地铁通风空调系统的优化措施及发展趋势

翁雪飞

北京市轨道交通建设管理有限公司

地铁通风空调系统的优化措施及发展趋势

翁雪飞

北京市轨道交通建设管理有限公司

本文就地铁通风空调系统的功能及组成、特点进行了简述，分析了目前存在问题，介绍了近年来针对存在问题而出现的新的通风空调系统的优化措施，指出了安全、节能、绿色地铁通风空调系统的发展趋势。

地铁 通风空调 优化措施 发展

1 地铁通风空调系统的功能及组成

通风空调系统作为地铁中的重要设备系统之一，担负着对地铁内部的空气温度、湿度、空气流速、空气压力和空气品质进行控制的任务，平时为车站提供一个适宜的环境；当列车阻塞在区间隧道时，向阻塞区间提供一定的通风量，保证列车空调等设备正常工作，维持车厢内乘客在短时间内能接受的环境条件；当发生火灾事故时，提供迅速有效的排烟手段和足够的新鲜空气，并形成一定的迎面风速，引导乘客安全迅速地撤离火灾现场；也为各种设备提供必要的空气温度、湿度以及洁净度等条件，保证其正常运转。

地铁通风空调系统主要由以下四个子系统组成（其中前三个为风系统）：①公共区通风空调兼排烟系统；②设备管理用房通风空调兼排烟系统；③隧道通风兼排烟系统；④空调制冷循环水系统。

2 地铁通风空调系统的特点

1）地下部分内部空间相对闭塞，与外界的空气交换只能通过车站的出入口和有限的隧道、车站通风亭口部来进行。

2）地下线路内部有显著的内热源，地铁站的负荷特性决定其全年需要供冷。

3）地铁站存在严重的污染源，如列车刹车闸瓦产生大量的粉尘、人们新陈代谢产生的CO2气体等污染物。

4）列车运行产生活塞通风效应。

3 地铁通风空调系统存在的问题

现有的通风空调系统最主要的问题：

1）系统操作复杂、繁琐，控制运行不便；

2）系统庞大，设备众多，机房占用面积过大，一般在1200～2500m2左右；

3）系统运行能耗高，达到了地铁总能耗的40%左右；

4）在市区，大量的地面进、排风亭（风口），其用地、美观、噪声处理等诸多方面，都与周边环境存在较难协调等不利情况。

4 地铁通风空调系统的优化措施

4.1 采用冷水机组群控系统

冷水机组的群控是指利用自动控制技术对制冷站内部的相关设备（冷水机组、水泵、冷却塔、阀门等）进行自动化监控，使制冷站内的设备达到最高效的运行状态[1]。群控系统会采集和控制各类输入输出信号，实现多台冷水机组的远程管理控制，同时也把冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等联锁控制纳入管理。群控系统可根据需要自动调节，监控和管理空调系统，使系统处于最佳的工作状态和最少的能源消耗。每座地铁车站冷水机组系统独立设置一套群控系统，实现监控功能和连锁保护功能。群控系统的控制界面如图1所示。

图1 北京地铁某线群控系统控制界面

近几年开通的北京地铁新线，采用了冷水机组群控系统，做到了空调系统的智能自动化监控，将车站温度控制在合理区域内，避免了传统控制方式下按时间表开启冷水机组、风机、水泵等设备，使车站温度过低而造成的能源浪费，实现节能运行。

4.2 采用合适的空气净化器

在地铁车站中，空气处理设备主要由初效过滤器、空气净化器、表冷器、风机、消声器和风管组成，其中起净化消毒作用的是空气净化器段。当空气净化选择静电净化技术时，一般将静电净化器放置在初效过滤器后，空气处理流程为初效过滤器--静电净化器--表冷器--风机--消声器--送风[2]。也可以选择静电净化与紫外线叠加技术，即初效过滤器--静电净化器--紫外线消毒--表冷器--风机--消声器--送风。静电净化是利用电晕放电原理，使空气中的粉尘带上电荷，利用库仑力的作用将带电粒子捕集在集尘设备上，通过气体电离、粉尘荷电、粉尘沉降和清灰四个阶段实现颗粒污染物与气流的分离，达到除尘和净化空气的目的。空气净化过程如图2所示。

