地铁设备管理用房全空气通风空调系统方案优化研究

王晖

(中铁十一局集团电务工程有限公司,湖北武汉 430073)

地铁设备管理用房全空气通风空调系统方案优化研究

王晖

(中铁十一局集团电务工程有限公司,湖北武汉 430073)

地铁已经成为了我国城市大运量公交系统的首要选择,在解决城市交通问题方面有着十分明显的优势。相对于其他交通工具而言,其具有节省土地、减少噪音、节约能源、减少干扰、减少污染等显著优点,但是在节能减排、运行效率方面仍有进一步提升的空间和需要。本文主要围绕地铁设备管理用房全空气通风空调系统的方案优化为中心展开,首先对整个地铁空调系统以及地铁设备管理用房空调通风要求进行了阐述,然后对地铁设备管理用房全空气通风空调系统进行了全面的剖析,最终提出一个优化的解决方案,旨在为实际的建设工作提供科学、可行的理论参考。

地铁设备管理 全空气通风空调系统 方案优化

由于地铁属于一个相对封闭的空间，加上人流量大，想要与外界进行空气交换就只能通过车站的出入口和有限的隧道风井。因此，必须对整个的地铁通风空调系统进行设计与优化，从而保证为地铁站内的人员提供一个适宜的温度、湿度以及空气流速等。再者，我国的地铁建设处于快速发展时期，前期建设成本高，投入时间长。投入运营后，整个地铁的能源消耗也是巨大的，特别是通风空调系统的耗电量相对较大，而车站设备管理用房又是整个地铁运营的核心部位，因此对通风空调系统的方案进行优化设计，就显得十分重要。

1 地铁通风空调系统

图1 全空气通风系统原理示意图

表1 工艺性空调的送风温差

地铁通风空调系统主要包含了隧道通风系统和车站通风空调系统。其中，车站通风空调系统又可以划分为空调水系统、车站公共区通风空调系统(大系统)和设备管理用房空调系统(小系统)。隧道通风系统可以分为区间隧道通风系统和站内隧道通风系统，该系统能够实现列车在正常、阻塞和火灾等突发情况下的各种控制要求。针对地铁设备管理用房通风空调系统，在正常运行的情况下，其能够为车站的工作人员提供一个较为舒适的工作环境，同时也能够为地铁站内的各种设备运行提供一个良好的运行环境。而一旦发生了火灾，该系统中包含的防排烟系统能够及时的将烟气排出，或者是进行防火防烟隔离，有效保证人员与设备的安全。针对小系统的负荷情况，其主要包含人体散热、散湿的负荷，照明、设备发热负荷，以及围护结构的散热与散湿负荷。其中，人体散热散湿负荷是由工作人员的相关工作活动造成的[1]；照明、设备发热负荷是由各种照明设备、变电房、地铁动力用房、通信机房等设备的发热造成的；围护结构的散热与散湿负荷是在小系统中的变电房、通风房间与空调房间之间的温差稳定传热。

2 地铁设备管理用房空调通风要求

不同的地铁设备管理用房，其所需的空调通风要求也不尽相同[2]。地铁的设备管理用房，一般分为管理用房和设备用房两种。其中，管理用房包括车控室、警务室、站长室、票务室、会议室、更衣室等，设备用房包括牵引变电所、环控电控室、通信设备室、信号设备室、综合监控设备室、屏蔽门控制室等。一般而言，小系统的设备管理用房当中，其设备负荷的比例要远远高出其他房间的负荷。

