淺談地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

梁志恒

（無錫地鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 無錫 214231）

淺談地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

梁志恒

（無錫地鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 無錫 214231）

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的提高，城市建設(shè)速度的加快，地鐵逐漸成為城市主要的交通工具之一。地鐵車站是一個(gè)特殊的場所，每天有大量的乘客進(jìn)出，這就對車站環(huán)境提出了很高的要求。本文結(jié)合實(shí)際案例重點(diǎn)分析了常見的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)也對地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的噪聲控制進(jìn)行了相關(guān)的探討。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；噪聲控制；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 地鐵空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)概述

地鐵車站內(nèi)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的主要作用是對車站環(huán)境的溫度、濕度以及風(fēng)速等進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而提高車站環(huán)境質(zhì)量，使乘客感覺舒適。然而，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在創(chuàng)造舒適環(huán)境的同時(shí)也在消耗著大量的電能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地鐵運(yùn)行所消耗的電能有接近一半是由空調(diào)系統(tǒng)消耗的，甚至超過了列車驅(qū)動(dòng)消耗的電能。因此，為減少地鐵能源消耗，提高地鐵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，需要對地鐵現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在此之前，我們要了解當(dāng)前地鐵空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成以及工作原理。

整個(gè)車站的空調(diào)系統(tǒng)由兩個(gè)分系統(tǒng)組成，其中一個(gè)系統(tǒng)又分為空調(diào)大系統(tǒng)與小系統(tǒng)，因此車站空調(diào)系統(tǒng)是由大系統(tǒng)、小系統(tǒng)以及水系統(tǒng)組成的。車站大、小系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制車站內(nèi)環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)車站的通風(fēng)以及排風(fēng)；而水系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對空氣進(jìn)行制冷。

車站空調(diào)系統(tǒng)在工作時(shí)，空調(diào)新風(fēng)機(jī)將車站外的新風(fēng)送入站內(nèi)，同時(shí)組合空調(diào)機(jī)組對新風(fēng)進(jìn)行冷卻處理，從而使新風(fēng)溫度達(dá)到要求。組合空調(diào)機(jī)組與水系統(tǒng)通過冷卻水回路相連，在機(jī)組內(nèi)完成冷熱交換的帶有熱負(fù)荷的冷卻水循環(huán)回水系統(tǒng)，通過冷卻塔將熱量排放到外界環(huán)境中。同時(shí)，冷水機(jī)將未經(jīng)冷熱交換的冷卻水循環(huán)到空調(diào)機(jī)組內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)利用。另外，回排風(fēng)機(jī)會將隧道內(nèi)由于車輛運(yùn)行而產(chǎn)生的熱量排到室外。

2 常見的地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)分析

2.1 閉式系統(tǒng)

閉式系統(tǒng)是指將送風(fēng)管沿著車站長度方向布置在站臺兩側(cè)，向下輸送新風(fēng)的通風(fēng)系統(tǒng)，其排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置在軌道頂端或者站臺頂端。閉式系統(tǒng)之所以被稱為“閉式”，是因?yàn)椴捎眠@一系統(tǒng)的車站與外部空氣基本處于斷絕狀態(tài)。該系統(tǒng)的工作狀態(tài)受到室外空氣焓值與空調(diào)回風(fēng)焓值的影響。例如：室外空氣溫度大于空調(diào)回風(fēng)溫度，且室外空氣焓值小于回風(fēng)焓值時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)會采用全新風(fēng)系統(tǒng)，否則只會向站內(nèi)提供最小新風(fēng)。一般情況下，閉式系統(tǒng)多用在夏季月平均氣溫在25℃以上，且運(yùn)量交大的地鐵系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)還可以滿足車站運(yùn)行的消防要求。

2.2 開式系統(tǒng)

開式系統(tǒng)是一種將車站與隧道聯(lián)系在一起進(jìn)行通風(fēng)的系統(tǒng)。開式系統(tǒng)一般存在帶空調(diào)以及不帶空調(diào)兩種形式。所謂帶空調(diào)系統(tǒng)就是在車站內(nèi)設(shè)置空調(diào)，通過空調(diào)與車站內(nèi)的通風(fēng)井實(shí)現(xiàn)站內(nèi)與站外的空氣交流；而不帶空調(diào)系統(tǒng)是指車站沒有空調(diào)，只在隧道內(nèi)設(shè)置多座豎向通風(fēng)井，并通過機(jī)械動(dòng)力實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)與外界空氣的交流，同時(shí)利用列車行駛產(chǎn)生的“活塞效應(yīng)”將隧道內(nèi)的新風(fēng)帶到車站內(nèi)，從而降低車站內(nèi)的溫度。

