昆明地鐵標(biāo)準(zhǔn)地下車站通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)設(shè)計

熊勝益

摘要:本文以巫家壩站為例，介紹了昆明地鐵標(biāo)準(zhǔn)地下車站的大系統(tǒng)設(shè)計思路。結(jié)合昆明的建筑熱工分區(qū)特點(diǎn)，全地下線采用站臺設(shè)置全高安全門的開式通風(fēng)(含活塞通風(fēng))系統(tǒng)，并闡明了車站公共區(qū)不設(shè)空調(diào)系統(tǒng)的原因。大系統(tǒng)采用送風(fēng)兼排煙的方式，不僅可降低分設(shè)系統(tǒng)的投資成本及控制難度，還能節(jié)省公共區(qū)有限的空間資源。大系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)根據(jù)公共區(qū)的余熱分布和建筑防火分區(qū)特點(diǎn)，結(jié)合裝修吊頂造型，合理劃分防煙分區(qū)及布設(shè)風(fēng)口，做到設(shè)備選型合理有據(jù)，并輔以適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)控制策略，取得功能與美觀統(tǒng)一的設(shè)計效果。

關(guān)鍵詞:開式通風(fēng)系統(tǒng)，公共區(qū)，送風(fēng)兼排煙，風(fēng)量計算，控制策略

The Design of Ventilation and Air Conditioning System for Standard Metro Station in Kunming

Xiong Shengyi

(China Railway Siyuan Group Southwest Survey and Design Group CO. LTD., Kunming, China)

Abstract: In this paper, take Wujiaba station as an example to introduce the design thoughts of ventilation and air conditioning system in Kunming standard metro station. Based on the characteristics of building thermal design zones in Kunming, the open ventilation system with tunnel piston wind, the high safety doors is set on the station platform, is used in the whole metro line. The reason why public area is not used air conditioning system in metro station is analyzed. And the ventilation system of mechanical air supply plus smoke exhaust can obviously reduce investment cost of ventilation system, difficulties of control strategy, and save space resource. According on the characteristics of waste heat distributions, fire compartments and decoration form, it is important to reasonably divided smoke prevention compartment, set up tuyeres and select equipment, and necessarily make proper control strategy to achieve excellent design effect that unitying function and beauty to a high degree

Keywords: open ventilation system，public area，air supply plus smoke exhaust，calculation of ventilation load，control strategy

中圖分類號： TD724文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

0引言

地鐵是一種特殊的城市公共交通設(shè)施，具有速度快、運(yùn)量大和正點(diǎn)率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可有力解決日益突出的城市交通擁堵問題。地鐵車站是供乘客活動、乘車和候車的場所，公共區(qū)良好的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)可提供乘客舒適、清潔和安全的環(huán)境。相比車站建設(shè)總投資而言，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備投資所占比例僅為8%～10%，但其運(yùn)行能耗所占車站總能耗的比例則達(dá)到40%左右[1]。對車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計及選型，成為有效降低車站總運(yùn)行能耗的關(guān)鍵之處。

行業(yè)上習(xí)慣將車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)稱作大系統(tǒng)。國內(nèi)大多數(shù)城市的地鐵車站公共區(qū)普遍采用閉式和屏蔽門式一次回風(fēng)變風(fēng)量全空氣系統(tǒng)[2]，而昆明城市氣候與眾不同，屬于溫和地區(qū)，年平均溫度為15℃[3]，具有“四季如春”的特點(diǎn)，于此，為昆明地鐵適宜地設(shè)計出一套技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的大系統(tǒng)顯得尤為必要。通過分析溫和地區(qū)的各項指標(biāo)，設(shè)計采用全地下線車站的站臺設(shè)置全高安全門的通風(fēng)系統(tǒng)（含活塞通風(fēng)），開式運(yùn)行的環(huán)控制式，公共區(qū)不設(shè)空調(diào)系統(tǒng)，不僅能滿足乘客的舒適性要求，還能節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)的投資成本及運(yùn)行能耗，節(jié)能效果突出。本文下面將以昆明地鐵巫家壩站為例，具體闡述標(biāo)準(zhǔn)地下車站大系統(tǒng)的設(shè)計思路。

