淺談某地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

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簡介： 以某地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計為例，通過對其機房布置、運行控制模式及對其設(shè)計出發(fā)點的分析，該地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的機房布置、設(shè)備配置及管路設(shè)計的思路與出發(fā)點，在滿足系統(tǒng)功能的情況下，基本上解決了目前地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)普遍存在的一些問題，雖然同時也產(chǎn)生了一系列其它需要重視、解決和克服的新問題，還需要不斷地完善。
關(guān)鍵字：地鐵 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) 設(shè)計 認(rèn)識

1 引言

　　通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵系統(tǒng)中一個不可或缺的重要系統(tǒng)；它的完善程度，不僅直接關(guān)系到整個地鐵內(nèi)部空氣環(huán)境能否滿足人員的生理、心理條件要求和設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的需要，也關(guān)系到險情（列車阻塞、火災(zāi)等）發(fā)生時整個地鐵系統(tǒng)的防災(zāi)、救災(zāi)工作。

　　因此，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)具備以下主要功能^{【文獻(xiàn)1】}：

　　1）列車正常運行時，保證地鐵內(nèi)部空氣環(huán)境在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，為乘客提供一個往返于地面至車站至列車的“過渡性”舒適性環(huán)境；為管理人員提供較適宜的工作環(huán)境等等。

　　2）根據(jù)地鐵系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備的工藝要求，提供空調(diào)或通風(fēng)換氣，以保證工藝設(shè)備良好運行時所需的工作環(huán)境要求。

　　3）列車阻塞在區(qū)間隧道時，對阻塞隧道進(jìn)行機械通風(fēng)，為列車空調(diào)系統(tǒng)提供運行所需的空氣冷卻能力和新風(fēng)量，在阻塞期間維持列車內(nèi)部乘客能接受的環(huán)境條件，或向疏散的乘客提供足夠的新鮮空氣，使乘客能迎著新風(fēng)方向疏散。

　　4）列車在地鐵內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的部位和具體位置，對事發(fā)點采取有效的通風(fēng)、排煙措施，以誘導(dǎo)乘客安全撤離火場及消防人員進(jìn)行滅火工作。

　　為此，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要由以下四個子系統(tǒng)組成（其中前三個為風(fēng)系統(tǒng)）：

　　1）公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)A）；

　　2）設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)B）；

　　3）隧道通風(fēng)兼排煙系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)C）；

　　4）空調(diào)制冷循環(huán)水系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)D）。

　　下面就我國北方某城市在建地鐵，談?wù)劰P者對地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的一點粗淺認(rèn)識，以及該地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)存在的一些目前急需解決的問題；由于本人學(xué)識淺陋，有不當(dāng)之處，請各位批評指正。

　　2 概述

　　圖1為我國北方某城市在建地鐵典型車站（左端）通風(fēng)空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的原理圖（其中點劃線范圍內(nèi)為系統(tǒng)B）。由于典型地鐵車站一般兩端各設(shè)1個通風(fēng)空調(diào)機房，各負(fù)擔(dān)半個車站的空調(diào)負(fù)荷，因此本文僅針對該車站左端的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分析。

　　圖1  某地鐵車站（左端）通風(fēng)空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)原理圖

　　該城市地處我國北部，冬長干冷，夏季濕熱。根據(jù)該地的氣象數(shù)據(jù)、該地鐵系統(tǒng)高峰時間內(nèi)每小時的設(shè)計行車對數(shù)和每列車車輛編組數(shù)等，該地鐵采用了自然閉式、機械開式相結(jié)合的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；并在車站站臺兩端部設(shè)置迂回風(fēng)道，以滿足閉式運行時列車活塞風(fēng)的泄壓要求，有效地減小地鐵車站站臺上的“吹風(fēng)”現(xiàn)象，最大限度地增加候車乘客的舒適感。

