系统系统优化

地铁通风空调系统优化新思路谢朝军(中铁隧道勘测设计院有限公司河南洛阳471009)早期的地铁系统没有通风空调系统,只是依靠列车的活塞效应对区间和车站进行通风换气.
随着科技进步和人们生活水平的提高,一方面,地铁运量的急剧上升和机电设备的大量使用,导致地铁内部发热源的普遍增加,需要加强对地铁内部的降温;另一方面,对地铁的服务水平和防灾要求都有了很大的提高,也需要提高地铁内部环境通风和空调标准.
因而,地铁通风空调系统从单纯的通风系统增加到区间设通风系统、车站设空调的闭式系统,以及后来因安全防护的需要采用的屏蔽门系统.
传统的空调通风系统机房面积约1200m(不包括风道),占车站主体面积1/6左右,对于标准的10m岛式车站,由于通风空调系统的设置而导致车站加长的距离至少达到60m以上.
环控系统的优化,对压缩车站规模、减少车站土建投资、减少系统设备数量,降低运行维护成本都十分有利.
下面笔者结合多年的地铁设计经验及近年来地铁通风空调系统设计的新动态,从设计标准入手,通过对不同系统的分析,结合典型布置,提出地铁通风空调系统优化的思路.
l设计标准设计标准直接影响系统的构成,地铁的环控系统主要有隧道通风系统、公共区通风(空调)系统、设备管理用房通风(空调)系统.
这些系统采用什么形式,取收稿日期:2007—05—16作者简介:谢朝军,男,高级工程师,从事轨道交通设计xcj_68@126com决于室外的气候条件、运力以及室内设计标准,设计标准越高,系统要求越复杂.
因此,要想简化地铁通风系统,首先得从标准上寻找出路.
地铁车站是人员集散的场所,其人流的特点是时间短、随时间变化不均匀.
因此,地铁规范中考虑了服务对象的特点,制定了"暂时舒适"的标准,即从室外到室内形成一个渐变的温度梯度,站厅比室外要低2oC,且不超过30℃,站台比站厅低2℃,以达到节能的目的.
地铁规范规定,空调系统只有在当地最热月平均温度超过25℃、全年平均温度超过15℃,且高峰小时列车对数和车辆数的乘积大于120时,才可考虑设置空调系统.
表1是全国中心城市最热月平均气温及年平均气温.
表1全国中心城市最热月平均气温及年平均气温℃童均城市最热毋平均0案il萨15·98郑州2714-3毋宁17.
26.
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217.
6根据此标准,结合我国的气候条件,东北、西北、云贵高原等广大地区,城市地铁可以用单纯的通风系统来降温.
对于小运量的轨道交通系统,如3节编组、高峰小时40对,或4节编组、高峰小时30对的地铁系统,北方地区也可普遍考虑采用通风系统.
目前,在地铁设计中,存在不顾实际情况提高设计TRANTsI_都市快轨交通·第21卷第1期2008年2月标准的现象,导致系统复杂、投资增大、运行能耗增加.
作为设计人员,应树立节能及环保意识,严格控制设计标准,避免不必要的浪费.
在北方地区,空调季节时间短,空调季节白天和晚上温差较大,对于小运量的轨道交通系统,可以考虑一般的通风系统,采用夜间通风模式预冷.
对地铁系统进行降温.
2系统模式地铁通风空调系统的发展经历了自然通风系统(开式系统)、机械通风系统(开式系统)的过程,随着空调制冷技术的发展,引入了空调系统(闭式系统).
近年来,从安全和节能考虑,又在车站站台增设了屏蔽门,出现了屏蔽门车站闭式系统模式,系统的设计经历了简单一复杂一简单的一个不断发展、改进的过程.
2.
1开式系统的典型模式2.
1.
1活塞通风系统早期的地铁车站,由于车站规模小、系统自动化程度低、设备房间少,地铁区间、车站以及设备管理用房都采用开式系统(通风系统),而且车站和区间一般没有机械通风系统,只是依靠列车活塞风来降温.
这种通风系统非常简单,基本上没有风道和机房,只能适应运量比较小的地铁线路.
北京地铁环线车站形式,按端进式设计,活塞风经过车站各个部位.
在成都地铁1号线的设计中,采用了开天窗的设计方式,可以解决区间阻塞及火灾情况下的通风排烟要求.
这两种模式对优化车站环控方案提出了比较好的思路,即对于运量较小的市郊地下线路,可以采用端进式车站模式,尽量减少设备房管理.
可以利用活塞通风,对车站进行换气.
区间上间隔一定距离设置自然通风口,以满足阻塞通风及火灾排烟的要求.
这种系统设计基本上可以不需要通风机房,也没有长期的运行维护费用.