1建筑概況

巫家壩站為昆明地鐵首期工程第18個車站，位于官渡區(qū)巫家壩機(jī)場環(huán)島南側(cè)，飛機(jī)場候機(jī)樓西側(cè)，沿南北方向布置。本站為地下兩層明挖島式車站，站臺寬度11m，地下一、二層分別為站廳、站臺層，同層兩端為設(shè)備區(qū)，業(yè)內(nèi)稱其為“標(biāo)準(zhǔn)車站”。車站外包長為177.22m，總建筑面積為9990.47㎡（含主體建筑面積7314.12㎡，附屬建筑面積2676.35㎡），共設(shè)4個出入口。本站公共區(qū)裝修效果見圖1，站內(nèi)建筑布局見圖2。

圖1巫家壩站公共區(qū)裝修效果圖

圖2巫家壩站主體建筑平面圖

2設(shè)計依據(jù)

本站以《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2003）、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50016-2006）、《云南省民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ53/T-39-2011)及《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》（GB 50490-2009），昆明當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)，客流量，建筑裝修圖等作為大系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。

3設(shè)計參數(shù)

3.1室外設(shè)計氣象參數(shù)[3]，見表1。

表1 昆明室外計算參數(shù)

車站公共區(qū)、區(qū)間隧道

夏季通風(fēng)計算干球溫度 20.8℃ 冬季通風(fēng)計算干球溫度 8.9℃

設(shè)備及管理用房

夏季空調(diào)計算干球溫度 26.3℃ 夏季通風(fēng)計算干球溫度 23.1℃

夏季空調(diào)計算濕球溫度 19.9℃ 冬季通風(fēng)計算干球溫度 4.9℃

3.2室內(nèi)設(shè)計氣象參數(shù)

站內(nèi)公共區(qū)空氣計算溫度和相對濕度應(yīng)符合《地鐵設(shè)計規(guī)范》的要求，且滿足每個乘客小時供應(yīng)的新風(fēng)量不少于30m3，控制CO2和PM10的日平均濃度分別小于1.5‰和0.25mg/m3。另外，公共區(qū)同時在站人數(shù)、在站時間及高峰系數(shù)，乘客及設(shè)備散熱量等設(shè)計輸入?yún)?shù)由相關(guān)專業(yè)負(fù)責(zé)提供。

3.3客流量設(shè)計參數(shù)

巫家壩站公共區(qū)乘客人數(shù)按遠(yuǎn)期(2039年)預(yù)測運(yùn)營晚高峰小時客流量確定，見表2。

表22039年遠(yuǎn)期運(yùn)營高峰小時客流量表(人/小時)

預(yù)測客流 上行 下行

上車 斷面客流 下車 上車 斷面客流 下車

流量 早高峰 3743 32473 1958 970 29694 5553

34561 25111

晚高峰 5088 19455 865 1779 32714 3371

22840 31122

4大系統(tǒng)設(shè)計

4.1不設(shè)空調(diào)系統(tǒng)的原因

《地鐵設(shè)計規(guī)范》強(qiáng)調(diào)地鐵的大系統(tǒng)宜優(yōu)先采用站內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合活塞通風(fēng)的方式，并將“當(dāng)?shù)刈顭嵩碌钠骄鶞囟取焙汀案叻逍r的行車對數(shù)和列車車輛數(shù)的乘積”作為衡量站內(nèi)公共區(qū)是否設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)，且規(guī)定具體的參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)，“在夏季當(dāng)?shù)刈顭嵩碌钠骄鶞囟瘸^25℃，全年平均溫度超過15℃，且地鐵高峰時間內(nèi)每小時的行車對數(shù)和每列車車輛數(shù)的乘積大于120，應(yīng)采用空調(diào)系統(tǒng)”[4]。昆明地鐵運(yùn)營列車考慮采購B型空調(diào)車6輛編組，2039年高峰小時的行車對數(shù)為15對，二者的乘積為90。昆明屬于建筑熱工分區(qū)中的溫和中區(qū)，當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁貫?8℃～23℃，年平均溫度為15℃[3]，具備不設(shè)空調(diào)系統(tǒng)的條件。當(dāng)列車在隧道內(nèi)高速運(yùn)行時會產(chǎn)生可觀的活塞風(fēng)量，應(yīng)優(yōu)先利用這種清潔免費(fèi)的能源，活塞氣流通過全高安全門上沿約0.6m高的條縫帶進(jìn)入站臺公共區(qū)，以公共區(qū)機(jī)械通風(fēng)結(jié)合活塞通風(fēng)和出入口自然通風(fēng)的方式實(shí)現(xiàn)車站公共區(qū)的通風(fēng)降溫作用。

