地铁车站新型组合闭式通风空调系统

张之启

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063）

1 系统概况

地铁是指以在地下运行为主的城市轨道交通系统，在市区内一般敷设在道路下，地铁内各种系统设备众多、散热量大、人员密集、空气潮湿，若不采取措施，将无法保证设备的正常运行、无法保证人员的乘车、工作环境，因此地铁需要设置通风空调系统。地铁通风空调系统的主要功能是:在正常运行时为广大乘客提供舒适的乘车环境，为地铁工作人员和系统设备运行提供良好的工作环境[1]；阻塞运行时保证阻塞区间内阻塞列车上人员新风量和阻塞列车空调器正常工作；火灾运行时能够迅速有效排除烟气，同时诱导乘客安全撤离到安全区域内[2]。

文献[3]对地铁车站的防排烟系统进行了研究，认为防排烟系统应尽量做到设计合理且符合经济效益。文献[4]认为地铁能耗巨大，应采取相应的措施降低能耗。文献[5]认为车站存在严重的能源浪费情况，有较大的节能潜力。文献[6-9]认为减少地铁通风空调系统能耗，应充分利用地铁活塞风。因此应对目前的地铁通风空调系统进行分析研究，进一步优化系统。

2 目前系统的应用情况

地铁车站闭式通风空调系统主要有传统闭式系统和集成闭式系统。

2.1 传统闭式系统

国内建设较早的地铁线路主要采用传统闭式系统，这种系统受制于站台门技术的发展，没有在站台公共区安装站台门，运行方式采取开、闭式运行(空调工况）方式。地铁车站站台公共区与隧道直接融为一体，完全没有进行有效分割，隧道和车站内的空气利用列车活塞效应，通过车站出入口和车站两端的活塞风井与外界室外空气进行互换。

2.2 集成闭式系统

集成闭式是由传统闭式系统演变而来，从车站方案来说，取消了车站两侧的活塞风井、增设了站台门，在站台门上设置有百叶风口，没有将区间隧道与车站公共区完全分割开；设备的变化是由大型表冷器取代了组合式空调器，并且从站内挪移到了新风道内，通过新、排风道内的送、排风机(相当于传统闭式中的区间隧道风机）变频运行，满足车站的环境要求。集成闭式系统与传统闭式系统空调季节闭式运行的原理相同[10]。

2.3 闭式系统存在的问题

文献[11]认为闭式系统风道的土建规模比较大。目前我国城市道路的主干道为30～40 m，次干道为20～24 m，支路为14～18 m。集成闭式系统的土建风道长度多达六十几米，因此现有的城市道路下无法布置下该系统风道，必然要进入道路两侧的地块内，从而造成了拆迁量增大，施工风险增大，同时增加工程投资，影响工期；该系统设置了大量的土建空调送风道，土建送风道在施工中，往往密封不严，保温效果不好，造成了极大的能源浪费，而且不满足节能的相关要求[12]。该系统的送风机、回风机长期处于低频运行，未在设备高效区段内运行，造成了设备运行费用偏高。

3 新型组合闭式通风空调系统

3.1 组合闭式系统组成

在总结研究国内外各城市地铁车站通风空调系统设计、建设、运营经验的基础上，发明了一套更加节能、更易于实施的地铁车站新型组合闭式通风空调系统，该系统具体布置如图1所示。

图1 组合闭式系统布置示意

(1）车站只设新风道、排风道，取消目前地铁车站的活塞风道。在新风道、排风道内设置地铁隧道事故风机，该事故风机可满足地铁隧道的正常、阻塞、火灾等各项工况的通风要求。由于取消了车站的活塞风道，大大减小了车站建筑面积，降低了工程造价。经过对地铁车站进行比较，该系统比集成闭式系统和屏蔽门系统节约土建面积200 m2以上，每一座车站可直接节约土建投资200万以上。

(2）车站设置组合式空调器和回排风机。组合式空调器和回排风机均属于成熟产品，易于采购、安装和运营维护，比特殊产品(比如集成闭式系统的大型表冷器）的造价要降低很多。

(3）车站空调采用全金属风管、风箱。经过冷处理后的空调风全部在经过保温的金属风管内流动。

3.2 组合闭式系统操作方式

3.2.1 车站、区间正常运营工况

(1）在空调小新风工况运行时:开启组合式空调器17、18，开启小新风机21、22，开启回排风机19、20，开启电动风量调节阀 1、2、3、4、5、6、25、26，关闭电动风量调节阀7、8，关闭隧道上的组合风阀10、11、12、13、14，关闭事故风机 15、16。 组合式空调器17、18依据车站客流情况作相应的变频运行，向车站公共区内送空调冷风。回排风机19、20亦作相应的变频进行空调回风。

(2）在空调全新风工况运行时:开启组合式空调器17、18，关闭小新风机21、22，开启回排风机19、20，开启电动风量调节阀1、2、3、4、7、8、9，关闭电动风量调节阀5、6、25、26，关闭隧道上的组合风阀10、11、12、13、14，关闭事故风机 15、16。 组合式空调器17、18依据车站客流情况作相应的变频运行，向车站公共区内送空调冷风。回排风机19、20亦作相应的变频进行排风。

(3）在通风季节运行时:关闭组合式空调器17、18，关闭小新风机21、22，关闭回排风机19、20，关闭事故风机15、16，关闭电动风量调节阀 1、2、3、4、5、6、7、8、9、25、26，关闭隧道上的组合风阀10、11、12、13、14。

