區(qū)域適應(yīng)性地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)研究

李國(guó)慶，李百戰(zhàn)，孟 鑫，張曉偉，張 領(lǐng)

（1. 北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037；2. 重慶大學(xué)，重慶 400044）

1 研究背景

地鐵具有地面任何交通工具不可比擬的優(yōu)越性：安全、快捷、舒適及環(huán)保。世界各國(guó)普遍把地鐵作為解決城市交通問(wèn)題的根本出路，大力發(fā)展。我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅速，截至2018 年底，我國(guó)大陸地區(qū)共有35 個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通，運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)度5 761.4 km，其中地鐵線路長(zhǎng)度累計(jì)達(dá)4 354.3 km，約占總長(zhǎng)度的75.6%。我國(guó)的氣候區(qū)從北向南依次可分為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)及溫和地區(qū)5 個(gè)氣候區(qū)域。開(kāi)通地鐵的城市覆蓋了我國(guó)的這5 個(gè)氣候區(qū)，而地鐵的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與每個(gè)地區(qū)的氣候密切相關(guān)。各個(gè)氣候區(qū)的氣候特點(diǎn)不同，各區(qū)域的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)制式也不同[1-6]，如表1 所示。

表1 不同氣候區(qū)地鐵車(chē)站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)制式Tab. 1 Ventilation and air conditioning systems in metro stations in different climatic zones

根據(jù)全國(guó)各氣候區(qū)地鐵運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗巨大，占地鐵總能耗的30%～40%。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的方案對(duì)其他專(zhuān)業(yè)的影響比較大，因此如何根據(jù)不同氣候區(qū)的氣候特點(diǎn)選取合理的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)制式，是地鐵線路通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，也是降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的重要因素。下面筆者對(duì)我國(guó)不同氣候區(qū)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分析，從實(shí)現(xiàn)功能、節(jié)能的角度提出一些觀點(diǎn)。

2 嚴(yán)寒地區(qū)的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嚴(yán)寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)鮮明，1 月份平均氣溫均在-10℃以下，極端最低氣溫普遍低于-35℃；7 月份平均氣溫低于25℃。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，嚴(yán)寒地區(qū)地下車(chē)站公共區(qū)應(yīng)設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)[7]。

長(zhǎng)春地鐵的隧道通風(fēng)系統(tǒng)與車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)采用集成方式設(shè)置(見(jiàn)圖1)，地下車(chē)站每端均設(shè)置了排風(fēng)道，排風(fēng)道內(nèi)并聯(lián)設(shè)置兩臺(tái)參數(shù)相同的車(chē)站通風(fēng)機(jī)SVF。這兩臺(tái)風(fēng)機(jī)為可逆轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)，平時(shí)作為車(chē)站公共區(qū)的送風(fēng)機(jī)，同時(shí)兼作地下車(chē)站公共區(qū)排煙風(fēng)機(jī)和區(qū)間隧道事故風(fēng)機(jī)。車(chē)站兩端均設(shè)置一條活塞風(fēng)道，并設(shè)置了電動(dòng)組合風(fēng)閥與兩臺(tái)區(qū)間隧道相連接，在不同的季節(jié)開(kāi)啟對(duì)應(yīng)不同區(qū)間隧道的電動(dòng)組合風(fēng)閥，實(shí)現(xiàn)區(qū)間隧道活塞通風(fēng)模式的要求。車(chē)站站臺(tái)端部設(shè)置迂回風(fēng)道，實(shí)現(xiàn)區(qū)間隧道的開(kāi)式運(yùn)行和閉式運(yùn)行。車(chē)站兩端與活塞風(fēng)道并聯(lián)設(shè)置一臺(tái)事故(隧道)風(fēng)機(jī)TVF，該風(fēng)機(jī)為可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機(jī)，平時(shí)不投入運(yùn)行。當(dāng)區(qū)間隧道發(fā)生阻塞或火災(zāi)時(shí)，TVF 與SVF 同時(shí)運(yùn)行，對(duì)事故區(qū)間進(jìn)行送風(fēng)或排煙。