此外，需借助地鐵環(huán)控模擬軟件（Subway Environment System，簡稱“SES”）計算當(dāng)全地下線采用開式運(yùn)行且公共區(qū)不設(shè)空調(diào)系統(tǒng)時，地鐵隧道夏季的最高溫度是否超過35℃，冬季的平均溫度是否低于地層的自然溫度，并將最低溫度控制在5℃以上。經(jīng)計算，冬夏季的隧道溫度變化幅度均滿足規(guī)范要求，這里屬于地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的范疇，本文不作細(xì)述。

4.2通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

4.2.1 設(shè)計思路

大系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足運(yùn)營時通風(fēng)降溫和火災(zāi)時迅速排煙的需求，分為平時通風(fēng)系統(tǒng)和防排煙系統(tǒng)。平時通風(fēng)系統(tǒng)采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)，出入口自然排風(fēng)的通風(fēng)方式。進(jìn)風(fēng)直接采自大氣，新風(fēng)經(jīng)站廳層兩端新風(fēng)井由新風(fēng)道進(jìn)入，經(jīng)除塵消聲后由大系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)通過風(fēng)管送入公共區(qū)，可集中控制進(jìn)站新風(fēng)的含塵濃度，控制通風(fēng)設(shè)備傳到公共區(qū)的噪聲水平低于≤70dB（A）。為增強(qiáng)公共區(qū)的排煙效果，大系統(tǒng)采用送風(fēng)兼排煙的方式，可減少分設(shè)系統(tǒng)的投資成本，降低控制工藝難度及節(jié)省站內(nèi)空間資源。主要的設(shè)計考慮如下：

1）送風(fēng)口兼作排煙口使用時，送風(fēng)口數(shù)量不宜過多，風(fēng)口風(fēng)速應(yīng)根據(jù)兩種工況的風(fēng)量進(jìn)行匹配，風(fēng)口尺寸選取應(yīng)滿足各自風(fēng)速要求，且風(fēng)口須帶風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。風(fēng)口的布設(shè)應(yīng)結(jié)合公共區(qū)裝修的吊頂造型，如采用鋁板和格柵結(jié)合的形式，風(fēng)口考慮均勻設(shè)置于格柵上方，盡量不在鋁板上開風(fēng)口，維持吊頂造型美觀。對于巫家壩站而言，吊頂采用大塊的方形鋁板單元格柱網(wǎng)拼接，單元格中部隆起的簡潔造型，風(fēng)口應(yīng)于鋁板上開孔，但具體的開口位置應(yīng)與裝修專業(yè)協(xié)商，取得功能與美觀的統(tǒng)一。

2）車站站廳與站臺公共區(qū)作為一個防火分區(qū)，面積為2764㎡，其中站廳為1591㎡，站臺為1173㎡。防煙分區(qū)的劃分原則按不超過2000㎡控制[5]，站廳和站臺的防火分區(qū)面積均小于2000㎡，可各自劃分為一個防煙分區(qū)。當(dāng)站廳公共區(qū)防火分區(qū)面積超過2000㎡時，必須設(shè)置擋煙垂壁或垂簾進(jìn)行防煙分區(qū)分隔。由于本站公共區(qū)為橫向單柱結(jié)構(gòu)，可將風(fēng)口布設(shè)于柱邊區(qū)域，如若為橫向雙柱結(jié)構(gòu)，需在雙柱間頂部區(qū)域加設(shè)風(fēng)口而防止聚煙，風(fēng)口位置與自動扶梯疏散口部的距離不宜過近。

3）車站防排煙設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按全線同一時間內(nèi)發(fā)生一次火災(zāi)考慮。公共區(qū)以有效站臺中心里程為分界，分別將站廳和站臺的防煙分區(qū)分為兩個面積相當(dāng)?shù)呐艧焻^(qū)域，使各風(fēng)口的排煙量均衡，實(shí)現(xiàn)均勻排煙。車站同端區(qū)域的站廳和站臺層風(fēng)管進(jìn)行并聯(lián)，每端管路分別連接新風(fēng)機(jī)及排煙風(fēng)機(jī)，采用兩端同送同排的通風(fēng)方式。風(fēng)管穿越設(shè)備及管理用房區(qū)時，風(fēng)管上靠防火墻設(shè)排煙防火閥，并在服務(wù)于站廳和站臺公共區(qū)的風(fēng)管上設(shè)電動風(fēng)閥，具體的管路及閥門設(shè)置情況見圖3。因本站4個地鐵出入口通道連續(xù)長度均未超過60m，故不需設(shè)排煙設(shè)施。