(1)针对通信设备室、信号设备室、综合监控设备室、屏蔽门控制室等，其对环境温度的要求较高，温度需要严格控制在24℃至27℃之间，空气湿度保持在40%至70%之间。由于该类房间的设备整体发热量大，运行环境要求高，所以必须24小时换气运行，防止出现设备过热导致的火灾或设备故障。(2)车控室、站长室、会议室、值班室、更衣室等地铁工作人员休息办公的房间，该类用房发热量较小，只需满足工作人员的基本温度要求即可。夏季保持25℃至27℃，空气相对湿度保持在40%至60%之间；冬季维持在18℃左右，实行6小时一次的换气频率。考虑到个别用房的特殊要求针对性的实行24小时运行即可。(3)整流变压器室、开关柜室、照明配电室等类型房间，其环境要求不高，维持在0℃至36℃之间，空气相对湿度不高于90%即可。该类房间虽然环境温度要求不高，但是发热量较大，也需要进行24小时换气运行。(4)茶水间、清扫间、备用间等房间其发热量小，对环境温度的要求也较低，只需要针对实际情况进行通风、换气即可。

3 地铁设备管理用房全空气通风空调系统概述

整个小系统由冷冻水泵、水管、风管、水处理器、组合空调箱、风冷冷水机组等组成。当火灾情况时，小系统同时也充当排烟系统，因此就有正常工况和排烟工况两种模式[3]。其中，正常工况下空调运行模式分为最小新风模式、全新新风模式、通风模式和新风预热模式。地铁设备管理用房全空气通风空调系统其突出的优点就是能够实现全新风的空调工况以及通风工况，在最小新风模式下，其既能够保证空气清新又能够减少能耗，在全新新风模式与通风模式下能够保证室内空气品质，而采用新风预热模式其能够对新风进行加热。但是这种空调系统也存在一定的缺点，主要表现为：整个系统安装与运营和维护存在一定的复杂性，其中的风冷机组需要设置在地

面，而整个风道比较复杂，管道的设计长、断面大需要占用大量的低下建筑面积，导致地铁建设的费用相应增加；当部分设备管理用房不需要空调运作时，整个空调系统仍然在运转，导致耗电量增加等，因此对全空气通风空调系统进行优化设计就显得十分必要。

4 地铁设备管理用房全空气通风空调系统的具体优化方案

4.1 地铁环境模拟计算软件

之所以采用地铁环境模拟计算软件，主要是由于地铁环境的复杂性，使得采用全空气通风空调系统在地铁设计中占有十分重要的地位。传统的计算方式难以准确描述地铁环境，因此利用模拟计算软件提高设计效率，有一定积极作用[4]。通过地铁环境模拟计算软件能够在全空气通风空调系统的方案选择、确定全空气空调系统的设备容量以及优化全空气通风空调系统的设计方面有着十分重要的帮助。其中比较典型的是SES(Subway Environment Simulation)地铁环境模拟计算软件，该软件能够选择不同的环控方案分别进行模拟计算，最后将计算的结果进行比较分析，选择出最合适的方案。另外，还能够模拟火灾等意外情况，从而选择出最佳的控制烟气流动的方案，给工作人员与乘客提供一个安全有效的疏散、逃生路径，同时还能够保证防火工作的顺利进行。针对SES地铁环境模拟计算软件的另一个功能既通风系统性能评价的分析工具，能够为地铁设备管理用房全空气通风空调系统的优化带来一定的帮助。

4.2 变风量空调系统

目前我国地铁设备管理用房中主要采用的是全空气一次回风定风空调系统，具体原理见图1。

这种空调方式存在着以下几种问题；第一，在地铁停运的几个小时之内，有部分设备用房的设备仍然处于待机状态，设备发热量减少，但是通风空调系统并没有因为发热量的减少而做出相应的调整，导致利用率下降。第二，该系统不能够进行单独调节，部分设备用房或者管理用房不需要最低温度，这样一来造成大部分房间温度过低，浪费能源。针对这种情况采用变风量空调系统能够大大改善上述两种情况。该系统既适合办公、商用建筑，在民用建筑中的使用也十分广泛[5]。该系统主要的组成部分由空调器、风机、自动控制系统以及变风量末端装置等组成，当设备管理用房中的负荷发生变化时，变风量的末端装置会根据房内温度对送风量进行调节，将房内温度调节在最适合的温度。从经济性的角度分析，在地铁设备管理用房全空气通风系统中加入变风量空调系统其工作原理具体表示为：当空调送风经过变风量末端时，通过房间内的温度控制器，控制末端进风口多叶调节风阀的开闭，在不改变送风温度的基础上改变送风量，这样一来就能够减少风机以及制冷机的负荷，同时也能到保证房间内的适宜温度。整个系统的联合能够实现每个房间温度的单独控制，并且空气的质量良好[6]。根据这些特点能够较好的适应地铁设备管理用房的空调需求。