哈爾濱地區(qū)的地下車(chē)站也采用通風(fēng)系統(tǒng)，哈爾濱地鐵1 號(hào)線采用的是車(chē)站兩端設(shè)置通風(fēng)機(jī)，為車(chē)站公共區(qū)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)，兼顧地下車(chē)站火災(zāi)排煙通風(fēng)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在地下車(chē)站兩端分別設(shè)置一座機(jī)械/活塞風(fēng)井，內(nèi)設(shè)兩臺(tái)區(qū)間隧道風(fēng)機(jī)，上下行線路合用活塞風(fēng)道，在站臺(tái)層兩端區(qū)間與地下車(chē)站銜接處設(shè)置迂回風(fēng)道。長(zhǎng)春地鐵的集成式機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)與哈爾濱地鐵的分設(shè)系統(tǒng)相比，能有效地縮短車(chē)站長(zhǎng)度、降低土建投資以及設(shè)備系統(tǒng)初期投資。

嚴(yán)寒地區(qū)冬季室外氣溫很低，再加上列車(chē)運(yùn)行時(shí)的活塞效應(yīng)，室外冷風(fēng)對(duì)地下車(chē)站的站廳及出入口附近造成強(qiáng)烈的吹風(fēng)感，極大地降低了乘客的舒適度。為了改善這個(gè)問(wèn)題，長(zhǎng)春地區(qū)采用了可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)[8-9]。嚴(yán)寒地區(qū)的可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)與其他氣候區(qū)的運(yùn)行模式恰恰相反，冬季時(shí)關(guān)閉轉(zhuǎn)換裝置，關(guān)閉活塞風(fēng)道，開(kāi)啟迂回風(fēng)道，以閉式運(yùn)行作為常規(guī)模式，切斷活塞風(fēng)與外界的聯(lián)系，開(kāi)啟車(chē)站和區(qū)間的送風(fēng)機(jī)，對(duì)車(chē)站和區(qū)間送新風(fēng)。兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)對(duì)公共區(qū)和區(qū)間進(jìn)行送風(fēng)，同時(shí)配置電加熱裝置，將新風(fēng)加熱后分別送至車(chē)站公共區(qū)和區(qū)間隧道。

呼和浩特及沈陽(yáng)地鐵的通風(fēng)系統(tǒng)與上述形式類(lèi)似。烏魯木齊屬于嚴(yán)寒地區(qū)，與嚴(yán)寒地區(qū)的其他城市相比，這里氣候干燥，室外濕球溫度低，小于等于18℃，最熱月的平均溫度為23.7℃，全年的平均溫度為7.1℃。按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。結(jié)合城市的氣候特點(diǎn)，因其濕球溫度低，相對(duì)濕度小，氣候比較干燥，所以車(chē)站公共區(qū)采用一級(jí)蒸發(fā)冷卻降溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)比通風(fēng)系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，無(wú)需設(shè)置機(jī)械冷源，在消耗少許電能的情況下，利用霧化后的水與空氣直接接觸進(jìn)行熱濕交換。經(jīng)過(guò)蒸發(fā)冷卻處理后的空氣，干球溫度降低，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量能夠大幅下降，有效地降低了機(jī)械通風(fēng)能耗，同時(shí)也能夠有效減少土建規(guī)模及占地面積，減少設(shè)備容量及通風(fēng)管道管材等。

烏魯木齊冬季通風(fēng)室外計(jì)算溫度-12.7℃，冬季室外平均風(fēng)速1.6 m/s。為了減少室外低溫及活塞風(fēng)的影響，地鐵1 號(hào)線的車(chē)站站臺(tái)設(shè)置了全封閉站臺(tái)門(mén)；為了排除列車(chē)停站區(qū)域的熱量，車(chē)站兩端分別設(shè)置了排熱風(fēng)機(jī)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)采用了雙活塞風(fēng)道，每條活塞風(fēng)道分別并聯(lián)事故風(fēng)道，車(chē)站兩端分別設(shè)置兩臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)TVF。

2.2 嚴(yán)寒地區(qū)的優(yōu)化節(jié)能建議

在哈爾濱地鐵1 號(hào)線的可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)上方，轉(zhuǎn)換裝置與吊頂之間的縫隙過(guò)大，沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。冬季實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)，運(yùn)營(yíng)人員將活塞風(fēng)井臨時(shí)封堵，以減少室外低溫對(duì)公共區(qū)溫濕度的影響。