车站的净空可以不考虑风管的空间,至少可以做低1ITI.
另外,地面上没有风井等附属建筑,对城市景观影响小.
典型的活塞通风模式车站形式见图1.
图1自然开式(活塞通风)系统概念图采用该模式必须注意:出入口通道尽量做短、做直;站厅集散区尽量压缩规模;地下设备管理用房尽量URBANRAPIDRAILTRANSIT简化,或者设置到地面;区间防灾必须利用自然通风井.
2.
1.
2机械通风系统单纯的活塞通风系统,在防灾及环境控制方面存在很大的缺陷.
随着人们对地铁环境要求的提高,以及对防灾的重视,单纯的活塞通风系统已经不能适应现代地铁环境控制要求.
地铁通风系统设计逐渐发展到采用机械通风系统.
在车站两端设置送排风机,正常情况下利用风机及风管对车站进行横向通风换气;在列车事故或停止运行期间,利用风机对区间进行强制通风.
机械通风系统可以满足不同工况(正常行车、列车区间阻塞、火灾排烟)的通风需要,而且可以保证通风换气不存在死角,适应不同车站形式的要求.
该通风系统与单纯的活塞通风系统相比,要增加送排风道,因此土建规模也要大.
同时,该系统要考虑风管安装空间,因此建筑净空要高.
该系统特别适用于北方地区的小运量轨道交通,以及东北、西北地区各种形式的轨道交通系统.
典型的双风道机械通风系统的布置见图2.
-flif广]fi'日[I]卫[工]=口口ElLlIl图2机械通风系统布置图为了充分地利用活塞风的自然通风效果,车站建筑设计也应尽量缩小非集散区的面积,尽量采用端进式,在夏季利用机械通风对车站进行强制降温,其余季节利用活塞效应进行通风换气,以降低通风系统运行能耗.
为了压缩车站规模,应尽量将每端的风道上下对称布置在车站的两侧.
2.
2闭式系统的典型模式从20世纪70年代中期开始,随着科学技术的发展、人民生活水平的提高,地铁车站通风空调系统设计中普遍引入了空调制冷系统,在系统设计上出现了闭式系统设计模式.
闭式系统是指空调季节地铁空间采用的空调通风循环系统,除了保证必要的新风外,地铁内的空气系统基本上与外界不交换.
现在的地铁设计界对闭式系统设计有两种模式:集成模式和常规模式.
2.
2.
1集成模式沿用传统的地铁开式系统思路,在风道中增加空气处理设备(表冷器及过滤器),在送排风道之间设工维普资讯http://www.
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com地铁通风空调系统优化新思路况切换的电动风阀,实现开式或闭式运行(见图3).
此类模式不需要设置专门的空调机房,所有的通风设备都布置在风道内;和机械开式系统相比,风道需要加长15m,机房面积大概需要增加1倍.
这种布置要求车站两端的送排风井必须同侧布置,因此地面风亭处理上比较困难.
图3集成模式闭式系统布置图集成模式的优点是:隧道通风系统与车站的空调通风系统共用,大大地减少了空调机房;同时由于设备数量少,系统控制相对简单,环控电控室的面积也会相应减少,进而又可导致车站规模的进一步缩小.
缺点是:当列车阻塞在区间需要对区间进行通风时,车站通风系统必须关闭,不能同时保证车站与区间环境控制的需要.
另外,满足此布置的前提是风道长度足够长(一般要求30m左右),能布置表冷器等设备,对于在城市主干道正中间的车站往往比较适用,可以充分利用风道内部的空间.
而对于布置在道路一侧的车站,此模式需要人为地拉长风道的长度,因此对压缩整个车站的土建规模效果并不明显.
2.
2.
2常规模式常规模式的设计理念是套用地面建筑空调设计思路,将地铁车站和区间环控系统分开设计,区间采用机械通风系统,车站采用空调系统(见图4).
在空调季节,区间通风系统在列车正常运行工况下停止运行,利用列车的活塞作用,将车站的冷风带人区问进行降温,从而达到控制区间温度的目的.
2.
3屏蔽门车站闭式系统从上海地铁1号线、广州地铁2号线、深圳地铁1号线开始,国内学习新加坡里尔等地铁的经验,引入了站台屏蔽门系统.
站台屏蔽门的设置,完全将行车隧道与站厅、站台集散区分隔开来.
屏蔽门系统对空调季节比较长的地铁车站而言,可以减少区间活塞风对车站温度场和速度场的干扰,降低车站空调冷负荷,因此对系统节能是比较有利的.
但是,屏蔽门系统人为地将区间和车站隔开,导致非空调季节不能利用车站出入口及列车的活塞效应进行自然通风,必须进行机械强制通风.
