天津地鐵解放橋站環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計

何 峰,高 博

(1.鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300251;2.天津城建設(shè)計院有限公司,天津 300251)

1 工程概況

天津地鐵 3號線解放橋站地處天津商業(yè)中心,位于解放北路、濱江路、松江路、張自忠路之間,其北端是天津站站,南端是和平路站,站中心里程 DK13+712.647,為曲線車站,是天津地鐵標志性車站之一。車站為雙柱三跨地下三層島式車站。地下一層為站廳層,凈高 8.65m,公共區(qū)面積約4300m2,地下二層為設(shè)備層,地下三層為站臺層。車站總長度為 127.7m,標準段內(nèi)凈寬度為 27m,有效站臺長度 118m;站廳層公共區(qū)面積約5337m2,站臺層公共區(qū)面積約1399m2。車站設(shè)備管理用房設(shè)置在地下一層、地下三層兩端,地下一層的夾層內(nèi)及地下二層。在車站兩端地面上分別設(shè)有 1座活塞/機械通風(fēng)亭、1座進風(fēng)亭和 1座排風(fēng)亭。

由于該站站廳層為地下高大空間,在國內(nèi)地鐵環(huán)控設(shè)計項目中屬于首例,其空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)形式、氣流組織方式及防排煙模式均與普通地下車站不同,文章在介紹整個車站環(huán)控系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上著重闡述站廳層公共區(qū)環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計特點及難點,為今后類似工程設(shè)計提供一定的借鑒意義。

2 車站環(huán)控系統(tǒng)構(gòu)成

解放橋站環(huán)控系統(tǒng)由以下 5部分組成[1]。

(1)車站站廳和站臺公共區(qū)通風(fēng)、空調(diào)兼排煙系統(tǒng)(簡稱大系統(tǒng))

由于車站為地下三層車站,因此站廳、站臺大系統(tǒng)獨立設(shè)置,系統(tǒng)采用一次回風(fēng)全空氣空調(diào)系統(tǒng),新風(fēng)均統(tǒng)一處理。站廳層大系統(tǒng)由 2臺組合空調(diào)機組、2臺回排風(fēng)(兼排煙)風(fēng)機、兩臺空調(diào)新風(fēng)機、30臺遠程射流風(fēng)口及相應(yīng)的風(fēng)閥、風(fēng)道等組成。站臺層大系統(tǒng)由2臺組合空調(diào)機組、2臺回排風(fēng)(兼排煙)風(fēng)機、2臺空調(diào)新風(fēng)機及相應(yīng)的風(fēng)閥、風(fēng)道等組成。為了適應(yīng)不同運行工況,組合式空調(diào)機組采用變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量方式、節(jié)能運行、回排風(fēng)機也均為變頻耐高溫風(fēng)機。

(2)區(qū)間隧道活塞通風(fēng)、機械通風(fēng)、排煙系統(tǒng)(簡稱隧道通風(fēng)系統(tǒng))

隧道通風(fēng)系統(tǒng)由 2臺TVF(隧道通風(fēng)兼排煙風(fēng)機、可逆耐高溫)風(fēng)機、2臺 TUO(軌頂、站臺板底排熱兼站臺輔助排煙風(fēng)機,同時兼隧道通風(fēng)、排煙風(fēng)機)風(fēng)機及相應(yīng)的風(fēng)閥、風(fēng)道等組成。TUO風(fēng)機正常工況變頻運行為車站排熱系統(tǒng)服務(wù),車站站臺火災(zāi)時輔助站臺排煙,區(qū)間事故或火災(zāi)時,通過閥門切換與 TVF風(fēng)機聯(lián)合運行,保證區(qū)間通風(fēng)及排煙要求。

(3)車站設(shè)備及管理用房通風(fēng)、空調(diào)、排煙系統(tǒng)(簡稱小系統(tǒng))

車站設(shè)備及管理用房根據(jù)功能及工藝要求,依照相關(guān)規(guī)范設(shè)置相應(yīng)的通風(fēng)、空調(diào)、排煙系統(tǒng)[2～4]。

(4)車站空調(diào)制冷水系統(tǒng)(簡稱水系統(tǒng))

車站水系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)對象不同,分為大系統(tǒng)水系統(tǒng)和小系統(tǒng)水系統(tǒng),大小水系統(tǒng)獨立設(shè)置。大系統(tǒng)水系統(tǒng)主要服務(wù)對象為站廳、站臺大系統(tǒng)組合空調(diào)機組,冷源選用 2臺水冷螺桿式冷水機組,冷量調(diào)節(jié)范圍15%～100%無級調(diào)節(jié),同時配備 2臺冷卻水循環(huán)泵、2臺冷凍水循環(huán)泵、2臺冷卻塔以及一套定壓補水裝置,冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔與冷水機組一對一服務(wù)。小系統(tǒng)水系統(tǒng)主要服務(wù)對象為小系統(tǒng)空氣處理器,冷源選用 1臺風(fēng)冷式冷水機組,一臺冷凍循環(huán)泵,一套定壓補水裝置。

