國內(nèi)地鐵屏蔽門系統(tǒng)應用的探討

張信樹，龔光彩，劉澤華

（湖南大學 土木工程學院，1.博士研究生；2.教授，湖南 長沙 410082；3.南華大學 城市建設學院，教授，湖南 衡陽 421001）

城市軌道交通具有速度快、運量大、無污染以及準時、舒適、方便等優(yōu)點，已成為各國緩解城市交通壓力、降低環(huán)境污染的首選交通工具[1]。而我國正處于城市化快速發(fā)展時期，許多大中城市的地面交通已出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，并有惡化的趨勢，因此發(fā)展地鐵是大勢所趨。目前，除了已有地鐵的大城市（北京、上海、天津等）在增加線路外，國內(nèi)大部分省會城市也都在建設地鐵。因此，我國的地鐵建設正處于高速發(fā)展的時期。

地鐵中的環(huán)控系統(tǒng)是耗資巨大的環(huán)節(jié)，如何在保證地鐵舒適度要求的前提下，盡可能節(jié)約能耗，降低運行費用，是地鐵環(huán)控系統(tǒng)必須考慮的問題。屏蔽門系統(tǒng)由于能夠把地鐵系統(tǒng)的第4熱源（列車運行產(chǎn)生的熱量）和第2熱源（列車空調(diào)冷凝器散熱量）擋在門外，減少了空調(diào)設備的容量，降低了初投資，同時夏季空調(diào)的運行也大大降低[2]。正因為屏蔽門有這么大的“節(jié)能效果”，所以國內(nèi)新建的地鐵線路大多裝有屏蔽門系統(tǒng)。

1 地鐵環(huán)控系統(tǒng)

地鐵環(huán)控系統(tǒng)分為開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)[3]。

1.1 開式系統(tǒng) 開式系統(tǒng)車站內(nèi)不設置空調(diào)系統(tǒng)，是通過應用機械或“活塞效應”的方法使地鐵內(nèi)部與外界交換空氣，利用外界空氣冷卻車站和隧道。該系統(tǒng)主要應用于當?shù)刈顭嵩缕骄鶞囟鹊陀?5℃，且運量較小的地鐵系統(tǒng)。

1.2 閉式系統(tǒng) 閉式系統(tǒng)車站內(nèi)一般采用空調(diào)系統(tǒng)，且僅供給滿足乘客所需的新鮮空氣，而區(qū)間隧道的冷卻是借助于列車運行的“活塞效應”攜帶一部分車站空調(diào)冷風來實現(xiàn)。該系統(tǒng)主要用于當?shù)刈顭嵩缕骄鶞囟雀哂?5℃、運量較大、高峰時間每小時的列車運行對數(shù)和每列車車輛數(shù)的乘積大于180的地鐵系統(tǒng)，大部分新建地鐵都采用這種系統(tǒng)。

1.3 屏蔽門系統(tǒng) 在車站的站臺與行車隧道間安裝屏蔽門，將其分隔開，車站安裝空調(diào)系統(tǒng)，隧道用通風系統(tǒng)（機械通風或活塞通風，或兩者兼用）。

安裝屏蔽門后，車站不受區(qū)間隧道行車時活塞風的影響，車站的空調(diào)冷負荷只需計算車站本身設備、乘客、廣告、照明等發(fā)熱體的散熱。此時屏蔽門系統(tǒng)的車站空調(diào)冷負荷僅為閉式系統(tǒng)的22%～28%，且由于車站與行車隧道隔開，減少了運行噪聲對車站的干擾，不僅使車站環(huán)境較安靜、舒適，也使旅客更為安全。

2 屏蔽門系統(tǒng)應用的現(xiàn)狀及誤區(qū)