3.2.2 车站火灾工况

(1）在站厅公共区火灾时:关闭组合式空调器17、18，关闭小新风机 21、22，开启回排风机(兼排烟）19、20，开启电动风量调节阀 3、4、7、8，关闭电动风量调节阀 1、2、9、5、6、25、26，关闭隧道上的组合风阀 10、11、12、13、14，关闭事故风机 15、16。 回排风机19、20工频对站厅公共区进行排烟，通过车站出入口进行补风。

(2）在站台公共区火灾时:关闭组合式空调器17、18，关闭小新风机 21、22，开启回排风机(兼排烟）19、20，开启电动风量调节阀 3、4、7、8，关闭电动风量调节阀 1、2、9、5、6、25、26，开启隧道上的组合风阀 10、11、12、14，关闭隧道上的组合风阀 13、开启事故风机15、16。事故风机15、16和回排风机19、20同时对站台进行排烟，通过车站出入口和车站两端的隧道进行补风。

3.2.3 区间阻塞、火灾工况

在区间27阻塞、火灾时:关闭组合式空调器17、18，关闭小新风机 21、22，关闭回排风机 19、20，关闭电动风量调节阀 1、2、3、4、5、6、7、8、9、25、26，开启事故风机15、16，开启隧道上的组合风阀10、11、12、13，关闭隧道上的组合风阀14。通过事故风机15、16对区间隧道27进行通风排烟。

在区间28阻塞、火灾时:关闭组合式空调器17、18，关闭小新风机 21、22，关闭回排风机 19、20，关闭电动风量调节阀 1、2、3、4、5、6、7、8、9、25、26，开启事故风机15、16，开启隧道上的组合风阀10、11、13、14，关闭隧道上的组合风阀12。通过事故风机15、16对区间隧道28进行通风排烟。其他区间火灾亦可通过调整相关阀门实现。

3.3 组合闭式系统的优点

(1）将车站通风空调系统的风道和区间隧道通风系统整合在了一起，这样可以充分利用事故风道的顶部空间；同时将区间事故风机和车站空调系统设备分设，有利于简化控制系统，便于安装与调试，减小运营维护工作量。新型组合闭式通风空调系统不仅完全可以满足地铁车站的通风、空调的各项功能，而且还可以满足区间隧道正常运行、阻塞、火灾工况的需要。

(2）由于本系统的事故风道内没有设置大型表冷器，相比集成闭式系统，缩短了风道长度20 m以上，不仅减小了土建面积，而且大大减小了拆迁工作量。

(3）在组合式空调器内设置中效及以上过滤器，对空气进行过滤处理，经过过滤和冷处理的空气，均送入金属风道内，避免土建风道的二次起灰和污染，使送到地铁公共区内的空气质量达到优良状态；同时对地铁隧道进行排风，将隧道内的灰尘和金属粉末直接抽吸走，排出室外或者进行有效过滤，大大改善了地铁车站内的空气品质。

(4）回排风机按系统容量配置，避免了大马拉小车，可以使回排风机始终运行在高效区段内，从而实现节能运行。

(5）组成该系统的各种设备均采用成熟产品，这样便于设计、易于招标、便于运营维护，大大降低建设难度，节省维护费用。由于处理后的冷空气均在设了有效保温措施的金属风管内，没有进入土建风道，大大降低了系统的冷损耗，比集成闭式系统可减少90%以上的冷损耗。

(6）对于南方城市，可以有6个月左右的时间利用列车活塞作用进行通风换气，而不用开启任何通风空调设备；对于北方城市，可以有8个月左右的时间利用列车活塞作用进行通风换气，而不用开启任何通风空调设备；相比于其他空调系统，节能效果相当明显。

3.4 组合闭式系统应用前景

组合闭式系统应用范围广，不仅一条线路可以采用本系统，亦可在单独的一座车站中采用该系统；不仅应用于安全门制式的车站，也可应用于屏蔽门制式的车站。由于该系统大大优于集成闭式系统，在未来的新线建设中将完全取代集成闭式系统，广泛应用于国内外各地的地铁建设中。

安全门制式的车站直接采用该系统即可，无需进行任何变动。当应用到屏蔽门系统制式时，可由如下两种方式实现:

(1）在屏蔽门系统车站的端部设置活塞风道，将区间的活塞风引至室外。

(2）对于无法设置活塞风道的屏蔽门系统车站，则由该系统的事故风机对区间隧道进行通风降温。车站设置迂回风道，将左、右线的列车活塞风进行迂回，避免冲击车站的屏蔽门。

4 结论

该系统获得“一种组合闭式地铁车站通风空调系统”实用新型专利证书(专利号:ZL2016 2 0079247.1），并且获得“一种组合闭式地铁车站通风空调系统及应用”发明专利(专利号:ZL2016 1 0054378.9）。

在总结研究国内外各城市地铁车站通风空调系统设计、建设、运营经验的基础上，发明了一套更加节能、更易于实施的地铁车站新型组合闭式通风空调系统。该系统在南京地铁7号线工程中得到一定应用，系统具有布置灵活、设备成熟、简化了设备控制系统，减小了车站土建面积，降低了工程造价，提供了节能运行的方案措施，值得在地铁设计中大力推广、借鉴和应用，具有重大的社会效益和经济效益。