(5)車站屏蔽門外車軌區(qū)域軌頂、站臺板下排熱和排煙系統(tǒng)(簡稱排熱系統(tǒng))

排熱系統(tǒng)由 2臺 TUO風(fēng)機及相應(yīng)的風(fēng)閥、軌道風(fēng)道、站臺板下風(fēng)道等組成。TUO風(fēng)機為變頻可逆耐高溫風(fēng)機[5]。

車站大系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 車站大系統(tǒng)、隧道通風(fēng)系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)系統(tǒng)原理

3 站廳層環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計

3.1 設(shè)計難點

(1)解放橋站站廳層公共區(qū)面積約5337m2,凈高8.65m,為典型的地下高大空間,其空調(diào)系統(tǒng)形式及氣流組織是環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計成敗的關(guān)鍵因素。同時,空調(diào)系統(tǒng)形式及氣流組織方式的選擇還需同公共區(qū)排煙相結(jié)合。

(2)解放橋站之所以為天津地鐵 3號線標志性車站之一,除了其地理位置之外,最主要的就是站廳層裝修為拱頂歐式風(fēng)格,為了體現(xiàn)裝修的宏偉效果,因此環(huán)控風(fēng)管及風(fēng)道布置盡量少占用垂直方向的空間,也是環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)著重注意之處。

3.2 站廳層公共區(qū)環(huán)控系統(tǒng)形式選擇

解放橋站站廳公共區(qū)環(huán)控系統(tǒng)需滿足以下要求。

(1)因為地處天津商業(yè)中心,客流量大、乘客密集,因此,需適應(yīng)新風(fēng)量大、熱負荷大、所需通風(fēng)換氣量大的特點,同時還需保證公共區(qū)空氣品質(zhì)。

(2)解放橋站為地下車站,環(huán)控系統(tǒng)既要滿足空調(diào)季空氣調(diào)節(jié)又要滿足通風(fēng)季通風(fēng)以及滿足冬季最小新風(fēng)的送風(fēng)要求。

(3)環(huán)控系統(tǒng)不僅要滿足空調(diào)、通風(fēng)的需要,還需滿足排煙要求。

環(huán)控系統(tǒng)形式主要包括風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)及全空氣系統(tǒng),為了滿足上述需求,風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)不適用于本工程,因此,站廳層公共區(qū)環(huán)控系統(tǒng)采用一次回風(fēng)全空氣空調(diào)系統(tǒng)、回排風(fēng)機兼排煙?？照{(diào)季,室外新風(fēng)和公共區(qū)回風(fēng)空氣在混風(fēng)室混合后,通過空調(diào)處理機組集中對混合后的空氣進行過濾、冷卻等處理,保證空氣品質(zhì)及溫濕度要求;通風(fēng)季,關(guān)閉小新風(fēng)機和混風(fēng)閥,空調(diào)冷源關(guān)閉,空氣處理機組直接送新風(fēng),回排風(fēng)機直接將站內(nèi)熱空氣排至大氣,保證公共區(qū)通風(fēng)換氣及溫度控制要求;冬季,關(guān)閉空氣處理機組及回排風(fēng)機,僅開啟小新風(fēng)機通過盤通風(fēng)管對公共區(qū)送風(fēng),保證人員最新新風(fēng)要求。

3.3 氣流組織及系統(tǒng)布置

(1)氣流組織形式確定

普通地下地鐵車站公共區(qū),因為裝修吊頂一般在3m左右,所以氣流組織形式一般為上送上回形式,但解放橋站裝修為了最大限度的保證高大空間的視覺效果,吊頂要求盡可能的高,保證吊頂?shù)降孛鏉M足 8m凈高,上送上回的氣流組織形式不適用于該工程。

同時,參考目前國內(nèi)地面高大空間空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計[6～8],置換通風(fēng)這種新型的通風(fēng)方式在舒適性空調(diào)中已經(jīng)取得了很大的成功,但由于置換通風(fēng)的原理就是利用室內(nèi)空氣的分層溫度梯度達到空氣置換流通的目的,送風(fēng)口一般設(shè)置于地板上,由于該站需要盡可能的保證垂直凈高,因此地板下不能設(shè)置送風(fēng)夾層,置換通風(fēng)也不適用于該工程。

通過上述分析,同時為了保證有效的組織排煙,解放橋站廳層公共區(qū)氣流組織形式采用:側(cè)送風(fēng),頂回風(fēng)(兼排煙)分層控制[8～9]。側(cè)送風(fēng)即在公共區(qū)四周布置送風(fēng)口,可以對公共區(qū)溫度進行分層分區(qū)域控制,最大力度保證客流流動區(qū)域具有較高的舒適性;同時頂部布置回風(fēng)兼排煙風(fēng)管既能滿足排煙的要求,又保證占用公共區(qū)垂直方向的空間最小。