基于1 號(hào)線的運(yùn)營(yíng)狀況，為了減少?lài)?yán)寒低溫的影響，哈爾濱地鐵2、3 號(hào)線將可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)調(diào)整為全封閉站臺(tái)門(mén)。但是，該系統(tǒng)與其他氣候區(qū)的全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)不同，車(chē)站公共區(qū)仍采用通風(fēng)系統(tǒng)，為排除軌行區(qū)列車(chē)停站處的熱量，車(chē)站兩端設(shè)置了排熱風(fēng)機(jī)，同時(shí)保留了單活塞風(fēng)道，每端設(shè)置兩臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)，站臺(tái)兩端設(shè)置迂回風(fēng)道。

從全壽命周期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析角度來(lái)看，嚴(yán)寒地區(qū)地鐵通風(fēng)系統(tǒng)采用可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)制式相對(duì)最佳。為了能夠有效地降低系統(tǒng)能耗，結(jié)合嚴(yán)寒地區(qū)的氣候特點(diǎn)，該地區(qū)可以考慮取消車(chē)站兩端的活塞風(fēng)道，冬季運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟迂回風(fēng)道，區(qū)間設(shè)置新風(fēng)機(jī)，以保證乘客的最小新風(fēng)量。同時(shí)，嚴(yán)寒地區(qū)冬季應(yīng)考慮利用區(qū)間土壤蓄熱及車(chē)站的設(shè)備發(fā)熱量，供給人員房間熱量，或者為公共區(qū)及區(qū)間新風(fēng)加熱。例如：區(qū)間隧道內(nèi)壁處敷設(shè)換熱管道，吸收隧道的熱量；供電設(shè)備房間發(fā)熱量較大，可采用熱回收裝置將其回收利用，與新風(fēng)進(jìn)行熱交換等。

3 寒冷地區(qū)的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

寒冷地區(qū)以北京為例。依照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》13.1.5.3，北京的最熱月平均溫度為25.8℃，當(dāng)高峰時(shí)間內(nèi)每小時(shí)行車(chē)對(duì)數(shù)和每列車(chē)車(chē)輛數(shù)的乘積大于180時(shí)，依照規(guī)范應(yīng)采用空調(diào)系統(tǒng)。北京地鐵目前運(yùn)營(yíng)線路的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)有兩種制式，分別為全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)和集成閉式系統(tǒng)。

地鐵線路具體采用哪種制式，應(yīng)根據(jù)該條線路的全壽命周期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析得出。集成閉式系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的無(wú)站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)(上海地鐵2 號(hào)線及廣州地鐵1 號(hào)線)的基礎(chǔ)上提出的(見(jiàn)圖2)，它將隧道通風(fēng)系統(tǒng)與車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起。車(chē)站兩端分別設(shè)置一條送風(fēng)道及一條排風(fēng)道。每端的送風(fēng)道內(nèi)設(shè)置電動(dòng)可開(kāi)啟的表冷器、過(guò)濾器、送風(fēng)機(jī)、消聲器及電動(dòng)風(fēng)閥，排風(fēng)道內(nèi)設(shè)置排風(fēng)機(jī)、消聲器及電動(dòng)風(fēng)閥等，共同組成地下車(chē)站公共區(qū)空氣處理系統(tǒng)。公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)兼作站廳、站臺(tái)的排煙系統(tǒng)。送排風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)機(jī)均為耐高溫的軸流變頻風(fēng)機(jī)，同時(shí)兼作區(qū)間隧道的事故風(fēng)機(jī)。

圖2 集成閉式空調(diào)系統(tǒng)原理Fig. 2 Schematic diagram of integrated closed air conditioning system

該系統(tǒng)車(chē)站公共區(qū)與軌行區(qū)是相通的，站臺(tái)處設(shè)置非全封閉站臺(tái)門(mén)，站臺(tái)門(mén)高度一般不超過(guò)2.5 m。車(chē)站端部不設(shè)置活塞風(fēng)道。該系統(tǒng)通過(guò)可開(kāi)啟式換熱器、可逆轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機(jī)等新型設(shè)備，有機(jī)地將車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和區(qū)間隧道通風(fēng)排煙系統(tǒng)合二為一地集成在一起，極大地減少了通風(fēng)空調(diào)機(jī)房的占地面積，縮短了車(chē)站長(zhǎng)度；同時(shí)采用變頻風(fēng)機(jī)適應(yīng)運(yùn)營(yíng)初、近遠(yuǎn)期的不同負(fù)荷變化，變頻調(diào)速可以保證在較低的輸出功率時(shí)有較高的電機(jī)效率。電動(dòng)可開(kāi)啟式換熱器在空調(diào)季節(jié)時(shí)對(duì)空氣進(jìn)行降溫除濕，在通風(fēng)季節(jié)時(shí)將其電動(dòng)打開(kāi)，減少阻力約200 Pa，約占風(fēng)系統(tǒng)阻力的20%，有效地降低了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

