磁浮地下车站不同隧道通风模式研究

摘 要：磁浮车辆作为一种新型轨道交通，由于车辆编组小，其地下车站相比传统地铁车站规模也较小，为了探究适合磁浮地下车站的隧道通风模式，该文借鉴传统地铁车站隧道通风模式，创新性地探讨4种磁浮地下车站的隧道通风模式，分析4种隧道通风模式在正常运行工况、阻塞工况和火灾工况的运行机制。通过表格定量分析4种隧道通风模式的耗能量、机电造价和土建造价，对比得出结论，模式四区间隧道双活塞通风+车站单端双排热风机系统是适合磁浮地下车站的最佳隧道通风模式。

关键词：磁浮地下车站；隧道通风模式；耗能量；造价；新型轨道交通

中图分类号：U231.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）24-0085-05

Abstract： As a new type of rail transit， maglev vehicles have smaller underground stations compared to traditional subway stations due to their small vehicle composition. In order to explore tunnel ventilation modes suitable for maglev underground stations， this paper draws lessons from the traditional subway station tunnel ventilation mode， and creatively discusses four kinds of tunnel ventilation modes of maglev underground station. The operation mechanisms of four tunnel ventilation modes under normal operating conditions， blocking conditions and fire conditions are analyzed. Through the table quantitative analysis of the energy consumption， mechanical and electrical cost and civil construction cost of the four tunnel ventilation modes， it is concluded that the mode four interval tunnel double-piston ventilation + station single-end double-row hot fan system is the best tunnel ventilation mode suitable for maglev underground station.

Keywords： maglev underground station; tunnel ventilation mode; energy consumption; cost; new rail transit

城市轨道交通已经成为人们出行的必要工具，也是打造绿色城市的重要环节，怎样让城市轨道交通更加节能增效是值得研究的问题。城市轨道交通项目能源消耗主要表现为电力消耗，其中车站通风空调耗能在车站总体耗能中占较大比例，而车站隧道通风耗能占整个车站通风空调能耗的15%。目前城市轨道交通如地铁车站的区间隧道通风模式多采用双活塞系统，车站隧道通风模式多采用两端设置排热风机形式。磁浮系统作为一种新型的城市轨道交通车辆，其对应的线路和车站在城市中多以高架敷设，但是部分项目由于各种外在条件制约，仍然需要考虑地下敷设。由于磁浮车辆编组较短，车站规模较小，本文参考传统地铁地下车站的隧道通风模式，创新地探讨磁浮地下车站的隧道通风模式，同时对比各个模式的耗能及造价。

1 4种隧道通风模式的控制原理

1.1 模式一：区间隧道双活塞通风系统+车站隧道双端单排热风机系统

如图1所示，模式一参照传统地铁地下站隧道通风系统，车站两端各设2台可逆转的隧道风机（70 m3/s，功率90 kW），布置满足两端风机的独立运行，同时实现互为备用。车站两端各设置一台排热风机（40 m3/s，功率45 kW）负担半个车站隧道的排风和排烟。通过电动组合风阀的切换，此模式可满足区间和车站正常工况、阻塞工况和火灾工况模式的转换要求，具体控制策略如下。

1）正常运行工况：隧道两端组合式电动风阀（DZ-A1～DZ-A4，DZ-B1～DZ-B4）开启，在区间隧道内，利用活塞效应，通过两端的活塞风井充分排除区间隧道的余湿和余热。当列车收到进站信号时，与排热风机相连的组合式电动风阀（DZ-A8，DZ-B8）开启，对应侧轨行区的排热风机（TEF-A1、TEF-B1）升频运行排除列车冷凝器余湿和余热，当列车离站时排热风机以最低频率运行。

