城市轨道交通地下车站公共区空调系统方案对比分析

武 磊

中国铁路设计集团有限公司 天津 300000

1 引言

对于地铁车站公共区来说，按照空气处理范围的不同，可将空调系统分为集中式空调系统和分散式空调系统，集中式空调系统是对公共区全部空间范围内的空气进行处理，根据整体空间冷负荷配置空调系统[1]；分散式空调系统是对公共区局部空间范围内的空气进行处理，按照局部空间冷负荷配置空调系统。当前，地铁车站公共区通常采用集中式空调系统，通过组合空调机组、回排风机以及吊顶内的风管、风口，进行全范围的通风换气和空调制冷。而公共区属于室外空间与列车车厢过渡区域，乘客在公共区的停留时间比较短，主要集中在站厅中间区域和站台候车区域，站厅两端区域基本无乘客停留。并且站厅两端区域与出入口通道联通，在活塞风的作用下，冷空气会经出入口通道流出到室外空间，造成能源浪费，因此，如能根据车站公共区的人流集散情况，制定合理的空调方案，针对局部区域进行空调制冷，将会明显降低能耗，具有显著的节能效果。

2 地铁车站公共区集中式空调系统

2.1 系统方案

集中式空调系统由设置在两端环控机房内的组合空调机组、回排风机、排烟风机、新风机，设置在设备区及公共区吊顶内的送风管和排风管，以及设置在风管上的电动风阀构成，系统方案如图1所示。

2.2 运行模式

集中式空调系统根据温湿度测点的反馈数据，在自动控制系统的干预下，实现不同工况的模式转换。

(1) 空调季：当室外空气焓值大于空调系统回风设计焓值时，采用最小新风空调工况；当室外空气焓值小于等于空调系统回风设计焓值，且室外空气温度大于空调系统送风温度时，采用全新风空调工况；(2) 过渡季：当室外空气温度大于5℃，且小于等于空调系统送风温度时，采用过渡季通风工况；(3) 冬季：当室外空气温度大于车站公共区室内露点温度，且小于等于5℃时，采用冬季小新风工况。

2.3 存在问题

集中式空调系统存在四类问题：一是风管阻力大、送风距离长、冷量损失大，送风管末端覆盖区域的温度达不到设计值；二是风管尺寸大，综合管线布置困难，吊顶安装高度低；三是组合空调机组安装于两端环控机房内，机房面积大，影响土建规模；四是集中式空调系统采用全范围的通风换气或者空调制冷模式，不能对人流密集区域和热负荷较大的区域进行针对性降温[2]。由于上述问题的存在，本文提出分散式空调系统，在满足规范和运营要求的前提下，解决公共区末端区域温度不达标、管线布置困难、占地面积大等问题。

3 地铁车站公共区分散式空调系统

地铁车站公共区作为过渡区域，乘客停留时间较短，研究发现，乘客进站时，平均在站厅公共区停留3分钟左右，乘客出站时，平均在站厅公共区停留1.5分钟左右，乘客在站台公共区的停留时间与地铁发车间隔有关，人流集散情况存在明显的区域性，如图2所示，红色区域为人流密集区域，黄色区域为人流相对密集区域，绿色区域为人流较少区域，白色区域为人流极少区域。经对天津地铁车站公共区温度进行测量，数据显示，公共区的环境温度与人流密集程度正相关，人流密集区域的环境温度要高于设计温度，人流极少区域的环境温度要低于设计温度。究其原因，在于集中式空调系统只能进行全范围的空调制冷，加上装修风格、吊顶高度和综合管线布置等因素的限制，风口多布置在主管道上，导致近设备端的风口风量大，远设备端的风口风量小，但人流密集区域主要集中在公共区中间区域，且此区域设备发热量大，采用集中式空调系统的公共区会出现冷热失调的问题[3]。

图2 地铁车站公共区人流分布图

3.1 系统方案

结合集中式空调系统的优势，本文提出分散式空调系统。分散式空调系统由设置在两端环控机房内的新风机组、排风机、排烟风机，设置在站厅公共区和站台公共区人流密集区域的岛式空调，设置在设备区及公共区吊顶内的新风管和排风管，以及设置在风管上的电动风阀构成，系统方案如图3所示。

图3 地铁车站公共区分散式空调系统原理图

3.2 运行模式

分散式空调系统根据温湿度测点的反馈数据，在自动控制系统的干预下，实现不同工况的模式转换。

(1) 空调季：采用最小新风工况，开启岛式空调机组对人流密集区域进行空调制冷，开启新风机组向公共区补充人员新风。(2) 过渡季：当室外空气温度大于5℃，且小于等于空调系统送风温度时，采用过渡季通风工况，关闭岛式空调机组，开启排风机进行排风，开启新风机组补充新风。(3) 冬季：当室外空气温度大于车站公共区室内露点温度，且小于等于5℃时，采用冬季小新风工况，开启新风机组向公共区补充人员新风。

3.3 方案特点

分散式空调系统可以弥补常规集中式空调系统的不足，针对公共区人流密集程度和热负荷分布，实现局部范围的定向降温。分散式空调系统是将小型空气处理机组进行集成化处理，去掉非必要的单元，再结合地铁车站的建筑布局和装修风格，将集约化处理的岛式空调机组安装在特定区域，利用岛式空调机组自带的送风口和排风口，实现局部空调制冷，节约能源。

4 两种空调系统方案技术分析

4.1 系统方案分析

集中式空调系统的风量和冷量根据公共区所有范围内的冷、湿负荷进行计算，包括人员、照明、广告灯箱、售检票机、通信设备等产热量以及人员、围护结构等产湿量，送风管和回排风管的尺寸根据风量及风速确定。

分散式空调系统的岛式空调机组冷量根据公共区中间区域的冷、湿负荷进行计算，由于分散式空调系统针对中间区域进行降温，出入口通道与站厅公共区两端区域基本无温差，活塞风导致的出入口热渗透可以忽略不记，与集中式空调系统相比，岛式空调机组冷量要小约20%，新风机组的风量根据人员所需新风量确定，排风机的风量按照换气次数进行计算，新风管和排风管的尺寸根据风量及风速确定。冷却水系统、冷水机组、冷冻水系统的设备容量要减小15%左右，此外，岛式空调机组可与票亭、楼梯下三角房等区域进行结合布置。

4.2 初投资分析

以天津地区标准地下站为例，集中式空调系统和分散式空调系统的投资对比分析见表1。由此可见，包含土建投资时，分散式空调系统比集中式空调系统节省投资约410.2万元，不包含土建投资时，节省投资约90.2万元。

表1 集中式空调系统和分散式空调系统投资对比表

4.3 运行能耗分析

集中式空调系统和分散式空调系统的运行能耗对比分析见表2。由此可见，在不同运行模式下，分散式空调系统比集中式空调系统的能耗下降明显，其中，小新风模式下，运行能耗降低约29%，全新风模式下，运行能耗降低约27%，通风模式下，运行能耗降低约56%。

表2 集中式空调系统和分散式空调系统运行能耗对比表

5 结语

本文从地铁车站常规集中式空调系统方案入手，指出空调系统存在的问题与不足，并针对性的提出地铁车站公共区分散式空调系统，经多方面对比分析后，得出如下结论：分散式空调系统可针对公共区人流密集程度和热负荷分布，实现局部范围的定向精准降温，避免能源浪费，还可以解决机房占地面积大、系统输配能耗高、综合管线排布困难等问题，能够有效节约土建规模和设备出投资，减少空调系统运行费用。