　　3 本工程特點

　　目前我國地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)普遍存在：①系統(tǒng)比較復(fù)雜、龐大，設(shè)備眾多，機房占用面積過大；②單臺設(shè)備功能較為單一，系統(tǒng)操作復(fù)雜、繁瑣，從而也導(dǎo)致了有的地鐵已經(jīng)運營三、四年，其控制系統(tǒng)還不能很好地發(fā)揮作用；③設(shè)備裝機容量大，能耗高，不利于地鐵系統(tǒng)的節(jié)能運行；④在市區(qū)，大體量的地面進(jìn)、排風(fēng)亭（風(fēng)口），其用地、美觀、噪聲處理等諸多方面，都與周邊環(huán)境存在較難協(xié)調(diào)等不利情況。鑒于以上問題，各位地鐵同仁也從各個方面作出了努力，力求解決這一系列困繞地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的不利局面，一方面達(dá)到減少投資，降低本系統(tǒng)的工程造價，另一方面也可有效地減少BAS系統(tǒng)的控制對象，提高自動控制系統(tǒng)的實用性、可控性和可靠性，減少緊急情況下系統(tǒng)的反應(yīng)時間。

　　圖2  典型地鐵車站（左端）通風(fēng)空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)原理圖（開/閉式）

　　從圖1中可以看出，該系統(tǒng)最大的特點也是它與其它地鐵開/閉式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（其原理見圖2，其中點劃線范圍內(nèi)為系統(tǒng)B，虛線范圍內(nèi)為系統(tǒng)C）最大的不同之處是：系統(tǒng)A、B、C合用風(fēng)道、風(fēng)亭；系統(tǒng)A與系統(tǒng)C合用風(fēng)機、風(fēng)閥等設(shè)備，并將系統(tǒng)A的過濾器、表冷器、風(fēng)機（雙向可逆、變頻調(diào)速）、消聲器、電動調(diào)節(jié)風(fēng)閥等設(shè)備分散設(shè)置于土建混凝土風(fēng)道內(nèi)（詳見圖3）。從而達(dá)到減少設(shè)備數(shù)量、節(jié)省機房面積，有效縮短車站長度，節(jié)約通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和因為本系統(tǒng)設(shè)備臺數(shù)、裝機容量的減小而導(dǎo)致的其它專業(yè)的設(shè)備、土建等初期投資，從而降低工程的整個造價。另一方面，通過對系統(tǒng)A、C的設(shè)備功能進(jìn)行擴(kuò)展、協(xié)調(diào)與兼顧，減少了設(shè)備的數(shù)量，達(dá)到了降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，簡化運營操作的難度和方便運營管理的目的。

　　從上面的分析可以看出，該地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在系統(tǒng)形式上進(jìn)行了較大的變革；這種系統(tǒng)形式的出現(xiàn)，也豐富了我國地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計。

　　圖3  某地鐵車站通風(fēng)空調(diào)機房平面圖（局部）

　　4 系統(tǒng)運行模式分析

　　從圖1和圖3中可以看出，該地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行控制的主要模式為：

　　1）當(dāng)?shù)罔F系統(tǒng)正常運行時，DM-1～4風(fēng)閥關(guān)閉，新風(fēng)、回風(fēng)的混合風(fēng)（或全新風(fēng)）經(jīng)BLQ-1表冷器處理、SF-1風(fēng)機低速運轉(zhuǎn)加壓后，通過風(fēng)管送至車站站廳、站臺公共區(qū)；區(qū)間隧道則是利用列車運動產(chǎn)生的活塞風(fēng)攜帶車站冷空氣來進(jìn)行冷卻。

　　系統(tǒng)B的運行控制基本原理與系統(tǒng)A相同。

　　當(dāng)車站的公共區(qū)或設(shè)備管理用房發(fā)生火災(zāi)時，轉(zhuǎn)換相關(guān)的通風(fēng)空調(diào)子系統(tǒng)、分系統(tǒng)進(jìn)入火災(zāi)運行模式，進(jìn)行機械補風(fēng)和排煙。

　　2）當(dāng)列車阻塞在區(qū)間隧道內(nèi)時，DT-3～12風(fēng)閥關(guān)閉，DT-1、2風(fēng)閥開啟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入隧道阻塞運行模式： DM-1、2（左線隧道阻塞時）或DM-3、4（右線隧道阻塞時）風(fēng)閥開啟，列車后方車站近端的2臺隧道風(fēng)機（即通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)機SF-1、2和回/排風(fēng)機HPF-1、2，下同）高速運轉(zhuǎn)送風(fēng)，列車前方車站近端的2臺隧道風(fēng)機高速運轉(zhuǎn)排風(fēng)，隧道內(nèi)機械通風(fēng)氣流方向與行車方向一致，控制列車周圍空氣溫度＜40℃，確保列車空調(diào)設(shè)備正常工作和乘客的安全與舒適。

