地铁车站环控大系统计算方法研究

高 岩

（天津市政工程设计研究总院有限公司，天津 300392）

地铁环控系统是地铁系统的重要组成部分，为保证地铁内部人员的安全、舒适及设备的正常工作，必须设置良好的环控系统。合理的环控系统，在保证站内环境舒适的同时，还可以节约运行能耗，对地铁运行的节能减排有重要的现实意义[1～2]。

目前，地铁车站环控大系统计算主流的方法是利用SES、STESS或CFD等模拟软件，通过搭建流体模型计算空调负荷；但是，由于地铁系统结构和环境的复杂性及特殊性，使得构建的计算模型偏理想化，计算结果具有局限性，与实际运行状况存在一定的偏差，只能用于参考，而不能用于设计计算[3～5]。本文通过工程实例，从环控大系统的负荷组成出发，详细分析每一影响因素，从而归纳总结出一套比较全面、准确的环控大系统计算方法。

1 车站环控系统难点分析

区别于地面建筑，地铁车站及区间隧道通常都位于地下，与外界大气主要通过出入口、通风竖井连通，环境封闭、湿度大、发热源多、空气流动相对缓慢，空气质量与地面及其他场所相差较大。

地铁环控系统设置复杂、运行费用高、工艺控制繁琐、与外部接口众多，效果与当地气候环境、列车运营组织模式、实时客流情况等密切相关。因此在对环控大系统的计算研究过程中，遇到了较多的困难和问题。

1）计算方法不成熟。在地铁设计的相关规范、标准中缺少环控大系统的具体计算过程、方法和公式，没有行业内标准的计算方法；因此对环控大系统的风量、冷量等设计计算，更多的需要设计人员进行自主学习钻研，归纳总结。

2）设计经验不足。主要体现在两个方面：一是设计人员资历浅，专业技术掌握不够深、不够广；二是设计人员工程经历少，近年来，地铁建设粗放式发展，导致新加入地铁设计行业的工作人员更多的是埋头画图，缺少跟随工程施工、验收、回访的过程。

3）专业间配合复杂。地铁车站环控大系统受多种因素影响，牵涉到地质、行车、客流、建筑、结构、电力等十几个专业，同时需要地铁运营部门的经验数据指导。

2 车站环控大系统计算分析

2.1 环控大系统的概念

地铁车站公共区（站厅、站台、出入口通道）的通风、空调及防排烟系统简称为环控大系统，主要由空调机组、新排风机、排烟风机、各种风阀、消声器和通风管道等组成。其主要功能为：正常运行时为公共区站厅及站台乘客提供舒适的乘候车环境；事故出现时可以迅速地组织排除烟气，保护乘客和工作人员安全疏散。

2.2 环控大系统的影响因素

地铁环控系统形式，包括开式系统、闭式系统和屏蔽门系统等。基础资料，包括城市、地区的室内外空气计算参数、近远期的客流数据等。建筑、结构资料，包括屏蔽门导热系数、结构壁面的热力学参数等。设备系统资料，包括列车运行发热量、电力设备发热量、广告照明发热量等。

2.3 环控大系统的计算步骤

确定车站环控系统形式。搜集整理基础资料，包括空气计算参数及标准、远期客流资料、电力设备发热量、屏蔽门漏风量等。详细计算公共区的热湿负荷值。根据热湿负荷，绘制焓湿图，计算送风量和总的冷负荷。

3 案例分析

3.1 工程概况

天津地铁6号线标准站沿站台边缘设置屏蔽门系统，将车站与区间分割开，车站两端设置隧道通风系统。与开式系统相比，屏蔽门系统空调能耗小，运行成本低。

3.2 空气计算参数及标准

夏季最热月的平均温度超过25℃且地铁高峰时间内每小时的行车对数和每列车车辆数的乘积≮180时，应采用空调系统[6]。天津夏季最热月平均温度26.6℃，地铁6号线车站远期高峰时段的设计发车密度≮30对/h，每列车车辆数6节，其乘积≮180，所以采用了空调系统。

夏季空调室外计算干球温度为32.4℃，计算湿球温度为26.9℃；通风室外计算温度夏季为26.4℃，冬季为-3.5℃[7]；计算干球温度站厅为30℃，站台为29℃；空调送风温差为9~10℃；相对湿度为45%~65%。

