备管理用房平面布置图。

图1杭州某地下车站设备管理用房平面布置图

2设备管理用房空调负荷特点

设备管理用房的冷负荷主要由人员负荷、照明负荷、设备负荷、新风负荷组成。设备用房的余热主要是设备散热量，以显热为主，湿负荷可以忽略不计；管理用房湿负荷主要为人员散湿量；全年负荷比较稳定，受室外气候变化的影响小。此外，各房间的使用时间也不相同，设备用房使用时间一般为24h，管理用房除值班房间外，均只在地铁运营时间才有人值守。

3设备管理用房常用空调形式及其优缺点

3.1空调形式

目前国内已建成或在建的地铁中，设备管理用房普遍采用双风机一次回风全空气空调系统（以下简“全空气系统”），受地下空间限制，多个设备管理用房合用一套空调系统，系统一般采用定风量运行，空调冷源一般采用冷水机组。图1所示的设备管理用房全空气系统原理图见图2。

图2设备管理用房全空气系统原理图

3.2全空气系统的优点

1）具备多工况运行的功能。

根据室外气象参数的变化，全空气系统可以实现三种运行模式：最小新风空调工况、全新风空调工况、以及通风工况。当室外空气焓值＞空调回风焓值时，按最小新风空调工况运行；当室外空气焓值≤空调回风焓值，且室外温度≥空调送风温度时，按全新风空调工况运行；当室外空气温度＜空调送风温度时，按通风工况运行。在全新风空调工况和通风工况下，能充分利用室外新风作冷源，节约能源。全空气系统还能完全兼容事故工况，可以兼作气体灭火房间灭火后的通风换气。

2）系统简单，设备集中，房间内没有空调设备和水管，彻底杜绝水患威胁。

3.3全空气系统存在的问题

1）各房间的温度不能独立控制。全空气系统无法独立控制各房间的温度，造成冷热不均，部分房间难以达到设计参数。

2）系统可靠性不高。多个房间共用一套系统，当某台设备出现故障时，整个空调系统都将停运，可靠性不高。

3）不同房间之间存在交叉污染，影响室内空气品质。全空气系统采用各个房间的回风集中起来与新风混合后再进行热湿处理，由于部分机电设备会释放有害物质，容易造成交叉污染，使管理用房的空气品质降低，影响工作人员的身心健康和工作效率。

4）最小新风工况下新风量偏大，且新风不能按需分配。以图1所示的车站为例，全空气系统总送风量为20000m3/h。若按人员所需新风量（每个工作人员每小时新风量不小于30m3）及保持室内正压所需风量计算，最小新风量为990m3/h，若按照新风量不小于系统总送风量的10%[1]，系统最小新风量为2000m3/h。采用全空气系统时的最小新风量大大高于人员所需新风量，造成能源浪费。对于全空气系统来说，各房间的送风量是按计算负荷来分配的，新风量也按相同的比例分配，而不是按房间新风量的需求分配，新风的需求与供给不匹配。对新风要求不高的设备用房会获得较多的新风量，而对新风要求较高的管理用房则可能出现新风供给不足，人员所需新风量难以保证。

5）空调系统送风量偏大，材料和动力消耗增加。从性质上来说，管理用房属于舒适性空调，而设备用房可以看作工艺性空调，二者的负荷特性不一样，对送风温差的要求也不同。根据规范，管理用房最大送风温差为10℃，设备用房最大送风温差可以达到15℃[2]，如果二者合用一个系统，则送风温差不能超过10℃，加之设备用房的冷负荷比管理用房大得多，这样就会导致空调送风量增加，材料和动力消耗也随之增加。

6）在通风工况下，某些房间的温度会低于设计温度，需要采取辅助加热措施。当室外空气温度低于调送风温度时，系统将转入通风工况，对于室内余热较小的管理用房来说，直接引入大量的室外温度较低的新风，会使房间温度持续降低，需要采用辅助加热设施来保持室内温度，不利于节能。