以石家莊地區(qū)為例，該市最熱月的月平均溫度為26.7℃，高于25℃；遠(yuǎn)期高峰小時(shí)對(duì)數(shù)為30 對(duì)，列車(chē)為6 節(jié)編組，兩者乘積為180，所以石家莊地鐵應(yīng)采用空調(diào)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)全壽命周期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，石家莊地鐵1、2 號(hào)線采用了全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)。隧道通風(fēng)系統(tǒng)與車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)置，隧道通風(fēng)系統(tǒng)如圖3 所示，車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)如圖4所示。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是站臺(tái)公共區(qū)與隧道軌行區(qū)完全分開(kāi)，車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)不負(fù)擔(dān)軌行區(qū)的通風(fēng)排熱，需要單獨(dú)設(shè)置排熱風(fēng)機(jī)。

車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)為一次回風(fēng)的全空氣系統(tǒng)，隧道通風(fēng)系統(tǒng)采用雙活塞風(fēng)道，車(chē)站每端活塞風(fēng)道并聯(lián)2 臺(tái)事故風(fēng)機(jī)。由于全封閉站臺(tái)門(mén)的設(shè)置，車(chē)站公共區(qū)的空調(diào)冷負(fù)荷大約減少35%。

該系統(tǒng)在空調(diào)季節(jié)運(yùn)行時(shí)能夠有效降低運(yùn)營(yíng)能耗。寒冷地區(qū)空調(diào)季節(jié)大約為4 個(gè)月，相對(duì)較短。全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)在非空調(diào)季節(jié)時(shí)無(wú)法利用列車(chē)活塞效應(yīng)產(chǎn)生活塞風(fēng)，只能通過(guò)機(jī)械通風(fēng)方式實(shí)現(xiàn)車(chē)站內(nèi)部與外界的通風(fēng)換氣，機(jī)械通風(fēng)能耗增大。因此，降低非空調(diào)季節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)能耗是寒冷地區(qū)系統(tǒng)節(jié)能的重點(diǎn)。

從運(yùn)營(yíng)節(jié)能降耗的角度來(lái)看，全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)在寒冷地區(qū)沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)。寒冷地區(qū)建議采用可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)，這種系統(tǒng)能夠?qū)⑸鲜鰞蓚€(gè)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起：空調(diào)季節(jié)關(guān)閉可調(diào)門(mén)上方的轉(zhuǎn)換裝置，可以達(dá)到全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式；過(guò)渡季節(jié)及冬季開(kāi)啟可調(diào)門(mén)上方的轉(zhuǎn)換裝置，可以充分利用活塞風(fēng)為車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)換氣，以節(jié)約車(chē)站公共區(qū)機(jī)械風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗。根據(jù)濟(jì)南地鐵的相關(guān)運(yùn)營(yíng)資料，這種系統(tǒng)的耗電量約為集成閉式系統(tǒng)的60%[10]。

4 夏熱冬冷地區(qū)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3 雙活塞隧道通風(fēng)系統(tǒng)原理Fig. 3 Twin-piston tunnel ventilation system

圖4 全封閉站臺(tái)門(mén)的車(chē)站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)Fig. 4 Station ventilation and air-conditioning system for fully closed platform doors

夏熱冬冷地區(qū)的最冷月平均溫度為-10～0℃。以杭州地區(qū)為例，最熱月的平均溫度為28.4℃；遠(yuǎn)期高峰小時(shí)對(duì)數(shù)為30 對(duì)，列車(chē)為6 節(jié)編組，兩者乘積為180，依照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》13.1.5.3，應(yīng)采用空調(diào)系統(tǒng)。該地區(qū)的車(chē)站公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為5 月1日—10 月1 日，共5 個(gè)月，比寒冷地區(qū)長(zhǎng)1 個(gè)月。該地區(qū)可采用寒冷地區(qū)的閉式系統(tǒng)(如南京地鐵1、2、3、5、S8 線及上海地鐵1 號(hào)線)，也可采用全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路的統(tǒng)計(jì)表明，大部分城市采用全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)。