2）阻塞工况：当列车因故障或其他原因而必须停在区间超过2 min时，按行车方向进行机械通风。前方车站开启2台隧道风机对阻塞侧进行排风，同时保持前方车站的车站隧道排风系统运行，后方车站开启2台隧道风机对阻塞侧进行送风，同时关闭后方车站的车站隧道排风系统，确保阻塞列车周围的平均温度不大于40 ℃，列车空调冷凝器周围温度小于等于45 ℃。例如，若列车在第3个车站和第4个车站的左线区间阻塞，03和04车站的活塞风阀（DZ-A1、A2、A4，DZ-B1、B2、B4）均关闭。开启前方03车站B端的机械风阀和转换风阀（DZ-03-B3、DZ-03-B5、DZ-03-B6和DZ-03-B7），2台隧道风机（TEF-03-B1、TEF-03-B2）正转，对左线区间进行排风，03车站的排热风阀（DZ-A8，DZ-B8）开启，排热风机（TEF-03-A1、TEF-03-B1）满负荷运行；同时开启后方04车站A端的转换风阀和机械风阀（DZ-04-A3、DZ-04-A5、DZ-04-A6和DZ-04-A7）， 2台隧道风机（TVF-04-A1、TVF-04-A2）反转，对左线区间进行送风，04车站排热风机（TEF-04-A1、TEF-04-B1）停止运行。

3）火灾工况：列车在运行过程中发生火灾时应尽量驶向前方车站，在前方车站组织疏散乘客、排除烟气和灭火。在区间隧道内的烟气排除方向始终是与多数乘客疏散方向相反。当列车停在车站疏散乘客时，开启车站两端排热风阀（DZ-A8，DZ-B8），车站两端排热风机（TEF-A1、TEF-B1）满负荷运行，烟气通过轨顶风道通风口排除烟气。

当着火列车停在区间隧道内疏散乘客时，需排风的车站开启2台隧道风机对事故侧隧道进行排风，同时保持车站隧道排风系统运行；需送风的车站开启3台隧道风机，其中2台对事故侧隧道进行送风，另外一台对非事故隧道进行送风，同时关闭车站隧道排风系统。例如，若列车停在03车站和04车站的左线区间隧道内疏散乘客，乘客往左线前进方向03车站方向进行疏散，需开启后方04车站A端的转换风阀和机械风阀（DZ-04-A3、DZ-04-A5、DZ-04-A6和DZ-04-A7），隧道风机正转对前方区间进行排烟， 04车站排热风机（TEF-04-A1、TEF-04-B1）开启，一同对前方区间进行排烟；前方03车站B端的机械风阀和转换风阀（DZ-03-B3、DZ-03-B5、DZ-03-B6和DZ-03-B7），隧道风机（TVF-03-B1、TVF-03-B2）反转，对左线区间进行送风。为了防止烟气弥散到相邻的右线区间， 03车站A端机械风阀（DZ-03-A1和DZ-03-A5）开启，隧道风机TVF-03-A1反转，对右线区间进行送风，03车站的排热风机（TEF-03-A1、TEF-03-B1）停止运行。

1.2 模式二：区间隧道双活塞通风系统+车站隧道双端双排热风机系统

如图2所示，模式二在区间和车站正常工况、阻塞工况和火灾工况模式下的运行控制与模式一基本相同。相比模式一，模式二的排热风系统单端都为双排热风机（20 m3/s，功率22 kW），在排除列车冷凝器余湿和余热时，可通过组合排热风机数量，针对不同行车对数来调节排风量，在满足区间和车站设计要求的情况下，实现尽可能节能运行。参照文献《地铁车站隧道排热系统节能模式探讨》，当行车对数大于18对/h时 ，两端4台排热风机全部开启；当行车对数在10～18对/h或小于10对/h且隧道温度高于38 ℃时，两端各开启1台共2台排热风机。

1.3 模式三：区间隧道双活塞通风系统+车站隧道与区间隧道通风共用风机

如图3所示，模式三区间隧道通风系统和模式一相同，但是模式三取消了车站隧道的排热风机，车站隧道通风与区间隧道通风共用隧道风机（双速变频40/70 m3/s，45 kW/90 kW）和风道，通过电动风阀的切换，满足区间和车站正常工况、阻塞工况和火灾工况模式的转换要求，具体控制策略如下。

1）正常运行工况：活塞通风模式同模式一。当列车收到进站信号时，双速风机418-TVF/TEF-A1和418-TVF/TEF-B1运行在40 m3/s风速档，升频运行排除列车冷凝器余湿和余热。