2.1 國內(nèi)外應用現(xiàn)狀 世界地鐵第1套屏蔽門系統(tǒng)于1988年安裝在新加坡地鐵NEL線，使用距今已有20多年歷史。從其使用情況看是成功的，既保證了較高的可靠性，又滿足了地鐵的運營需要，同時空調(diào)節(jié)能率達到50%左右[4]。1991年，在保證乘客安全的前提下，為了降低地鐵的運營管理成本，日本在東京地鐵南北線上安裝了屏蔽門。設置了屏蔽門之后，一般情況下只需司機1人操作就可保證安全，站臺上無需站務人員接發(fā)列車進行監(jiān)視，從而減少了站臺上的工作人員，大大地降低了地鐵的管理成本[5]。香港地鐵于1997年率先在機場鐵路（機場快線及東涌線）安裝站臺幕門（機場3號站臺、新澳站及博覽館站除外），成為香港地鐵新鐵路地下車站必要設備，將軍澳線新車站及北角站的2個新站臺也于興建時安裝站臺幕門。目前除部分地面或高架車站由于沒有安裝空調(diào)系統(tǒng)而沒有加裝站臺幕門，香港地鐵站臺均裝有站臺門，九廣東鐵的尖東站站臺門是世界上最長的站臺門。

受香港地鐵的影響，中國大陸新建的地鐵路線大多裝有屏蔽門。2003年6月28日投入運營的廣州地鐵2號線，是首次在中國大陸地鐵中使用站臺屏蔽門的鐵路系統(tǒng)，創(chuàng)下全國第一。2號線安裝屏蔽門后，大大減少了車站冷氣在隧道里散失，與未安裝屏蔽門的1號線相比，可節(jié)約空調(diào)通風系統(tǒng)20%的電能[6]。

目前，英國西屋（Westinghouse）公司、瑞士KABA、法國Faiverley Transport S A和日本NABCO成為世界上最主要的4家屏蔽門生產(chǎn)廠家，它們提供了世界上約90%的屏蔽門系統(tǒng)。而國內(nèi)企業(yè)是近2年才進入該行業(yè)，自主制造能力相比國外還比較差，到目前為止，還沒有一個項目完全采用國內(nèi)產(chǎn)品。這種現(xiàn)象無疑增加了屏蔽門系統(tǒng)的初投資費用，再加上屏蔽門又不是軌道交通所必需的設備，所以其應用受到了很大的限制。

2.2 應用誤區(qū) 在地鐵站臺層設置屏蔽門系統(tǒng)，能夠?qū)⒄九_分成候車區(qū)域和區(qū)間隧道2個部分。候車區(qū)域由于有效地把地鐵系統(tǒng)的第1和第2熱源擋在屏蔽門之外，并減少站臺出入口由于列車活塞作用吸入的大量新風形成負荷。車站的空調(diào)冷負荷只需計算車站本身設備、乘客、廣告、照明等設施的散熱，及區(qū)間隧道與站臺間通過屏蔽門的傳熱和屏蔽門開啟時的對流換熱，從而大大降低了車站空調(diào)冷負荷，減少了車站空調(diào)運行能耗[7-8]。

然而，在區(qū)間隧道，由于有列車運行產(chǎn)生的熱量、列車空調(diào)冷凝器散熱量等熱源，使得該區(qū)域的溫度逐年增加。單純依靠地鐵活塞風的自然通風和隧道土壤的蓄熱來吸收熱量已不能有效地達到排熱目的，必須采用合適的機械通風設備，將這些熱量及時帶走，以保證地鐵的正常運營。增加機械通風設備勢必會增加地鐵系統(tǒng)的初投資和運行費用，所以，地鐵安裝屏蔽門后是否節(jié)能及節(jié)能多少，需要綜合考慮，而不能簡單地認為只要安裝屏蔽門系統(tǒng)就節(jié)能。特別是對于北方城市夏季持續(xù)高溫時間比南方城市短，在較長的過渡季節(jié)和冬季期間屏蔽門系統(tǒng)起不到很好的節(jié)能效果。過渡季節(jié)和冬季活塞風溫度不高，引入站臺可補充新風量，節(jié)省機械通風耗能。在北方城市地鐵中采用屏蔽門系統(tǒng)后，過渡季節(jié)和冬季工況站臺公共區(qū)必須增加機械通風以滿足站臺對新風量和舒適度的要求，與常用的不采用屏蔽門的開式系統(tǒng)相比不節(jié)能。因此，全年的節(jié)能效果不明顯。