全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)可參考集成閉式系統(tǒng)的理念，設(shè)置為集成全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)，如圖5 所示。車(chē)站兩端分別設(shè)置1 條送風(fēng)道及1 條排風(fēng)道。每端的送風(fēng)道內(nèi)設(shè)置電動(dòng)可開(kāi)啟的換熱器、過(guò)濾器、2 臺(tái)送風(fēng)機(jī)、消聲器及電動(dòng)風(fēng)閥，排風(fēng)道內(nèi)設(shè)置1 臺(tái)排風(fēng)機(jī)、2 臺(tái)排熱風(fēng)機(jī)、消聲器及電動(dòng)風(fēng)閥等，共同組成地下車(chē)站公共區(qū)空氣處理系統(tǒng)。公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)兼作站廳、站臺(tái)的排煙系統(tǒng)。送排風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)機(jī)均為耐高溫的軸流變頻風(fēng)機(jī)，并兼作區(qū)間隧道的事故風(fēng)機(jī)。同時(shí)，車(chē)站兩端設(shè)置活塞風(fēng)道。

從運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況來(lái)看，夏熱冬冷地區(qū)運(yùn)營(yíng)能耗應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注空調(diào)季節(jié)制冷以及非空調(diào)季節(jié)通風(fēng)工況能耗，建議考慮采用可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)。

5 夏熱冬暖地區(qū)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

夏熱冬暖地區(qū)的最冷月平均溫度大于10℃，最熱月平均溫度為25～29℃；遠(yuǎn)期高峰小時(shí)對(duì)數(shù)為30 對(duì)，列車(chē)為6 輛編組，兩者乘積為180，依照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》13.1.5.3，應(yīng)采用空調(diào)系統(tǒng)。以深圳為例，其地鐵車(chē)站空調(diào)季節(jié)的運(yùn)營(yíng)時(shí)間一般為7 個(gè)月，空調(diào)季節(jié)在各氣候區(qū)內(nèi)是最長(zhǎng)的。由于該地區(qū)空調(diào)季節(jié)運(yùn)營(yíng)時(shí)間為全年的83%，因此其地鐵節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注空調(diào)季節(jié)的能耗。該地區(qū)的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)制式大多為全封閉站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)，詳見(jiàn)前面石家莊地鐵的系統(tǒng)制式描述。

空調(diào)季節(jié)的節(jié)能降耗措施可以從以下兩點(diǎn)考慮。第一，該系統(tǒng)控制模式應(yīng)根據(jù)初、近、遠(yuǎn)期空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低運(yùn)營(yíng)能耗。在進(jìn)行系統(tǒng)模式(空調(diào)模式、機(jī)械通風(fēng)模式、車(chē)站公共區(qū)自然通風(fēng)模式)的切換中，不應(yīng)只基于空氣狀態(tài)，還應(yīng)基于系統(tǒng)能耗最小進(jìn)行轉(zhuǎn)換。第二，針對(duì)不同模式下的空調(diào)負(fù)荷及室內(nèi)外參數(shù)，實(shí)現(xiàn)該模式的最優(yōu)控制：一種是空調(diào)模式，通過(guò)風(fēng)系統(tǒng)變風(fēng)量、水系統(tǒng)變水量、冷水機(jī)組開(kāi)啟臺(tái)數(shù)進(jìn)行控制；另一種是機(jī)械通風(fēng)模式，通過(guò)風(fēng)系統(tǒng)變風(fēng)量、風(fēng)機(jī)開(kāi)啟及關(guān)閉的時(shí)間進(jìn)行控制。

圖5 集成全封閉站臺(tái)門(mén)車(chē)站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)Fig. 5 Ventilation and air conditioning system for the common area of a station with integrated closed platform doors