　　3）當(dāng)列車在區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)且停留在區(qū)間隧道內(nèi)時，DT-3～12風(fēng)閥關(guān)閉，DT-1、2風(fēng)閥開啟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)間隧道火災(zāi)運行模式：DM-1、2（左線隧道火災(zāi)時）或DM-3、4（右線隧道火災(zāi)時）風(fēng)閥開啟，根據(jù)列車的著火部位和具體滯留位置，該區(qū)間兩端的兩個車站，每站鄰近火場的2臺隧道風(fēng)機同時啟動高速運轉(zhuǎn)送風(fēng)或排煙（一個車站送，一個車站排），在著火隧道內(nèi)形成縱向推挽式氣流，誘導(dǎo)乘客迎著氣流方向撤離火災(zāi)事故現(xiàn)場。

　　4）當(dāng)列車在車站隧道發(fā)生火災(zāi)或著火列車駛?cè)胲囌緯r，DT-3、5～11風(fēng)閥關(guān)閉，DT-1、2、風(fēng)閥開啟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入車站隧道火災(zāi)運行模式：DM-1、2和DT-4（左線隧道火災(zāi)時）或DM-3、4和DT-12（右線隧道火災(zāi)時）風(fēng)閥開啟，車站每端的2臺共4臺隧道風(fēng)機同時啟動高速運轉(zhuǎn)排煙，乘客迎著從列車通過站臺、站廳、出入口通道向地面疏散。

　　5 運行控制中應(yīng)該注意的問題

　　從上面的分析可以看出，對于地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)A、B、C應(yīng)具備的每一單項功能，不管是空調(diào)季節(jié)小新風(fēng)、全新風(fēng)和非空調(diào)季節(jié)全通風(fēng)工況，還是車站公共區(qū)火災(zāi)、設(shè)備管理用房火災(zāi)、車站隧道火災(zāi)、區(qū)間隧道阻塞及火災(zāi)等工況，通過控制系統(tǒng)A、C合用的SF-1、HPF-1等風(fēng)機的轉(zhuǎn)速、運轉(zhuǎn)方向和DT-1~12、DM-1~4等風(fēng)閥的開關(guān)及系統(tǒng)B的設(shè)備、風(fēng)閥等，均能一一實現(xiàn)。

　　但是，筆者認(rèn)為，在實際的運行操作中，為了實現(xiàn)一種目的，不是其中一個系統(tǒng)獨立運行就能完成的，而是需要與其它的子系統(tǒng)、分系統(tǒng)相互配合、協(xié)同動作才能完全實現(xiàn)。也就是說，為了實現(xiàn)某一功能，而不應(yīng)該損害其它系統(tǒng)的功能的實現(xiàn)。

　　該地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)A、B、C合用風(fēng)道與風(fēng)亭，系統(tǒng)A、C合用風(fēng)機等設(shè)備，因此，在某些情況下，三個系統(tǒng)分別擔(dān)負(fù)的功能就很難完全被同時實現(xiàn)。

　　下面，就筆者的粗淺認(rèn)識闡述如下：

　　當(dāng)某段區(qū)間隧道發(fā)生事故時，事故區(qū)間兩端車站鄰近事發(fā)點的各2臺隧道風(fēng)機都將投入事故運行工況；根據(jù)以上對運行模式的分析，同一車站的某端的這2臺風(fēng)機高速運轉(zhuǎn)，要么同時向里送風(fēng)，要么同時向外排風(fēng)（煙）。

　　如果是火災(zāi)列車滯留在區(qū)間隧道內(nèi)時，事故區(qū)間兩端車站鄰近事發(fā)點的系統(tǒng)C就將轉(zhuǎn)入火災(zāi)運行模式，同時系統(tǒng)A、D均應(yīng)停止運行。此種工況下系統(tǒng)所有的操作都能夠完全實現(xiàn)，系統(tǒng)不存在任何問題。