4）公共區(qū)風(fēng)口間距應(yīng)兼顧風(fēng)口的有效送風(fēng)范圍和排煙距離，按6m左右控制。各排煙區(qū)域內(nèi)的風(fēng)口面積和數(shù)量應(yīng)保持相等，才能取得均勻送排風(fēng)的良好效果。根據(jù)壓力平衡計算結(jié)果，對分支管設(shè)置必要的手動風(fēng)閥，方便進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。風(fēng)管管材采用鍍鋅鋼板，厚度按排煙管尺寸選取，公共區(qū)內(nèi)的風(fēng)管外涂防火涂料，跨越設(shè)備及管理用房區(qū)的大系統(tǒng)風(fēng)管外包耐火極限不低于1h的防火板。

5）站廳及站臺公共區(qū)的溫度及CO2傳感器應(yīng)布置在與吊頂同高度的位置，可真實(shí)反映公共區(qū)溫度及CO2濃度的變化情況，準(zhǔn)確控制大系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)隨負(fù)荷變化變頻運(yùn)行。

注：TK-通風(fēng)空調(diào)大系統(tǒng)；TEF-排熱風(fēng)機(jī)；SF-大系統(tǒng)送風(fēng)機(jī)；PY-大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)；DT-電動多葉調(diào)節(jié)閥；FP2-280℃手動排煙防火閥；FF2-70℃手動排煙防火閥；CCQ-靜電除塵裝置；A-車站小里程端；B-車站大里程端；SAD-送風(fēng)管；EAD-排風(fēng)管；SED-排煙管；118-地鐵1號線第12個車站。

圖3車站大系統(tǒng)原理圖

4.2.2風(fēng)量計算

本站公共區(qū)負(fù)荷分為消除余熱通風(fēng)量和火災(zāi)排煙量，大系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)的風(fēng)量計算如下：

1）大系統(tǒng)應(yīng)按預(yù)測的遠(yuǎn)期客流和最大通過能力配置新風(fēng)量，主要體現(xiàn)在消除晚高峰客流、照明燈具、廣告指示牌、自動售票機(jī)、電扶梯及安全門等余熱所需的通風(fēng)量。具體的計算結(jié)果見表3，計算得到公共區(qū)所需通風(fēng)量為133397m3/h，車站兩端大系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)各負(fù)擔(dān)一半的風(fēng)量。大系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)近、遠(yuǎn)期的配置需求通過變頻運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。

表32039年遠(yuǎn)期運(yùn)營高峰小時客流量表(人/小時)

車站名稱 巫家壩站 站廳 站臺

公

共

區(qū)

余

熱

量

/kW 乘客產(chǎn)熱量 25.11 18.72

照明燈具 15.91 11.73

廣告燈箱、指示牌 20 10

自動售檢票機(jī) 15.36 0

自動扶梯 13 5

垂直電梯 2.5 2.5

全高安全門 0 29.6

熱庫 -4 0

其它 10 10

消除余熱所需送風(fēng)量(m3/h) 70414 62983

2）《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和《城市軌道交通技術(shù)規(guī)范》關(guān)于車站公共區(qū)單位排煙量的規(guī)定基本是一致的，即當(dāng)排煙設(shè)備負(fù)擔(dān)1個防煙分區(qū)時，火災(zāi)時的排煙量應(yīng)根據(jù)防煙分區(qū)的建筑面積按1m3/（㎡·min）計算[5-6]。站廳、站臺的計算排煙量分別為95460和70380m3/h。因車站防排煙設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按全線同一時間內(nèi)發(fā)生一次火災(zāi)計，故大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)按站廳、站臺單獨(dú)發(fā)生火災(zāi)考慮，而不是按同時擔(dān)負(fù)2個及2個以上防煙分區(qū)的情況來計算排煙量?？紤]到站廳防煙分區(qū)的面積大于站臺，排煙風(fēng)機(jī)的排煙量應(yīng)以站廳的防煙分區(qū)面積作為計算標(biāo)準(zhǔn)，為95460 m3/h，兩端大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)各負(fù)擔(dān)一半的排煙量。

經(jīng)水力計算后，可確定兩種系統(tǒng)的全壓損失，因大系統(tǒng)屬一般送排風(fēng)系統(tǒng)，故新風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)各需附加10%的漏風(fēng)量。大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)備的主要選型參數(shù)見表4。