针对全空气空调系统应用于设备管理用房的诸多弊端，笔者建议考虑采用干式风机盘管加新风空调系统（以下简称“干盘管加新风系统）。

4干盘管加新风系统及适用性分析

4.1干盘管加新风系统的基本原理及特点

干盘管加新风系统是温湿度独立控制系统的一种形式，干式风机盘管作为末端设备，负担空调区的全部显热负荷，经处理的新风负担空调区全部散湿量。该系统具有以下特点：

1）风机盘管处于干工况运行，室内无冷凝水产生，避免了霉菌滋生和冷凝水泄漏，有利于室内空气质量的保证。

2）不采用回风，可以避免房间之间的交叉污染，卫生条件好。

3）新风直接送入室内，途径污染少，新风品质好。

4）新风系统独立设置，新风量根据各个房间的要求按需供应。

5）各房间温度可以独立控制和调节，舒适度好，节约能源。

6）系统可靠性较高，当某个空调设备出现故障时，其余房间的设备仍可继续运行。

4.2干盘管加新风系统对于设备管理用房的适用性分析

规范[2]第7.3.9条规定：空调区较多，建筑层高较低且各区温度要求独立控制时，宜采用风机盘管加新风空调系统。第7.3.10条规定：对于风机盘管加新风空调系统，当空气质量标准要求较高时，新风宜负担空调区的全部散湿量。

地铁设备管理用房独立房间较多，层高较低，空间狭小；工作人员长期在封闭环境下工作，对空气质量要求高，要求各房间温度能单独调节；设备用房的各种电气设备对于保证地铁安全运营至关重要，其可靠性要求高。若采用常规的风机盘管加新风空调系统，由于风机盘管在湿工况下运行，会产生冷凝水，存在霉菌滋生和冷凝水泄漏的问题，前者会影响室内空气质量，后者会对电气设备的运行产生威胁。采用干盘管加新风空调系统，是克服以上弊端的有效途径。风机盘管干工况运行，新风负担空调区的全部散湿量，室内无冷凝水产生，可避免湿工况下盘管的表面积存湿垢、产生霉菌的问题，有利于提高室内空气质量，保证工作人员的身心健康，同时可以防止冷凝水滴漏对电气设备的威胁，保证设备的正常运转和地铁的安全运营。此外，干盘管加新风空调系统不设冷凝水管，对于管线众多且错综复杂的设备管理用房来说，可以在一定程度上降低综合管线布置的难度。

5干盘管加新风系统与全空气系统的比较

二者应用于设备管理用房的对比分析见表1。

表1两种空调形式应用于设备管理用房的比较

6地铁设备管理用房采用干盘管加新风系统相关问题探讨

6.1新风量及新风处理

新风量应按不小于人员所需新风量，保持空调区空气压力所需新风量，以及新风除湿所需新风量中的最大值确定[2]。

由于设备管理用房散湿量很小，由新风负担空调区的全部散湿量，对新风机组的的选择及新风处理方式并没有太高的要求。新风处理方式应根据夏季空调室外计算湿球温度和露点温度、新风送风状态点要求等，经技术经济比较确定。优先考虑冷却除湿，当采用常规冷水不能满足新风处理要求时，可以考虑采用直接蒸发式新风机组提供新风。

目前地铁空调系统设计中新风都是通过新风亭，由土建风道引入。由于风道的施工质量问题，加上风道内往往还铺设有一些管线，新风存在途径污染。采用干盘管加新风系统，空调新风量较小，建议在风道内设置专用的进风管，直接从室外进风，减少途径污染。

6.2冷水供应

采用冷却除湿方式时，新风机组的供水温度应低于室内空气的露点温度，而干式风机盘管的供水温度应低于室内空气的干球温度，并高于室内空气的露点温度，使风机盘管无冷凝水出现，二者对冷水供水温度的要求不同。