　　而當(dāng)列車因故障（非火災(zāi)原因）或前方車站未發(fā)車而必須停在區(qū)間超過4min時，阻塞區(qū)間兩端車站鄰近事發(fā)點的系統(tǒng)C就將轉(zhuǎn)入阻塞運行模式。此種工況下就會導(dǎo)致這2個車站中鄰近事發(fā)點的半個車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)A停止運行，但這種情況不會對整個地鐵系統(tǒng)造成很大的不利影響；需要注意的是：系統(tǒng)A與C合用的設(shè)備（包括風(fēng)機、風(fēng)閥等）需在短時間內(nèi)根據(jù)不同的運行模式進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，實施起來有一定的難度。尤其是電動風(fēng)閥，其電動執(zhí)行器須選用工業(yè)專用類執(zhí)行機構(gòu)，才能長期保證其正常轉(zhuǎn)換運行的可靠性。因為據(jù)相關(guān)資料^{【文獻(xiàn)2】}顯示“…列車阻塞事故時有發(fā)生…”，可見列車阻塞事故頻率較高。

　　另外，系統(tǒng)B所負(fù)責(zé)管轄的設(shè)備管理用房，包括車控室、站長室、通風(fēng)空調(diào)電控室、信號設(shè)備室、通信設(shè)備室、通信電源室、低壓、高壓開關(guān)柜室、整流變壓器室等重要的電氣設(shè)備間及控制間，因此這些設(shè)備管理用房，尤其是車控室（是防災(zāi)救援和事故處理時操作控制、指揮調(diào)度的中心，事故發(fā)生時交流信息、廣播、引導(dǎo)等多種作業(yè)交叉進(jìn)行），房間內(nèi)的各種設(shè)備均為一級負(fù)荷，其設(shè)備良好運行的可靠性，直接影響到整個地鐵系統(tǒng)的運行和事故時的救援工作。因此，筆者認(rèn)為，當(dāng)?shù)罔F系統(tǒng)發(fā)生事故和災(zāi)害時，除非是上述房間本身發(fā)生火災(zāi)，否則上述房間所屬的通風(fēng)空調(diào)子系統(tǒng)、分系統(tǒng)，尤其是車控室所屬的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)該繼續(xù)運行，為房間補充必需的新鮮空氣或保證一定次數(shù)的通風(fēng)換氣以排除余熱，保障設(shè)備正常運行的可靠性，以減輕操作人員的負(fù)擔(dān)和杜絕誤操作。

　　因此，當(dāng)區(qū)間隧道發(fā)生事故，系統(tǒng)C按照既定的災(zāi)害運行模式投入運行，對事發(fā)點進(jìn)行有效的通風(fēng)或排煙時，系統(tǒng)B的部分系統(tǒng)，則應(yīng)該繼續(xù)投入正常運行，以保證在事故延續(xù)時間內(nèi)，各種工藝設(shè)備運行良好。

　　結(jié)合圖3分析：由于系統(tǒng)B與系統(tǒng)A、C共享風(fēng)道、風(fēng)亭，事故發(fā)生時，當(dāng)隧道風(fēng)機同時向隧道里送風(fēng)時，因為隧道風(fēng)機的風(fēng)量大、壓頭也大，風(fēng)道內(nèi)將形成很大的負(fù)壓，系統(tǒng)B則無法從風(fēng)道內(nèi)吸入新鮮空氣，其送風(fēng)量也就無法保證；當(dāng)隧道風(fēng)機同時向外排風(fēng)時，系統(tǒng)B從風(fēng)道內(nèi)吸入的是從區(qū)間排出的熱氣流，而且由于風(fēng)道內(nèi)的正壓，其排風(fēng)則無法順利排出；當(dāng)隧道風(fēng)機同時向外排煙時，系統(tǒng)B就會將風(fēng)道內(nèi)的煙氣送入設(shè)備管理用房，直接影響事故指揮救援工作。