表4大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)備的主要選型參數(shù)表

風(fēng)機(jī)名稱 設(shè)備編號 風(fēng)機(jī)型號

NXT-17 風(fēng)量

m3/s 全壓Pa 功率kW 備注

新風(fēng)機(jī) SF-A1 No12.5A 20.83 520 18.5 常溫變頻

SF-B1 No12.5A 20.83 480 15 常溫變頻

排煙風(fēng)機(jī) PY-A1 No11.2A 14.72 700 15 250℃/1h

PY-B1 No11.2A 14.72 600 15 250℃/1h

5系統(tǒng)控制策略

本站通風(fēng)系統(tǒng)采用三級控制：就地控制、車控室控制和中央控制，大系統(tǒng)設(shè)備采用前二級控制，三級顯示。中央控制室對大系統(tǒng)新風(fēng)及排煙設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)顯示，車控室對大系統(tǒng)設(shè)備及電動控制風(fēng)閥進(jìn)行顯示和控制，就地對所設(shè)的各種設(shè)備及電動控制風(fēng)閥進(jìn)行控制與顯示，就地控制具有優(yōu)先權(quán)。

本站通過控制電動風(fēng)閥開關(guān)實(shí)現(xiàn)公共區(qū)由平時通風(fēng)轉(zhuǎn)換為火災(zāi)排煙模式。FAS/BAS系統(tǒng)借助溫度和CO2傳感器探頭，感知公共區(qū)溫度和濃度的變化而控制新風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行。當(dāng)車控室接收到站廳或站臺的火災(zāi)報警信號后，通過按下與火災(zāi)區(qū)域?qū)?yīng)的IBP盤按鈕，控制排煙風(fēng)機(jī)和電動風(fēng)閥聯(lián)動進(jìn)行排煙。當(dāng)與排煙風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的任一排煙防火閥因熔斷關(guān)閉后，排煙風(fēng)機(jī)則停止運(yùn)行。大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)與硬聯(lián)鎖電動風(fēng)閥的控制關(guān)系為“風(fēng)閥開-風(fēng)機(jī)開，風(fēng)機(jī)關(guān)-風(fēng)閥關(guān)”。站廳和站臺火災(zāi)切非后，應(yīng)保證大系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)動控制動作準(zhǔn)備無誤。

當(dāng)站廳公共區(qū)任一區(qū)域火災(zāi)時，關(guān)閉新風(fēng)機(jī)和站臺風(fēng)管，關(guān)閉車站兩端U/O系統(tǒng)（軌頂和軌底排熱系統(tǒng)）和設(shè)備區(qū)通風(fēng)子系統(tǒng)，開啟排煙風(fēng)機(jī)，出入口自然引風(fēng)。當(dāng)站臺公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，關(guān)閉新風(fēng)機(jī)和站廳風(fēng)管，開啟排煙風(fēng)機(jī)，同時開啟車站兩端的U/O風(fēng)機(jī)以及隧道風(fēng)機(jī)，且關(guān)閉兩端設(shè)備區(qū)通風(fēng)子系統(tǒng)，開啟軌頂風(fēng)道，關(guān)閉軌底風(fēng)道，輔助站臺公共區(qū)排煙。站廳和站臺火災(zāi)時均滿足乘客迎風(fēng)疏散的要求。夜間停運(yùn)時，大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)全部關(guān)閉，開啟隧道通風(fēng)系統(tǒng)對區(qū)間進(jìn)行通風(fēng)換氣，這里本文不作細(xì)述。

6結(jié)語

本文以巫家壩站為例，闡明了標(biāo)準(zhǔn)地下車站公共區(qū)不設(shè)空調(diào)系統(tǒng)的原因，并介紹了大系統(tǒng)的設(shè)計思路和系統(tǒng)控制策略，可為國內(nèi)其他城市的后續(xù)地鐵車站設(shè)計提供工程參考案例。具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）車站公共區(qū)不設(shè)空調(diào)系統(tǒng)，采用站臺設(shè)置全高安全門開式運(yùn)行的環(huán)控制式，可顯著節(jié)省大系統(tǒng)的空調(diào)投資成本和運(yùn)行能耗，節(jié)能效果明顯。

2）大系統(tǒng)采用送風(fēng)兼排煙的方式，不僅能降低分設(shè)系統(tǒng)的投資成本及控制難度，又為車站公共區(qū)節(jié)省空間資源。

3）大系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)公共區(qū)建筑防火分區(qū)的特點(diǎn)，進(jìn)行了合理的防煙分區(qū)劃分、風(fēng)口布設(shè)及設(shè)備選型，取得均勻送風(fēng)及排煙效果的同時，獲得了功能與美觀的統(tǒng)一。

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