地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施及發(fā)展趨勢(shì)

翁雪飛

北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施及發(fā)展趨勢(shì)

翁雪飛

北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司

本文就地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能及組成、特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)述，分析了目前存在問(wèn)題，介紹了近年來(lái)針對(duì)存在問(wèn)題而出現(xiàn)的新的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施，指出了安全、節(jié)能、綠色地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

地鐵 通風(fēng)空調(diào) 優(yōu)化措施 發(fā)展

1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能及組成

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵中的重要設(shè)備系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著對(duì)地鐵內(nèi)部的空氣溫度、濕度、空氣流速、空氣壓力和空氣品質(zhì)進(jìn)行控制的任務(wù)，平時(shí)為車站提供一個(gè)適宜的環(huán)境；當(dāng)列車阻塞在區(qū)間隧道時(shí)，向阻塞區(qū)間提供一定的通風(fēng)量，保證列車空調(diào)等設(shè)備正常工作，維持車廂內(nèi)乘客在短時(shí)間內(nèi)能接受的環(huán)境條件；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，提供迅速有效的排煙手段和足夠的新鮮空氣，并形成一定的迎面風(fēng)速，引導(dǎo)乘客安全迅速地撤離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)；也為各種設(shè)備提供必要的空氣溫度、濕度以及潔凈度等條件，保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要由以下四個(gè)子系統(tǒng)組成（其中前三個(gè)為風(fēng)系統(tǒng)）：①公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；②設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；③隧道通風(fēng)兼排煙系統(tǒng)；④空調(diào)制冷循環(huán)水系統(tǒng)。

2 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）地下部分內(nèi)部空間相對(duì)閉塞，與外界的空氣交換只能通過(guò)車站的出入口和有限的隧道、車站通風(fēng)亭口部來(lái)進(jìn)行。

2）地下線路內(nèi)部有顯著的內(nèi)熱源，地鐵站的負(fù)荷特性決定其全年需要供冷。

3）地鐵站存在嚴(yán)重的污染源，如列車剎車閘瓦產(chǎn)生大量的粉塵、人們新陳代謝產(chǎn)生的CO2氣體等污染物。

4）列車運(yùn)行產(chǎn)生活塞通風(fēng)效應(yīng)。

3 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

現(xiàn)有的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)最主要的問(wèn)題：

1）系統(tǒng)操作復(fù)雜、繁瑣，控制運(yùn)行不便；

2）系統(tǒng)龐大，設(shè)備眾多，機(jī)房占用面積過(guò)大，一般在1200～2500m2左右；

3）系統(tǒng)運(yùn)行能耗高，達(dá)到了地鐵總能耗的40%左右；

4）在市區(qū)，大量的地面進(jìn)、排風(fēng)亭（風(fēng)口），其用地、美觀、噪聲處理等諸多方面，都與周邊環(huán)境存在較難協(xié)調(diào)等不利情況。

4 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施

4.1 采用冷水機(jī)組群控系統(tǒng)

冷水機(jī)組的群控是指利用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)制冷站內(nèi)部的相關(guān)設(shè)備（冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔、閥門等）進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，使制冷站內(nèi)的設(shè)備達(dá)到最高效的運(yùn)行狀態(tài)[1]。群控系統(tǒng)會(huì)采集和控制各類輸入輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)冷水機(jī)組的遠(yuǎn)程管理控制，同時(shí)也把冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔等聯(lián)鎖控制納入管理。群控系統(tǒng)可根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)，監(jiān)控和管理空調(diào)系統(tǒng)，使系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)和最少的能源消耗。每座地鐵車站冷水機(jī)組系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置一套群控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能和連鎖保護(hù)功能。群控系統(tǒng)的控制界面如圖1所示。

圖1 北京地鐵某線群控系統(tǒng)控制界面

近幾年開通的北京地鐵新線，采用了冷水機(jī)組群控系統(tǒng)，做到了空調(diào)系統(tǒng)的智能自動(dòng)化監(jiān)控，將車站溫度控制在合理區(qū)域內(nèi)，避免了傳統(tǒng)控制方式下按時(shí)間表開啟冷水機(jī)組、風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備，使車站溫度過(guò)低而造成的能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。

4.2 采用合適的空氣凈化器

在地鐵車站中，空氣處理設(shè)備主要由初效過(guò)濾器、空氣凈化器、表冷器、風(fēng)機(jī)、消聲器和風(fēng)管組成，其中起凈化消毒作用的是空氣凈化器段。當(dāng)空氣凈化選擇靜電凈化技術(shù)時(shí)，一般將靜電凈化器放置在初效過(guò)濾器后，空氣處理流程為初效過(guò)濾器--靜電凈化器--表冷器--風(fēng)機(jī)--消聲器--送風(fēng)[2]。也可以選擇靜電凈化與紫外線疊加技術(shù)，即初效過(guò)濾器--靜電凈化器--紫外線消毒--表冷器--風(fēng)機(jī)--消聲器--送風(fēng)。靜電凈化是利用電暈放電原理，使空氣中的粉塵帶上電荷，利用庫(kù)侖力的作用將帶電粒子捕集在集塵設(shè)備上，通過(guò)氣體電離、粉塵荷電、粉塵沉降和清灰四個(gè)階段實(shí)現(xiàn)顆粒污染物與氣流的分離，達(dá)到除塵和凈化空氣的目的?？諝鈨艋^(guò)程如圖2所示。

