巴基斯坦城市轨道交通环控系统设计参数研究

池东

（中国铁路设计集团有限公司 城市轨道交通事业部，天津 300251）

0 引言

随着巴基斯坦的快速发展，城市规模日益扩大，卡拉奇市和拉合尔市均已是人口过千万的大都市。为方便人民的出行和缓解交通压力，巴基斯坦许多城市开始城市轨道交通的规划和建设。随着 “中巴经济走廊”“一带一路”等项目的推进和发展，巴基斯坦开始采用中国标准兴建城市轨道交通项目。其中拉合尔轨道交通橙线项目即采用中国标准建设，橙线项目是巴基斯坦国内第1条城市轨道交通工程，是“中巴经济走廊”框架下首个启动的大型轨道交通项目，也是我国设计单位承担的海外首个城轨设计总体总包设计项目，示范意义重大。

巴基斯坦位于南亚次大陆西北部，南部属于热带气候，其余属于亚热带气候，全国大部分地区干燥少雨，全年平均气温达27 ℃，气候条件恶劣，我国已开通或在建地铁的城市中无相似气候条件的地区。巴基斯坦城市轨道交通工程尚为空白，国内外关于巴基斯坦城轨环控关键技术基本无研究。以拉合尔地区为例，研究巴基斯坦城轨环控系统设计参数，并与中国标准进行比较，为巴基斯坦后续轨道交通环控系统设计和其他境外项目设计提供参考。

1 环控系统设计参数

地铁项目的环控系统设计参数主要包括室外环境输入设计参数和室内环控系统控制标准参数。

室外环境输入设计参数主要包括：地下区间隧道通风计算温度；夏季空调、通风室外空气计算参数；冬季室外空气计算参数等[1-2]。室外环境输入设计参数是环控系统的基础设计资料，必须基于当地的原始资料，再根据相关规范要求进行计算分析得到可以用于设计的计算参数。根据巴基斯坦气象部门统计记录，拉合尔地区的最冷季节为12月及1月，平均气温分别为15.2 ℃和13.3 ℃，有统计历史极端最低平均气温为8.6 ℃和7.4 ℃，根据中国设计标准[3-5]，拉合尔地区冬季不需采暖，因此仅讨论夏季工况的室外设计参数。

室内环控系统的控制标准主要包括：空气温湿度、风速、系统噪声、新风量、空气质量标准等。地铁环控系统的主要目的为地铁系统提供舒适的乘车环境、运营工作环境、设备运行环境，设计标准与当地气候、人民习惯等息息相关。环控系统的最终目标是为人提供适宜的室内环境，因此室内控制标准的决定性因素在于人，必须尊重当地要求，不能简单套用中国相关室内设计标准。

巴基斯坦无相关地铁设计规范，虽然拉合尔橙线项目采用中国标准[6-9]，但环控系统设计过程中需要参考当地民用建筑的设计标准、当地基础气象资料，并与中国设计规范对设计参数进行对比分析，得到适用于当地的设计标准。

巴基斯坦因经济相对落后，国家标准层面上通风空调行业的设计参数并不成熟，巴基斯坦当地工程通风空调系统的设计主要基于美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）相关标准。巴基斯坦气象基础资料比较匮乏，没有系统的气象基础资料统计，当地通风空调的设计参数也基本都是基于《ASHRAE Fundamental Handbook》[1]。通过走访调研巴基斯坦国家气象部门（Pakistan Meteorological Department），收集到拉合尔地区2004—2014年近11年的历年逐时气象参数，主要包括空气逐时干球温度、相对湿度等，可用于室外设计参数的分析计算。

2 室外设计参数

2.1 地下区间隧道通风计算温度

地下区间隧道通风室外空气计算温度是隧道通风计算的关键基础资料[10]。环控系统根据具体通风温度设计合理的通风组织，以保证区间内的温度能满足列车正常运营要求。ASHRAE手册多用于民用、工业建筑，并未给出隧道通风计算温度相关资料，巴基斯坦地区也无通风计算温度这一概念。因此，将中国标准引入巴基斯坦，根据我国《地铁设计规范》[2]的规定计算隧道通风温度。《地铁设计规范》中关于隧道通风室外空气计算温度规定应符合以下条件：夏季应为近20年最热月月平均温度的平均值；冬季应为近20年最冷月月平均气温的平均值。

受原始资料限制，仅能计算近11年的气象数据。分析气象数据可知，拉合尔地区最热月出现在6月，根据规范计算方法，计算隧道通风温度结果见图1。历年来最热月平均温度为33.7 ℃，高于我国绝大多数城市的隧道通风计算温度，与当地气象条件相符。