(2)系統(tǒng)布置

結(jié)合站廳層公共區(qū)建筑布局,在左下角及右上角分別設(shè)置 1間環(huán)控機房,內(nèi)部分別布置 1臺組合空調(diào)機組、1臺回排風(fēng)兼排煙風(fēng)機、1臺小新風(fēng)機并設(shè)置相應(yīng)的回排風(fēng)道及混風(fēng)室等。

通過對比設(shè)置送風(fēng)靜壓室與送風(fēng)靜壓箱所需的保溫成本(靜壓室保溫材料采用刷復(fù)合硅酸鎂涂料、靜壓箱保溫材料采用復(fù)合硅酸鎂板),可以發(fā)現(xiàn)送風(fēng)靜壓室保溫成本低,所以,在站廳層公共區(qū)四周夾層設(shè)置送風(fēng)靜壓室;同時,為了使公共區(qū)氣流分布更加均勻以及具備更好的調(diào)節(jié)性,本系統(tǒng)在靜壓室外墻上布置了30臺配備加壓風(fēng)機的遠程射流風(fēng)口,風(fēng)口可以自由調(diào)整角度,風(fēng)口噪聲值小于 60dB,有效射程 26m,結(jié)合射流風(fēng)口的噴射曲線,保證需要控制區(qū)域 2m高度左右 0.5m/s的風(fēng)速(乘客舒適度最高),風(fēng)口布置高度在 6m左右。

由于,車站公共區(qū)面積5337m2,因此根據(jù)地鐵車站公共區(qū)防煙分區(qū)面積不大于1500m2的規(guī)定[10],同時結(jié)合公共區(qū)裝修情況,將站廳公共區(qū)分為 4個不規(guī)則的防煙分區(qū),每個防煙分區(qū)面積在1300m2左右,在公共區(qū)頂部根據(jù)分區(qū)情況布置相應(yīng)的回排風(fēng)兼排煙風(fēng)管,風(fēng)管端部設(shè)置電動排煙防火閥,火災(zāi)工況時實現(xiàn)分區(qū)排煙;排煙風(fēng)管匯總后連接到兩個環(huán)控機房內(nèi)的回排風(fēng)兼排煙風(fēng)機上,保證及時有效地排除車站內(nèi)熱量同時滿足消防排煙要求。

綜上所述,解放橋站站廳層環(huán)控系統(tǒng)平面布置如圖2所示。

4 結(jié)論

解放橋站是國內(nèi)首座地下高大空間地鐵車站,站廳層公共區(qū)環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計采用了一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng),氣流組織形式采用側(cè)送上回(兼排煙)方式,送風(fēng)末端配備遠程射流風(fēng)口,較好的解決了高大空間的溫濕度控制,同時,上回兼排煙保證了有效排除熱量且滿足地鐵車站公共區(qū)的排煙要求,該氣流組織形式占用公共區(qū)垂直空間也是最小的,與裝修較好的結(jié)合,充分體現(xiàn)了高大空間的視覺效果。

該站環(huán)控系統(tǒng)目前處于施工階段,由于系統(tǒng)選用了能效比高,能量調(diào)節(jié)范圍大(15%～100%無級調(diào)節(jié)),部分負荷時調(diào)節(jié)特性好,配備先進微電腦控制的冷水機組;排熱風(fēng)機、組合式空調(diào)機組、回/排風(fēng)機采用變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量方式、節(jié)能運行,具備很好的運營節(jié)能基礎(chǔ)。

圖2 解放橋站站廳層環(huán)控系統(tǒng)平面布置

[1] 天津地鐵 3號線工程設(shè)計總體組.天津地鐵 3號線工程施工設(shè)計技術(shù)要求[Z].天津:鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,2008.

[2] GB50157— 2003,地下鐵道設(shè)計規(guī)范[S].

[3] GB50016— 2006,建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].

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[5] 李高潮.地鐵空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速可行性的探討[J].能源研究與信息,2003(4).

[6] 譚良才.高大空間恒溫空調(diào)氣流組織設(shè)計方法研究[J].暖通空調(diào),2002(2).

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[8] 吳喜平.送風(fēng)方式對高大建筑空間空調(diào)節(jié)能的影響研究[J].流體機械,2000(11)

[9] 張會冰,徐 麗,馮 煉.高大空間建筑的空調(diào)節(jié)能措施[C].鐵路暖通空調(diào)專業(yè) 2006年學(xué)術(shù)交流會論文集,2006.

[10] GB50490—2009,城市軌道交通技術(shù)規(guī)范[S].