開式系統(tǒng)大多運(yùn)用在夏季平均溫度在25℃以下，且客流量較小的地鐵系統(tǒng)中。然而，早期的地鐵系統(tǒng)大多都使用開式空調(diào)系統(tǒng)，但是隨著地鐵建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，開式空調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)無法適應(yīng)人們的要求，從而開始被閉式系統(tǒng)以及屏蔽門式系統(tǒng)取代。

2.3 屏蔽門式系統(tǒng)

所謂屏蔽門系統(tǒng)就是在車站與隧道之間安裝屏蔽門，隔斷車站與隧道環(huán)境，同時(shí)在車站內(nèi)安裝空調(diào)系統(tǒng)，并且采用機(jī)械通風(fēng)井的方式對隧道進(jìn)行通風(fēng)。屏蔽門系統(tǒng)不但能夠達(dá)到車站環(huán)境的通風(fēng)制冷要求，而且屏蔽門還會減少列車行駛對車站造成的氣流噪音影響，避免跌落站臺等危險(xiǎn)事故的發(fā)生，給旅客提供更加舒適安全的候車環(huán)境。

采用屏蔽門系統(tǒng)后，車站空調(diào)制冷負(fù)責(zé)的范圍大大減少，從而降低空調(diào)負(fù)荷，減少電能消耗，具有良好的節(jié)能效果。正是出于這一考慮，在我國南方城市地鐵線路改造以及新建工程中，屏蔽門系統(tǒng)得到了十分廣泛的應(yīng)用。

3 工程案例分析——無錫地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1.1 采用大小系統(tǒng)分設(shè)冷源，小系統(tǒng)采用變頻多聯(lián)機(jī)

無錫地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)模式為，大系統(tǒng)采用空調(diào)水系統(tǒng)，白天為公共區(qū)服務(wù)，夜間空調(diào)水系統(tǒng)停止運(yùn)行，降低了冷卻塔夜間運(yùn)行帶來的擾民隱患，同時(shí)，提高了設(shè)備的使用壽命，整個(gè)系統(tǒng)簡單、調(diào)試方便，后期維護(hù)量小。

設(shè)備及人員管理房間采用變頻多聯(lián)機(jī)+小新風(fēng)模式，系統(tǒng)高度集成，運(yùn)行調(diào)試簡單，因該系統(tǒng)完全獨(dú)立于大系統(tǒng)，因此在無錫2號線5月份開始冷滑、熱滑以及空載運(yùn)行時(shí)，變頻多聯(lián)機(jī)先于空調(diào)水系統(tǒng)實(shí)施完成，有效的保證了在炎熱夏季重要設(shè)備用房、管理用房人員進(jìn)駐的室內(nèi)工作環(huán)境。

變頻多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)充分利用該系統(tǒng)的變頻特性、根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷自主調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，有效彌補(bǔ)了設(shè)備房間發(fā)熱量動(dòng)態(tài)變化、發(fā)熱量不準(zhǔn)確帶來運(yùn)行能耗過大、設(shè)備及人員管理房間過冷的難題。

多聯(lián)機(jī)室外機(jī)充分考慮與室外景觀、構(gòu)筑物的結(jié)合，保證了室外的景觀效果。大、小系統(tǒng)分開后，減小了空調(diào)機(jī)房的占用面積，節(jié)省了土建投資。大、小系統(tǒng)分開后，有效的增加了日常設(shè)備的檢修天窗時(shí)間，對于整個(gè)系統(tǒng)的檢修、維護(hù)提供了便利，同時(shí)保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠，提升了系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量

3.1.2 屏蔽門轉(zhuǎn)換裝置

將梁溪大橋站進(jìn)行試點(diǎn)，在其屏蔽門上方設(shè)置可開啟的轉(zhuǎn)換裝置，可實(shí)現(xiàn)過渡季節(jié)利用活塞風(fēng)對車站進(jìn)行通風(fēng)，減少空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

3.1.3 采用自然通風(fēng)/排煙

對高架車站團(tuán)結(jié)路、紡織城站的地下附屬用房，將原初步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的機(jī)械通風(fēng)、排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自然通風(fēng)、排煙，即利用吊裝孔、采光通風(fēng)孔進(jìn)行自然通風(fēng)機(jī)自然排煙，減小了設(shè)備投資及后期設(shè)備的運(yùn)行能耗及維護(hù)。

3.1.4 站臺公共區(qū)排煙模式

針對屏蔽門系統(tǒng)，站臺公共區(qū)排煙效果差的問題，提出并采取了開啟屏蔽門首尾滑動(dòng)門及中部滑動(dòng)門、利用隧道風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)輔助排煙的模式，一次性通過了由中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院組織的熱煙測試，取得了理想的測試效果，為后續(xù)線路的建設(shè)提供了重要的參考經(jīng)驗(yàn)。