图2 静电净化设备的空气净化过程

静电净化对于可吸入颗粒物、有机污染物、CO、CO2、细菌、微生物等都有很好的去除效果，因为粉尘、灰尘等是微生物赖以生存的载体，因此使用该设备后，间接起到杀菌效果。同时该设备在电场电离过程中可以释放出对人体健康极有好处的负离子。非常适合于灰尘量较大的地铁中央空调的空气净化和除尘。

4.3 采用新型通风空调集成系统

地铁中传统的通风空调系统的构成较为复杂，各系统的设置相互独立，在运行方面也具有相对的独立性。对于区间隧道的通风系统设备，只在区间事故情况下运行，平时长时间闲置，造成浪费。由于传统系统构成复杂，所以系统对机房面积的需求大大增加，占用了大量宝贵的地下空间，导致车站规模大。从工况分析可以看出，区间隧道与车站公共区两个独立的系统不存在同时使用的情况，即车站公共区系统运行时，区间隧道系统是关闭的，反之亦然。同时，车站公共区系统常年运行，而区间隧道系统则长时间的闲置。另外，地铁线路通常在规划道路下面，风亭要控制在道路红线以外的合适位置，风道一般很长，少则三四十米，多则七八十米。传统系统中风道内部的空间不能很好地加以利用。

传统系统的区间隧道与车站公共区的通风空调机房一般都设置在车站两端，位置相邻。区间隧道风机与车站公共区系统风量相近，采用变频技术可以将两个系统的风机合用，满足不同风量、风压要求。从两个系统的通风方向看，一个向隧道且方向可逆转，一个向车站有送有排，风机合用后设置在风道内，通过风机及风阀的转换即可分别实现对隧道和车站通风。车站公共区的空气处理设备，取消空气处理机组，将表冷器、过滤器通过改装后设置在风道中[3]。这样就将隧道与车站公共区通风系统完全合并设置在风道中，既解决了隧道风机的闲置问题，又有效地利用了风道内的空间。

新型通风空调集成系统已在北京地铁5号线、10号线等工程中成功应用，减小了地铁通风空调系统机房占地面积、节省了土建成本，保证了系统功能要求。

4.4 采用新型可调通风型屏蔽门

地铁通风空调系统能耗的高低不仅与自身系统完善度有关，还与站台门的型式关系密切。在空调季节，采用全封闭屏蔽门的通风空调系统负荷小，与设置安全门的闭式通风空调系统相比具有节能的优势。但在非空调季节，由于设置屏蔽门后无法利用列车活塞风对车站进行自然通风，使得其通风能耗高于设置安全门的车站。根据通风空调系统的需求，新型屏蔽门综合了全高封闭式屏蔽门和全高非封闭式屏蔽门的特点，即从型式上采用上下固定方式的全高非封闭式屏蔽门，在门体的适当位置（上部或下部）设置开口，开口采用活动式，根据通风空调系统的需求必要时将开口关闭，则实现全高封闭式屏蔽门的功能。

新型开口式屏蔽门相对于传统全封闭屏蔽门，从屏蔽门自身的功能特点——也就是说和列车车门一一对应同步开启方面没有本质的区别，不同之处只是在不影响滑动门开、关的适当位置设置必要的活动式开口，并根据通风空调系统的具体需要将开口关闭或打开[4]。屏蔽门样式如图3所示。

图3 新型可调通风型屏蔽门

轨道交通新型节能环控系统，不仅包括通风空调专业，还包含了屏蔽门、FAS/BAS、供电、建筑等相关专业。它是以通风空调为基础，密切结合屏蔽门而创建的一种新型节能环控系统，该系统不仅能够满足轨道交通中的传统通风空调系统的功能要求，而且可以适应不同地区的气象参数，能够满足更多地区的轨道交通要求。

该系统最大的优点是节约能耗。对比传统的通风空调系统而言，在过渡季及冬季，可以充分利用活塞风，满足车站公共区及隧道区间的温湿度要求，从而节约车站公共区风机能耗、区间风机能耗，达到节约能源的目的。

目前，该系统还未应用到北京新建的地铁线上，其具体的数据还有待实施后验证。

5 地铁通风空调系统的发展趋势

地铁作为一个城市的标志性公共基础建筑，凭借着强大的人员分流能力，已成为各大中城市重点发展的对象。随着地铁建设规模的日益壮大，技术水平的不断提高，通风空调系统的未来发展趋势必然是安全、节能、绿色。