3.3 客流资料

2040年（通车后第25 a）晚高峰预测客流量为3 065人/h。客流停站时间：进站上车时站厅2 min，站台3 min；出站下车时站厅1.5 min，站台1.5 min。停站瞬时人数：站厅为117人/h；站台为150人/h。

课程内容不再以章节的形式出现，而是设计了四个大项目九个子项目作为载体承载本课程的教学内容，在完成教学目标的基础上兼顾了项目的职业性、趣味性和覆盖性等。[2]

3.4 热湿负荷计算

3.4.1 热湿负荷参数

1）人员发热量。站厅：显热4.1 kW，全热21.2 kW，潜热17.1 kW。站台：显热6.0 kW，全热27.4 kW，潜热21.4 kW。人员的湿负荷：站厅7 g/s；站台9 g/s。

2）照明及设施发热量。公共区：站厅81 kW，站台58 kW。广告牌：站厅30 kW，站台50 kW。扶梯：站厅24.2 kW，站台9.45 kW。垂直电梯：站厅3.5 kW，站台10.5 kW。售票机：19 kW。进出闸机：9.5 kW。通信设备：站厅2.5 kW，站台2.5 kW。屏蔽门电机：站台46 kW。

3）渗透风得热量150 kW；屏蔽门渗透负荷150 kW。

4）结构壁面湿负荷：站厅1.7 g/s；站台0.9 g/s。

5）站厅-站台温差，站台得热量60 kW。

6）其他发热量20 kW，其他湿负荷2 g/s。

1）车站公共区：总得热量810.7 kW，总湿负荷21g/s，显热得热量744.9 kW，热湿比38 605。

2）车站站厅：总得热量376.9 kW，总湿负荷10 g/s，显热得热量344.5 kW，热湿比37 690。

3）车站站台：总得热量433.8 kW，总湿负荷11g/s，显热得热量402.1 kW，热湿比39 436。

3.5 绘制焓湿图

3.5.1 状态点名称

站厅点N1；站台点N2；站厅、站台混合状态点N；室外状态点W；新风和回风混合状态点S；S’为等湿温升0.5℃；空调送风点H；H’为等湿温升1.5℃。

3.5.2 焓湿图绘制

H点的温度为20℃，相对湿度为86%，利用热湿比线计算N1、N2(站厅按10℃温差送风，站台按9℃温差送风）。通过N1、N2、H和站厅、站台的总得热量，求出站厅、站台空调的送风量，新风量占总送风量10%。

式中：G为送风量，kg/s；Q为总余热量，kW；hn为室内设计温度的焓值，kJ/kg；ho为送风状态点的焓值，kJ/kg。

通过N1、N2、G计算N。通过N、W和混合比10%，计算S。

式中：Qw为新风冷负荷，kW；Gw为新风量，kg/s；hw为室外空气进入系统时的焓值，kJ/kg。

S混合后温升0.5℃，到S’等湿过程；空调机组送风温升1.5℃，H到H′等湿升温；连接S’到H。见图1。

图1 环控大系统计算焓湿

3.5.3 计算结果

站厅层公共区空调送风量为59 758 m3/h，站台层公共区空调送风量为63 025 m3/h，车站公共区总空调送风量为122 783 m3/h；空调新风量为12 278 m3/h，新风冷负荷为148.3 kW；公共区计算总冷负荷 为959 kW。

3.6 计算总结

将上述计算过程整理成Excel程序，标明输入参数，编辑公式输出计算结果，能够适用于车站公共区空调系统的环控大系统计算，提高计算效率和准确性并且明确了各影响因素之间的关系，有利于进一步探索地铁环控系统的节能措施。

4 结论与建议

4.1 结论

1）车站环控大系统计算过程中，要注重对不同城市、不同地区的基础资料进行实地考察和调研。

2）车站环控大系统受多种因素影响，计算时需逐条、逐项地进行分析研究，以确定更加合理的数值。

3）地下车站空气系统相对封闭、人员流动性大，需要进行现场实测，充分结合实测数据。

4）地铁环控系统涉及专业众多，控制运行复杂，需要设计人员对其他相关的专业知识有所了解。

4.2 建议

本文对车站环控大系统计算方法提出了改进，但仍有许多问题值得深入研究。目前行业内在环控大系统计算过程中应用的方法、原理基本一致，但具体处理过程和参数取值等方面各有其道，在进一步的研究中，有必要对多种形式的地铁车站进行现场测试，结合实测数据找出车站环控大系统的每一项影响因素，从而形成行业内环控大系统的标准化计算方法。□■