设备管理用房室内空气干球温度为27℃，相对湿度为50%，对应的露点温度为15.7℃，干式风机盘管的供回水温度取16℃/21℃。在满足新风处理要求的条件下，新风机组直接采用冷水机组提供的冷水，干式风机盘管的冷水供应采用以下两种方式：

方式一：采用文献[3]给出的冷水系统方案1，即通过使新风机组回水和风机盘管回水混合后进入三通阀，再与冷水机组提供的7℃冷水相混合，得到16℃的中温冷水，供给干式风机盘管，通过控制冷水机组提供的冷冻水水量来稳定供水温度。

方式二：通过水-水换热器，直接制取16℃的中温冷水，其原理图见图3。

图3干式风机盘管冷水系统方式二原理图

6.3过渡季节通风及气体灭火房间通风

干盘管加新风系统不具备过渡季节通风运行的条件，不能充分利用新风作冷源。

地铁设备管理用房中部分房间设有气体灭火系统，根据规定，这些房间需要设置机械排风装置，在气体灭火结束后，对防护区进行通风换气，换气次数可按5次/h考虑[4]。

为了利用新风作冷源以节约能源，同时解决气体灭火房间事故工况下的通风换气问题，建议在干盘管加新风系统基础上增加通风工况用的送、排风系统。

由于过渡季节通风量大，而干盘管加新风系统的新风量小，二者一般不能匹配。以图1所示的地铁车站为例，按换气次数确定的通风量为9000m3/h，而干盘管加新风系统新风机组的风量仅为990m3/h，二者相差悬殊。因此要单设送风机和送风管，考虑系统风量平衡，还要设排风口、排风管和排风机等排风设施。

图4干盘管加新风系统结合通风系统原理图

地铁车站设备管理用房采用干盘管加新风系统，增设送、排风系统后，就具备了过渡季节通风及气体灭火房间事后排风功能。其系统原理图见图4。该系统将通风工况的排风系统与走道机械排烟系统合用，节省了管道占用的空间。

7结语

目前地铁地下车站设备管理用房普遍采用全空气系统，存在室内空气品质和舒适性不高，系统可靠性不强，能耗偏大等问题。

采用干盘管加新风系统，可以有效地克服全空气系统的弊端，提高人员的舒适度和室内空气品质，增强系统的可靠性，并能在一定程度上降低能耗。通过适当的措施，可以实现全新风运行，并且兼顾气体灭火房间的通风换气。对于地铁设备管理用房来说，干盘管加新风系统与全空气系统相比，在技术上具有比较明显的优势，值得推广应用。

[1]北京城建设计研究总院.地铁设计规范(GB50157-2003)[S].北京:中国计划出版社,2003

[2]中华人共和国住房和城乡建设部.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB50736-2012)[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012

[3]殷平.独立新风系统（DOAS）)研究(3)：常规风机盘管独立新风系统[J].暖通空调,2005,35(3):69-76

[4]公安部天津消防研究所.气体灭火系统设计规范(GB50370-20 05)[S].北京:中国计划出版社,2006

Dis c us s on Air Conditioning Mode of Ma na ge m e nt a nd Equipm e nt Room s in Subw a y Sta tions

XIAN Shao-hua
Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning,Design&Research

On basis of project example,the characteristic of total air system with primary return-air was analyzed,which is the main type of air conditioning system in management and equipment rooms in Subway Stations.Its shortcomings and deficiencies in indoor air quality,comfort,reliability and energy saving were pointed out.Fan coil unit in dry cooling condition with fresh air system should be considered under this circumstance.Some crucial issues which should be concerned in design were analyzed and discussed,including fresh air handling,chilled water supply,ventilation design. A new way for the air conditioning system design of management and equipment rooms in subway stations was provided.

underground station,total air system with primary return-air,dry cooling fan coil unit plus fresh air system, design

1003-0344（2014）05-081-4

2013-7-15

鲜少华（1972～），男，大学，高工；杭州市环城西路89号武林大厦3楼（310006）；0571-89709328；E-mail:shxian325@163.com