3 屏蔽門系統(tǒng)的改進方案

在室外氣溫較低、空調(diào)期較短而其他季節(jié)采用通風的地區(qū)，或者只需要通風的寒冷地區(qū)，傳統(tǒng)的屏蔽門系統(tǒng)并不能達到較好的節(jié)能效果，再加上昂貴的初投資，使得屏蔽門的應用受到了限制。為了推廣屏蔽門系統(tǒng)在上述地區(qū)的應用，對傳統(tǒng)屏蔽門進行節(jié)能改造和創(chuàng)新勢在必行。多功能屏蔽門和帶風口屏蔽門就是在傳統(tǒng)屏蔽門基礎上改進而得到的。文獻[9]給出了在北京地區(qū)使用半高安全門、傳統(tǒng)屏蔽門和多功能屏蔽門節(jié)能效果的對比，多功能屏蔽門系統(tǒng)與傳統(tǒng)屏蔽門比，每年可節(jié)省運行能耗30%；與安全門相比可節(jié)能9%。帶風口屏蔽門即在屏蔽門上加裝可控風口，夏季關(guān)閉隔斷列車產(chǎn)生的熱量和活塞風的影響，過渡季和冬季打開有效利用活塞風降低通風能耗[10]。帶風口屏蔽門系統(tǒng)綜合了屏蔽門系統(tǒng)和半高安全門系統(tǒng)的優(yōu)勢，為北方城市地鐵提供更安全、舒適、節(jié)能的屏蔽門系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

屏蔽門系統(tǒng)具有節(jié)能、環(huán)保、提高城市形象等優(yōu)點，因此深受業(yè)主的青睞。在我國南方地區(qū)，由于夏季持續(xù)時間長，過渡季節(jié)和冬季持續(xù)時間比較短，安裝屏蔽門后節(jié)能等效果非常明顯，這也得到了較多的例證。而北方城市，由于過渡季節(jié)和冬季持續(xù)時間比較長，夏季持續(xù)時間比較短，因此在該地區(qū)是否安裝屏蔽門，安裝什么型式的屏蔽門一直是個有爭議的問題。為了在北方地區(qū)推廣屏蔽門系統(tǒng)，本文提出應對傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)進行改造和創(chuàng)新。

投資成本高、技術(shù)需要靠國外引進也是制約屏蔽門系統(tǒng)在我國地鐵系統(tǒng)中應用的因素。到目前為止，國內(nèi)還沒有一家能夠獨立生產(chǎn)屏蔽門的企業(yè)。因此，國內(nèi)屏蔽門生產(chǎn)廠家應該加大研發(fā)力度，盡早實現(xiàn)屏蔽門國產(chǎn)化，從而降低屏蔽門系統(tǒng)的初投資，推進屏蔽門系統(tǒng)在國內(nèi)廣泛的應用。

[1]雷風行.中國地鐵建設的概況及發(fā)展思路[J].世界隧道.1996，（1）：1-6.

[2]孫增田.屏蔽門系統(tǒng)在地鐵中的應用前景[J].都市快軌 交通.2005，18（2）：4-7

[3]張慶賀等.地鐵與輕軌[M].北京：人民交通出版社，2002.

[4]劉承東.屏蔽門系統(tǒng)在地鐵中的應用[J].城市軌道交通研究.2000，（1）：31-33.

[5]蔣玉琨.東京地鐵南北線的站臺屏蔽門系統(tǒng)[J].地鐵與輕軌.1994，（1）：23-27.

[6]盧光霖，陳韶章.城市軌道交通建設綜合技術(shù)示范工程——廣州地鐵二號線[M]，廣州：華南理工大學出版社，2006，1-18.

[7]沈翔.地下鐵道活塞風特性的研究[D].同濟大學碩士學位論文.2003

[8]閆榮巧.站臺屏蔽門系統(tǒng)在我國地下鐵道中的適用性研究[D].西南交通大學碩士學位論文.2006

[9]李國慶，張春生.城市軌道交通發(fā)展中的屏蔽門創(chuàng)新[J].都市快軌交通，2007，20（5）.

[10]董書蕓.北方城市地鐵活塞風對地鐵換季的影響規(guī)律及其有效利用[D].天津大學博士學位論文.2008