1）安全。通风空调系统担负着地铁内部的空气环境控制的重任，事关乘客和工作人员的健康与安全，系统设置和设备配置上一定要以安全为本。地铁的地下部分相对较为闭塞，随着人们健康意识的提高，对地下空间的空气环境将提出越来越高的要求。地铁车辆在隧道内运行，运行中因电刷、闸瓦制动产生的粉末及隧道内灰尘，通过活塞风效应进入车站。人员的庞杂及上下流动性较大，对车站尘埃也有很大的影响，空气中布满细微颗粒物。人们在享受地铁带来的交通便利的同时，也要承受污浊的空气环境。采用静电式空气净化器能够解决部分空气质量问题，但同时对于地下车站过滤器的清理难度较高、清理工作量较大等实际问题，还需要研究相应的自动清洗或半自动清洗装置，对过滤器和其他设备进行清洗。

2）节能。传统的地铁通风空调系统存在突出特点就是运行能耗高，占运行总能耗的40%左右。在正在进行的地铁建设中，北京已经将通风空调系统的优化和变频技术加以采用，如上所说的采用冷水机组群控、采用新型通风空调集成系统以及采用新型可调通风型屏蔽门等方式，都会为能耗的降低做出较大的贡献。从系统制式的选择上看，合理的系统方式设置对节省所占用的土建空间和运营节能至关重要。其中可调通风型站台门通风空调系统有很好的发展前景，提供了适用于不同气候条件的新型环控系统形式，能够满足城市轨道交通各种正常及事故工况下通风空调系统的全部功能需求，节能效果显著；同时，还可以有效解决严寒地区冬季地铁站内温度偏低的技术难题。

3）绿色。通风空调系统要合理利用能源，充分利用自然能源，如果可能尽量重点利用低品位能源，同时兼顾热回收。降低冷量输送能耗，例如将风输送改为水输送、制冷剂输送等。从城市景观角度考虑，凸出地面的风亭和设置在地面的冷却塔、风冷机组等设施与设备会对城市景观造成一定的影响，尤其是在一些敏感区域和道路。为了减小冷却塔对城市景观的影响，降低运行噪声，在布置方式上，目前已经有了非常规方式的探索和应用,主要有:下沉式、半下沉式、风道进风式、绿化隐藏式等几种。为满足环保的要求，通风空调设备尽量选择超低噪声、低振动的产品。

6 结语

通过前面的总结可以看出，现有地铁通风空调系统在结构形式、资源利用、设置理念以及运行管理等方面都有了一定程度的改进。但由于地铁内部空间的局限性和特殊性，一些适用于地上建筑的新技术、新产品、新工艺在地铁中的适用性研究还有待研发。通过地铁建设各参与方的努力，实现通风空调技术在城市轨道交通领域的进一步发展。

[1]翁雪飞.冷水机组群控系统在北京地铁的应用[J].都市快轨交通,2012,25(5):118-121

[2]翁雪飞.空气净化设备在地铁中的适应性比选[J].都市快轨交通,2014,27(1):120-123

[3]王奕然,李国庆,史柯峰.地铁通风空调集成系统与电动开启式表冷器[J].暖通空调,2011,41(6):35-39

[4]李国庆,张春生.城市轨道交通发展中的屏蔽门创新[J].都市快轨交通,2007,20(5):81-84

Optim iza tion Me a s ure s a nd De ve lopm e nt Tre nd of Subw a y Ve ntila tion a nd Air Conditioning Sys te m

WENG Xue-fei
Beijing Rail Transit Construction and Management Co.,Ltd.

The function and composition,characteristics of subway ventilation and air conditioning system was introduced briefly,and the existing problems was analyzed.The optimization measures of ventilation and air conditioning system in recent years were introduced in view of the existing problems,and the development tendency of safety,energy saving,green subway ventilation and air conditioning system was put forward.

subway,ventilation and air conditioning,optimization measures,development

1003-0344（2015）05-057-4

2014-6-8

翁雪飞（1971～），女，高工；北京市丰台区公益西桥西800米北京市轨道交通建设管理有限公司910室（100037）；E-mail:seesaw@163.com