2）阻塞工况：阻塞工况通风模式基本同模式一。其中双速隧道风机运行在70 m3/s风速档，隧道风和排热风的转换风阀DZ-A8和DZ-B8打开，实现前方车站开启2台隧道风机对阻塞侧进行排风，后方车站开启2台隧道风机对阻塞侧进行送风。

3）火灾工况：当列车停留在车站疏散乘客时，转换风阀DZ-A8和DZ-B8关闭，与轨顶风道相连的电动风阀DZ-A9和DZ-B9打开，车站两端双速风机418-TVF/TEF-A1和418-TVF/TEF-B1运行在40 m3/s风速档，烟气通过轨顶风道通风口排除烟气。当列车停留在区间疏散乘客时，排烟运行基本同模式一，转换风阀DZ-A8和DZ-B8打开，双速隧道风机运行在70 m3/s风速档，实现前后方车站隧道风机分别对区间排烟和送风。

1.4 模式四：区间隧道双活塞通风系统+车站单端双排热风机系统

如图4所示，模式四区间隧道通风系统与模式一相同，车站两端各设2台可逆转的隧道风机（70 m3/s，功率90 kW），布置满足两端风机的独立运行，同时实现互为备用。对于排热风系统，考虑磁浮车站规模小，模式四车站仅单端设置双台排热风机（20 m3/s，功率22 kW）负责车站隧道左线和右线的排热和排烟，单独排热风系统在车站正常工况、阻塞工况和火灾工况下的转换与模式二相同，即类似于模式二的车站排热风系统单端运行。同时模式四通过电动风阀DZ-A10实现左右线车站隧道排烟互为备用功能。

2 4种隧道通风模式能耗和造价对比

通过以上4种模式的控制原理分析可知，4种模式的隧道风系统基本相同，不同的点在于排热风系统的控制。4个系统通过电动风阀的连锁转换均能实现区间隧道和车站隧道的排热和排烟要求。下面主要分析4种模式在能耗、设备造价和土建方案的不同以及各自的优缺点，从而选出最适合磁浮地下车站的隧道通风模式。

2.1 耗能量对比

假定参照地铁运行的隧道通风模式一为标准模式，通常情况下，隧道风机分别在早间发车前或者晚间收车后进行半小时隧道通风消除隧道余热，排热风机的运行时间参照文献《地铁车站隧道排热系统节能模式探讨》的运行时间，分别计算出四种模式下一周内隧道风系统的耗能量。

从表1分析可知，以标准模式一区间隧道双活塞通风+车站隧道双端单排热风机为参照，模式二区间隧道双活塞通风+车站隧道双端双排热风机和模式四区间隧道双活塞通风+车站单端双排热风机分别节能42.3%和48.3%，而模式三与标准模式一的能耗量基本相同。

2.2 机电造价（设备费）对比

在同样的土建方案前提下，以上4种模式的区间隧道风系统设备数量均一致，即为2台隧道风机、配套相应的8组金属外壳式消声器、与隧道风机连锁的8组活塞风阀、4组机械风阀和2组左右活塞风互为备用的转换风阀。表2重点分析4种模式下的车站隧道排热风系统设备数量和造价（设备费）对比。

由表2分析可知，对于机电造价（设备费），模式二区间隧道双活塞通风+车站隧道双端双排热风机与标准模式一相差不大，但是模式三区间隧道双活塞通风+车站隧道与区间隧道通风共用风机和模式四区间隧道双活塞通风+车站单端双排热风机都比模式一造价（设备费）有所减少。

2.3 土建造价对比

以上4种模式的区间隧道通风模式土建方案基本相同，即为双端双活塞风道，满足左右线在正常运行工况、组合工况和火灾工况时的通风和排烟要求，表3主要分析4种模式的车站隧道通排热风系统土建方案和造价的不同。

3 结论

从以上表1、表2和表3综合分析可知，模式四区间隧道双活塞通风+车站单端双排热风机为适应磁浮地下车站的最佳隧道通风模式。主要原因：从机电设备造价和土建造价分析，模式三和模式四均比模式一和模式二减少；但是就耗能量来说，模式四的耗能比模式三低得多。由于磁浮列车编组短，地下车站规模较普通城市轨道交通小，选择模式四既可以减少线路运行管理能耗，又可以减少建设造价，是适应磁浮的最佳隧道通风模式选择。

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