　　6 其它需要解決的問題

　　由于該地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)直接將系統(tǒng)A的過濾段、表冷段、擋水段、風(fēng)機（雙向可逆、變頻調(diào)速）段、消聲段及電動調(diào)節(jié)風(fēng)閥等設(shè)備分散設(shè)置于土建混凝土風(fēng)道內(nèi)，導(dǎo)致風(fēng)道的長度增加；從圖3可以看出，風(fēng)道的水平段長度約為66m，有的車站風(fēng)道甚至?xí)L。在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，大量的采用混凝土風(fēng)道，容易出現(xiàn)的問題也就越多。

　　（1）空調(diào)送風(fēng)道，在表冷段后的部分應(yīng)進(jìn)行內(nèi)保溫絕熱處理。由于風(fēng)道斷面尺寸較大，尤其是在進(jìn)行夜間通風(fēng)和列車阻塞通風(fēng)時，風(fēng)道內(nèi)氣流速度較高，加之平時須對設(shè)備進(jìn)行必要的維護(hù)管理，絕熱材料的敷設(shè)（尤其是地面）及粘貼強度就是一個必須解決的重要問題。由于是內(nèi)保溫，絕熱材料、粘結(jié)劑的性能應(yīng)符合使用溫度和環(huán)境衛(wèi)生的要求。另外，設(shè)于地面上的風(fēng)閥是否應(yīng)該保溫，若保溫，則應(yīng)該如何處理等問題，都是應(yīng)該值得注意的問題。如果不進(jìn)行保溫，勢必在此產(chǎn)生“冷橋”現(xiàn)象^{【文獻(xiàn)3】}。

　　（2）在混凝土風(fēng)道的底板與側(cè)墻上有很多的開口部位，由于風(fēng)道內(nèi)風(fēng)壓形成的沿風(fēng)管軸線方向的推力，容易造成鋼板風(fēng)管與混凝土風(fēng)道相接處產(chǎn)生松動，引起漏風(fēng)現(xiàn)象，因此風(fēng)道的氣密性較難保證。設(shè)計應(yīng)采取措施，加強處理。風(fēng)管與風(fēng)道的接縫處應(yīng)采用不燃材料填實，做到防火封堵嚴(yán)密可靠。

　?。?）如果混凝土風(fēng)道不進(jìn)行保溫，采用水泥砂漿找平的混凝土風(fēng)道的內(nèi)表面，長時間使用后容易產(chǎn)生灰塵，影響送風(fēng)空氣的質(zhì)量。

　?。?）由于車站每端2條風(fēng)道還兼作火災(zāi)時的排煙通路，因此，以下問題必須得以重視：

　　根據(jù)文獻(xiàn)[4]條文說明第8.4.10條：“如利用通風(fēng)系統(tǒng)管道排煙時，應(yīng)采取可靠的安全措施：（1）…（2）煙氣不能通過其它的設(shè)備（如過濾器、加熱器、表冷器等）；（3）…”。雖然文獻(xiàn)[4]不適用于地鐵系統(tǒng)，但在設(shè)計時，我們可以借鑒，因為產(chǎn)生的后果都是相同的。即使回避此問題，也需解決混凝土風(fēng)道內(nèi)設(shè)置的過濾器、表冷器、擋水器及消聲器等設(shè)備的耐高溫特性。

　?。?）對于安裝于風(fēng)道內(nèi)的設(shè)備，由于風(fēng)機有正反轉(zhuǎn)運行的要求，因此，過濾段、表冷段、擋水段、消聲段還需考慮氣流的雙向流動的要求。對于消聲器，兩端均采用多邊形或圓形，即可滿足要求；但對于過濾器、表冷器和擋水器等，雖然經(jīng)過特殊設(shè)計、制作，設(shè)計成可開啟式，但也不一定能夠達(dá)到理想的效果。否則，將直接影響事故時的排風(fēng)、排煙效果，影響人員的安全撤離與事故救援工作。

　　7 結(jié)論

　　從以上的論述可以看出，該地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的機房布置、設(shè)備配置及管路設(shè)計的思路與出發(fā)點，在滿足系統(tǒng)功能的情況下，基本上解決了目前地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)普遍存在的一些問題，雖然同時也產(chǎn)生了一系列其它需要重視、解決和克服的新問題，還需要不斷地完善，但畢竟作出了很大的努力與嘗試，為我們提供了很好的思路。

　　如果本文能在地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的改善與進(jìn)步方面有所借鑒筆者將感到榮幸。

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