6 溫和地區(qū)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫和地區(qū)的最熱月平均溫度為18～23℃，未超過(guò)25℃(如昆明地區(qū))，最熱月的月平均溫度為19.7℃，因此這類(lèi)地區(qū)可本著節(jié)約能源的原則，地鐵車(chē)站公共區(qū)采用通風(fēng)系統(tǒng)。溫和地區(qū)冬季氣溫的最冷月平均溫度為0～13℃，因此應(yīng)采用軌行區(qū)與公共區(qū)連通的安全門(mén)系統(tǒng)制式。如圖6 所示，車(chē)站公共區(qū)采用機(jī)械送風(fēng)、出入口和區(qū)間采用自然排風(fēng)的系統(tǒng)，公共區(qū)的送風(fēng)管道兼作排煙管道，車(chē)站兩端分別單獨(dú)設(shè)置送風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)。

如圖7 所示，車(chē)站隧道通風(fēng)系統(tǒng)采用列車(chē)出站端的單活塞風(fēng)道系統(tǒng)，車(chē)站兩端分別設(shè)置兩臺(tái)耐高溫可逆轉(zhuǎn)的軸流隧道風(fēng)機(jī)，事故風(fēng)機(jī)在運(yùn)營(yíng)時(shí)間正常工況下不運(yùn)行，隧道風(fēng)機(jī)只在區(qū)間隧道排煙工況下運(yùn)行。

從節(jié)能降耗角度出發(fā)，結(jié)合該地區(qū)的氣候特點(diǎn)，地鐵車(chē)站站臺(tái)應(yīng)采用非封閉型站臺(tái)門(mén)。建議取消車(chē)站端部設(shè)置的活塞風(fēng)道，利用列車(chē)活塞作用，由車(chē)站出入口與室外的新鮮空氣進(jìn)行直接交換，節(jié)省土建及設(shè)備投資。運(yùn)營(yíng)能耗應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械通風(fēng)能耗，可采用車(chē)站機(jī)械排風(fēng)、出入口自然補(bǔ)風(fēng)的模式。同時(shí)，結(jié)合車(chē)站公共區(qū)的CO2濃度，可關(guān)閉公共區(qū)機(jī)械通風(fēng)，采用出入口自然通風(fēng)換氣模式。

圖6 溫和地區(qū)車(chē)站公共區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)Fig. 6 Ventilation system of common areas in stations in moderate area climatic zones

圖7 溫和地區(qū)的隧道通風(fēng)系統(tǒng)Fig. 7 Tunnel ventilation system of common areas in stations in moderate climatic zones

7 結(jié)論

綜上所述，不同氣候區(qū)地鐵車(chē)站對(duì)應(yīng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)制式不同。嚴(yán)寒地區(qū)的地鐵車(chē)站系統(tǒng)方案相對(duì)較多，目前沒(méi)有形成統(tǒng)一的做法，以集成通風(fēng)系統(tǒng)+可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)方案為相對(duì)最優(yōu)方案。對(duì)于氣候干燥的地區(qū)，在水源充足的條件下，車(chē)站公共區(qū)采用蒸發(fā)冷卻降溫系統(tǒng)相對(duì)比較節(jié)能。

寒冷地區(qū)及夏熱冬冷地區(qū)目前運(yùn)營(yíng)的地鐵線路，車(chē)站公共區(qū)在夏季均設(shè)置了空調(diào)系統(tǒng)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)全年的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，特別是非空調(diào)季節(jié)的通風(fēng)工況下的運(yùn)行能耗。夏熱冬暖地區(qū)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注空調(diào)季節(jié)的節(jié)能運(yùn)行。溫和地區(qū)的站臺(tái)應(yīng)設(shè)置非封閉型站臺(tái)門(mén)，車(chē)站公共區(qū)應(yīng)采用通風(fēng)系統(tǒng)。嚴(yán)寒地區(qū)和溫和地區(qū)建議取消活塞風(fēng)道，利用出入口作為活塞風(fēng)道，為車(chē)站及區(qū)間進(jìn)行通風(fēng)降溫。

在嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬暖及夏熱冬冷地區(qū)，地鐵車(chē)站的站臺(tái)皆可設(shè)置可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)?？烧{(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)能夠滿(mǎn)足這4 個(gè)氣候區(qū)地下車(chē)站節(jié)能運(yùn)行的需求，同時(shí)避免了站臺(tái)公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)開(kāi)啟滑動(dòng)門(mén)帶來(lái)的安全隱患。行業(yè)內(nèi)應(yīng)在各城市地鐵建設(shè)中大力推廣，站臺(tái)門(mén)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)力度。