另外,由于区间与车站完全隔断,无法利用车站的冷风对区间进行冷却,需要设置轨行区隧道排热系统(U/O系统);为了保证区间的温度满足要求,还必须增加区间活塞通风系统.
屏蔽门车站闭式系统比一般的闭式系统增加了活塞风道及轨行区排热系统,因此其机房面积比传统的闭式系统要大得多.
图5是典型屏蔽门车站环控系统布置图.
3优化思路通过上述分析可以看出,地铁通风空调系统经历了一条从简单到复杂的发展道路.
从最初的自然通风囝匝星星l12122皿]二[工]7'皿皿——\llIID皿一一TTTTTTTTh唧.
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b口C星圉-星——_rE图4常规模式闭式系统布置图=_LE三-L:一i12.
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土上』』』i口日一\lI1jD皿(*=1訇∈图5屏蔽门车站环控系统布置图TIRANST;l鞠维普资讯http://www.
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com都市快轨交通·第21卷第1期2008年2月系统,发展到机械通风系统,再发展到屏蔽门系统,系统设计越来越复杂,设备房面积越来越大,设备数量也越来越多,导致地铁车站规模也越来越大.
如何在满足地铁运营需要的前提下,尽量压缩车站规模,笔者认为有以下几个方面的思路.
(1)北方寒冷地区应尽量采用通风系统对地铁车站进行降温,在炎热季节利用机械通风强制换气,在其他季节尽量利用列车活塞风作用进行自然通风.
车站尽量做成站厅和站台通透式设计,出入口通道尽量做短做直,如图2所示.
(2)有条件开天窗的车站及区间,可尽量采用全自然通风模式,在区间及车站顶部设自然通风口,满足通风换气和防灾需要,如图1所示.
(3)华北地区由于空调季节比较短,采用屏蔽门的节能效果不明显,反而会导致车站规模加大,系统设备增多,应尽量采用集成的通风空调模式,如图3所示.
(4)南方炎热地区采用屏蔽门系统节能效果明显,但屏蔽门通风空调系统设计上应从以下几个方面进行考虑优化.
①由于排热风机(U/O)与隧道风机(rVF)都是对隧道进行通风,而且需要同时使用的概率非常小,可以合并为一个系统,设置切换电动风阀,采用风阀进行区问隧道通风与车站轨行区隧道通风工况的切换.
②传统的屏蔽门系统有4个活塞风道,每端4个风井(2个隧道通风井,1个新风井、1个排风井).
近年来,各地的地铁环控系统都在减少活塞风道的数量上做了不少探索,推出了每端3个风井的方案(1个隧道风井+1个新风+1个排风井).
③近年来,在一些地铁设计中,已经开始采用单端设空调机房的单端送排风模式.
单端模式可以大大减少车站机房的面积,与传统的通风系统相比,该布置形式可以减少机房面积500m0左右.
而且可以避免车站的风管与其他机电系统管线的交叉,有利于管线综合设计.
利用这种布置时车站长度小于100m.
按照上述优化思路设计的单端通风模式的屏蔽门系统典型布置见图6.
④设备管理用房通风空调系统采用分散模式,系统设备尽量分散,尽量采用吊装设备,和其他设备管理房共用,布置在其他设备房管理顶部,以充分利用空间.
在南方炎热地区,利用多联(一拖多)变频空调系统,通风系统只按照小新风设计,可以减少通风管道尺寸.
⑤屏蔽门系统也可以采用集成模式设计,将车站空调通风系统与区间隧道通风系统集成为一个系统,另外再单独设置一台U/O风机.
按照集成模式设计的屏蔽门车站环控系统的布置见图7.
图6屏蔽门车站环控系统传统模式优化布置图—j.
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12图7屏蔽门车站集成环控系统单端通风模式布置图维普资讯http://www.
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com地铁通风空调系统优化新思路与图6所示的传统单端通风系统相比,采用集成铁空间、减少通风机房面积、降低地铁工程造价的目的单端通风系统可以减少2台空调机组、1台风机.
同的.
另外,从系统划分上可以将设备用房通风系统和时,对于设在城市主干道的车站,由于可以充分利用风车站公共区通风系统合并,采用变风量通风系统的设道长度来布置空调机房,因此可以减少空调机房面积计思路;空调冷媒可以考虑采用多联机组,将室外机组约400m2,车站长度可以缩短20m左右.
为了满足不布置在地面,地下车站内取消冷冻机房.
这些思路都同工况对风量的不同要求,集成模式的隧道风机需要值得进一步探讨.
4结语[1]施仲衡,等·地下铁道设计与施工[M],西安:陕西科学技,.
.
篓妻:曼篓寞冬蠹蔓总公司,广州市地下铁道设计研究院.
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