2.2 夏季空调室外空气计算参数

根据《ASHRAE Fundamental Handbook》，空调系统室外计算参数的确定方法一般采用不保证率的方法，这样计算参数并不唯一，可以针对不同建筑物进行选择不同的设计参数，选择空间较大。巴基斯坦当地工程一般使用不保证率2.5%的室外计算参数，而根据我国《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[3]，我国室外空气计算参数一般是按平均或累年不保证日（时）数确定。如夏季空调室外空气计算干球温度采用历年平均不保证50 h的干球温度作为计算参数。ASHRAE标准更贴近当地的设计习惯，更具当地适用性，因此推荐采用ASHRAE标准给出的温度作为空调室外空气计算参数。

根据《ASHRAE Fundamental Handbook》第14章Climatic Design Information中信息，巴基斯坦主要城市的室外空气干、湿球温度参数见表1。在拉合尔橙线招标文件中，巴基斯坦夏季空调室外气象参数见表2。从表1和表2比较可以看出，招标文件给出的温度高于ASHRAE手册给出的温度。ASHRAE手册给出的温度采集地点为机场附近，机场一般多位于城市郊区，受城市热岛效应影响，郊区温度多低于市区温度，橙线项目从南向北穿拉合尔城市而过，因此应以招标文件中的计算参数为准。综合几方面因素，推荐采用招标文件中不保证率为2.5%的参数作为空调室外计算参数。

图1 拉合尔地区最热月平均室外空气温度

表1 《ASHRAE Fundamental Handbook》中巴基斯坦主要城市室外空气计算参数 ℃

表2 招标文件中室外空气计算温度 ℃

2.3 夏季室外通风计算温度

巴基斯坦地区通风空调系统设计无通风计算温度这一概念，类似于隧道通风计算温度计算，引入中国设计规范。根据GB 50736—2012《中国民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》和GB 50157—2013《地铁设计规范》中关于通风温度的定义，计算拉合尔当地夏季室外通风计算温度。规范中规定夏季通风室外计算温度为历年最热月14时的月平均温度的平均值，其中14时指一天中气温最高时刻。通过分析收集到的拉合尔地区逐时气象参数发现，拉合尔地区一天最高气温出现在11时，因此拉合尔地区的夏季通风计算温度应为最热月11时的月平均温度的平均值。由上文可知最热月出现在6月，因此按中国规范要求，拉合尔地区通风温度应为历年6月每日11时温度的平均值，这个期间平均室外空气计算干球温度和平均室外空气计算相对湿度的计算结果见图2和图3。

图2 拉合尔地区最热月月平均室外空气计算干球温度

图3 拉合尔地区最热月月平均室外空气计算相对湿度

根据计算结果，巴基斯坦拉合尔地区按中国规范计算的11年夏季平均通风温度为39.3 ℃，相对湿度为26%，远高于我国城市的通风温度，但相对湿度较低，通风计算焓值与我国大部分城市相符，与巴基斯坦气候干燥少雨的特点相吻合。因此在设计过程中，我国可以通过机械通风达到降温目的，而在巴基斯坦则需采用空调系统才能达到降温目的。

3 巴基斯坦拉合尔地区设计标准

3.1 中、巴环控系统主要设计标准比较

巴基斯坦人民大多有宗教信仰，为英联邦国家，工作生活受西方国家影响较大，与我国人民民族、生活环境和习惯存在差异，因此对环控系统控制标准要求也不同。参考橙线项目招标文件要求和当地通风空调设计标准，并与中国地铁设计标准进行比较，主要差异见表3。

3.2 巴基斯坦拉合尔地区设计标准

中、巴设计标准存在一定的区别，在地铁设计中，环控系统设计的主要目的是保证地铁内部空气环境的空气质量、温度、湿度、气流组织、气流速度和噪声标准均能满足人员生理及心理条件的要求和设备正常运转的需要。上述控制项目或控制因素与人体感受密切相关，可以说人体的客观要求和主观感受是设计的主导控制因素。建议在标准冲突时按高标准执行，巴基斯坦拉合尔地区环控系统主要设计参数/标准见表4。

4 结论与建议

分析巴基斯坦拉合尔地区地铁环控系统设计参数，引入中国标准进行对比，提出巴基斯坦轨道交通环控系统设计建议：

（1）计算得到了巴基斯坦拉合尔夏季地下区间隧道通风计算温度为33.7 ℃，温度高于我国已运营或在建地铁城市，隧道通风设计过程中需加强设计计算与验证。

表4 巴基斯坦拉合尔地区环控系统主要设计参数/标准

（2）分析《ASHRAE Fundamental Handbook》和招标文件，给出夏季空调室外空气计算参数：干球温度为42.2 ℃，湿球温度为27.8 ℃，结果符合拉合尔地区气候干燥炎热特点，环控系统设备选型应充分考虑气候特点。

（3）比较中、巴标准区别给出环控系统室内设计主要设计标准，大部分设计标准高于中国设计标准，这与巴基斯坦宗教信仰和民族习惯等息息相关，应作为环控系统设计目标控制的参考。

（4）以上只研究了11年的气象数据，数据资料完整后还待进一步校核计算。此外研究的环控设计目标参数，对环控系统的设备设计、设备选型、流体输送设计标准并未涉及，待进一步研究与探讨。