3.1.5 效益

采用屏蔽門系統(tǒng)，與閉式系統(tǒng)相比全線可節(jié)省初投資1148萬元，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省1086萬元。采用雙活塞通風(fēng)模式，與單活塞模式相比年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省683萬元。大、小系統(tǒng)冷源分開設(shè)置，提高了設(shè)備的使用壽命，節(jié)省投資及設(shè)備更新費(fèi)用1500萬元。大、小系統(tǒng)冷源分開設(shè)置，減小了空調(diào)機(jī)房的占用面積，節(jié)省了土建投資1100萬元。采用大、小系統(tǒng)冷源分開設(shè)置及多種節(jié)能控制措施后，年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省355萬元。

3.2 空調(diào)系統(tǒng)噪聲分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.2.1 概述

冷卻塔在循環(huán)水系統(tǒng)中的功能是將循環(huán)水系統(tǒng)工程帶出的熱水予以冷卻，以供重復(fù)循環(huán)使用。目前，已廣泛于樓宇、賓館、商場、地鐵工程空調(diào)系統(tǒng)中。

在空調(diào)工程中，應(yīng)用最為廣泛的是玻璃鋼冷卻塔，依靠機(jī)械通風(fēng)冷卻循環(huán)熱水。用水泵將循環(huán)熱水送至水分布器噴出，水沿著填料下淋至水池。由風(fēng)機(jī)將冷空氣引入與下淋熱水接觸，進(jìn)行熱交換，將水冷卻。

3.2.2 冷卻塔的噪聲分析

據(jù)調(diào)查，冷卻塔通常布置在樓宇的裙房上，又受市政規(guī)劃的限制，很多機(jī)組布置在稠密的居民區(qū)或離民宅近在咫尺的地盤之中，成為一個(gè)攏民的噪聲污染源，近年來，民民投訴事件已屢見不鮮。

冷卻塔噪聲聲功率級Lw的估算

根據(jù)I·Dyer 等人研究提出了Lw的近似計(jì)算公式。

Lw=105+101gHP dB

式中：HP為風(fēng)機(jī)馬力（kW）。

對于玻璃鋼冷卻塔的噪聲測量，最低限度是在塔頂四個(gè)側(cè)向和頂部45方向距風(fēng)機(jī)出風(fēng)口1.5m處，測定其聲壓級再求出聲功率級。若根據(jù)《玻璃纖維增強(qiáng)塑料冷卻塔》（GB7190-88）規(guī)定。在測點(diǎn)取塔徑一倍距離（Dm）處測得其聲壓級。

（2）冷水塔噪聲源分析：內(nèi)容述及噪聲發(fā)生機(jī)理。包括風(fēng)機(jī)噪聲、機(jī)械噪聲、電動(dòng)機(jī)噪聲、淋水噪聲、水泵噪聲等等。經(jīng)噪聲源分析及現(xiàn)場噪聲測定，可以判斷塔頂風(fēng)機(jī)噪聲是冷水塔最主要的噪聲源。且其噪聲頻響的低、中頻成份尤為突出，其次為淋水聲。故隆噪治理應(yīng)首先測重于控制上述兩大聲源的噪聲。

（3）冷卻塔噪聲控制的優(yōu)化措施

①控制聲源噪聲?？赏ㄟ^用大葉輪、闊葉孤形葉片、風(fēng)機(jī)端平的平整度及動(dòng)平衡低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)，低噪聲軸承等等措施，能有效地降低風(fēng)機(jī)噪聲。

②在風(fēng)機(jī)頂端安裝消聲導(dǎo)流筒、ZP型阻性消聲器、導(dǎo)流消聲彎頭等措施降低風(fēng)機(jī)噪聲，且能改變噴淋水、噴霧方向，即背離人群經(jīng)過的場合。

③采用DZ型通風(fēng)消聲百葉屏，將塔體四側(cè)或三側(cè)向遮擋起來，以確保有足夠的新風(fēng)進(jìn)入塔體內(nèi)部，又能有效地降低淋水噪聲以及從塔體側(cè)壁傳至外部的淋水噪聲。

④在通風(fēng)消聲百葉屏頂端朝塔身方向伸展吸隔聲防雨障板，能有效地控制塔體與消聲百葉之間空間轉(zhuǎn)至外界的噪聲。

結(jié)語

地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)是確保車站環(huán)境質(zhì)量的重要設(shè)備，直接影響到乘客的舒適度體驗(yàn)。然而，當(dāng)前很多地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)都有能源消耗大、節(jié)能效果差、噪聲污染等問題，這些問題既增加了地鐵運(yùn)營成本，也不利于地鐵行業(yè)的發(fā)展。因此，文章結(jié)合某一工程實(shí)例對車站空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)的相關(guān)分析，有效的解決了以上問題，為地鐵工程建設(shè)改造提供了理論和實(shí)踐的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]楊長艷.地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015 （07）.

中圖分類號：U231

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A