4.3 针对工艺性空调的送风温差优化设计

从表1可以看出，想要从经济性的角度解决送风温差的优化设计问题，就需要对夏季送风温差进行有效调节。当送风温差加大一倍，整个空调系统的送风量就能够减少一半，而其中关于材料的消耗也能够节省出一笔比较可观的费用。

针对设备用房的送风温差进行对比分析可以发现，该类房间对温差的要求并不高，因此不必按照送风温差所要求的8℃至10℃的范围内。只需要将其送风温差规定在15℃之内就可以达到温度要求，这样一来就能够有效减少其中的耗电量。设备用房之所以不需要高精度的送风温差，主要是因为该类房间内人员不会长期停留，没有太多热量的消耗。而其散湿量主要是来源于端墙、顶板以及外围护结构，因此只需要计算该结构的散湿量就能够确定该类房间所需的送风温差及相对湿度，达到其规范标准。

优化设计后我们可以得出，采用这种系统分设的方式，一方面能够将整个空调系统的风管尺寸缩小，节约空间占用面积；另一方面由于优化了送风量的数据，整个空调系统的耗电量也随之降低，节省了一笔不小的费用。再者，该类设备用房属于气体消防灭火房间，不需要增设排烟系统，这样一来能够降低整个防排烟工作的难度，整体提高工作效率。

4.4 VRV管加上新风空调系统

该系统具备风机盘管系统所有的优点，且VRV系统更加简单，占用空间更小，在运行的过程中表现出更加出色的性能。VRV系统采用独立的冷热源，能够对负荷的变化采用变频控制，保证在负荷变化之内压缩机都能够保持较好的效率运转。另外，VRV系统还可以通过新风换气机提供新风，将室内的排风与新风通过全热交换器回收排风的部分能量，回收效率能够达到60%至70%之间。VRV系统还拥有独立并且完善的控制系统，对于地铁而言，VRV系统可以设置在室外地面，不需要占用机房的空间，其中采用的冷媒管和少量凝结水管，其冷媒管柔性好，能够在施工的过程降低布置的难度，提高施工效率，这对于节省地铁的造价具有十分重要的意义。

5 结语

总之，对地铁设备管理用房全空气通风空调系统进行优化具有一定经济效益和实践效益。这是进行优化设计基本考虑的问题。虽然全空气通风空调系统有一定的优势，但是针对其在占用地下空间、系统控制复杂方面还有一定的优化与改良的空间，因此借助以往的经验加上先进的技术有效提升全空气空调系统的性能具有一定意义，同样对提高全空气系统的运行效率也有一定帮助。

[1]龚伟,宋洁.上海轨道交通车站设备用房通风空调系统问题的调查研究[J].城市轨道交通研究,2013(1):102.

[2]王翠艳,张耕宁,曹学峰等.城市轨道交通车辆空调系统噪声试验研究[J].城市轨道交通研究,2010(7):222.

[3]陈佳,刘叶弟,臧建彬.上海地铁一号线乘客散热负荷的节能潜力分析[J].制冷空调与电力机械,2010(2):196-197.

[4]徐光烨.广州市地铁地下车站通风空调工程的特点及其施工中应注意的问题[J].建材与装饰(中旬刊),2013(10):149.

[5]王季楼,闫征.有回风全空气空调系统全新风运行送风的可行性研究[J].北京建筑工程学院学报,2012(2):239-240.

[6]翁庙成,余龙星,刘方.地铁区间隧道的烟气逆流长度与临界风速[J].华南理工大学学报(自然科学版),2014(6):157.

[7]林放,陈寿根,张恒,周泽林.基于SES的地铁环控通风节能技术[J].解放军理工大学学报(自然科学版),2014(5):189-190.