圖2 靜電凈化設(shè)備的空氣凈化過(guò)程

靜電凈化對(duì)于可吸入顆粒物、有機(jī)污染物、CO、CO2、細(xì)菌、微生物等都有很好的去除效果，因?yàn)榉蹓m、灰塵等是微生物賴以生存的載體，因此使用該設(shè)備后，間接起到殺菌效果。同時(shí)該設(shè)備在電場(chǎng)電離過(guò)程中可以釋放出對(duì)人體健康極有好處的負(fù)離子。非常適合于灰塵量較大的地鐵中央空調(diào)的空氣凈化和除塵。

4.3 采用新型通風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng)

地鐵中傳統(tǒng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成較為復(fù)雜，各系統(tǒng)的設(shè)置相互獨(dú)立，在運(yùn)行方面也具有相對(duì)的獨(dú)立性。對(duì)于區(qū)間隧道的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備，只在區(qū)間事故情況下運(yùn)行，平時(shí)長(zhǎng)時(shí)間閑置，造成浪費(fèi)。由于傳統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，所以系統(tǒng)對(duì)機(jī)房面積的需求大大增加，占用了大量寶貴的地下空間，導(dǎo)致車站規(guī)模大。從工況分析可以看出，區(qū)間隧道與車站公共區(qū)兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)不存在同時(shí)使用的情況，即車站公共區(qū)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，區(qū)間隧道系統(tǒng)是關(guān)閉的，反之亦然。同時(shí)，車站公共區(qū)系統(tǒng)常年運(yùn)行，而區(qū)間隧道系統(tǒng)則長(zhǎng)時(shí)間的閑置。另外，地鐵線路通常在規(guī)劃道路下面，風(fēng)亭要控制在道路紅線以外的合適位置，風(fēng)道一般很長(zhǎng)，少則三四十米，多則七八十米。傳統(tǒng)系統(tǒng)中風(fēng)道內(nèi)部的空間不能很好地加以利用。

傳統(tǒng)系統(tǒng)的區(qū)間隧道與車站公共區(qū)的通風(fēng)空調(diào)機(jī)房一般都設(shè)置在車站兩端，位置相鄰。區(qū)間隧道風(fēng)機(jī)與車站公共區(qū)系統(tǒng)風(fēng)量相近，采用變頻技術(shù)可以將兩個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)合用，滿足不同風(fēng)量、風(fēng)壓要求。從兩個(gè)系統(tǒng)的通風(fēng)方向看，一個(gè)向隧道且方向可逆轉(zhuǎn)，一個(gè)向車站有送有排，風(fēng)機(jī)合用后設(shè)置在風(fēng)道內(nèi)，通過(guò)風(fēng)機(jī)及風(fēng)閥的轉(zhuǎn)換即可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道和車站通風(fēng)。車站公共區(qū)的空氣處理設(shè)備，取消空氣處理機(jī)組，將表冷器、過(guò)濾器通過(guò)改裝后設(shè)置在風(fēng)道中[3]。這樣就將隧道與車站公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)完全合并設(shè)置在風(fēng)道中，既解決了隧道風(fēng)機(jī)的閑置問(wèn)題，又有效地利用了風(fēng)道內(nèi)的空間。

新型通風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng)已在北京地鐵5號(hào)線、10號(hào)線等工程中成功應(yīng)用，減小了地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)機(jī)房占地面積、節(jié)省了土建成本，保證了系統(tǒng)功能要求。

4.4 采用新型可調(diào)通風(fēng)型屏蔽門

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗的高低不僅與自身系統(tǒng)完善度有關(guān)，還與站臺(tái)門的型式關(guān)系密切。在空調(diào)季節(jié)，采用全封閉屏蔽門的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷小，與設(shè)置安全門的閉式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)相比具有節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。但在非空調(diào)季節(jié)，由于設(shè)置屏蔽門后無(wú)法利用列車活塞風(fēng)對(duì)車站進(jìn)行自然通風(fēng)，使得其通風(fēng)能耗高于設(shè)置安全門的車站。根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的需求，新型屏蔽門綜合了全高封閉式屏蔽門和全高非封閉式屏蔽門的特點(diǎn)，即從型式上采用上下固定方式的全高非封閉式屏蔽門，在門體的適當(dāng)位置（上部或下部）設(shè)置開口，開口采用活動(dòng)式，根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的需求必要時(shí)將開口關(guān)閉，則實(shí)現(xiàn)全高封閉式屏蔽門的功能。

新型開口式屏蔽門相對(duì)于傳統(tǒng)全封閉屏蔽門，從屏蔽門自身的功能特點(diǎn)——也就是說(shuō)和列車車門一一對(duì)應(yīng)同步開啟方面沒有本質(zhì)的區(qū)別，不同之處只是在不影響滑動(dòng)門開、關(guān)的適當(dāng)位置設(shè)置必要的活動(dòng)式開口，并根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的具體需要將開口關(guān)閉或打開[4]。屏蔽門樣式如圖3所示。

圖3 新型可調(diào)通風(fēng)型屏蔽門

軌道交通新型節(jié)能環(huán)控系統(tǒng)，不僅包括通風(fēng)空調(diào)專業(yè)，還包含了屏蔽門、FAS/BAS、供電、建筑等相關(guān)專業(yè)。它是以通風(fēng)空調(diào)為基礎(chǔ)，密切結(jié)合屏蔽門而創(chuàng)建的一種新型節(jié)能環(huán)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠滿足軌道交通中的傳統(tǒng)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能要求，而且可以適應(yīng)不同地區(qū)的氣象參數(shù)，能夠滿足更多地區(qū)的軌道交通要求。

該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約能耗。對(duì)比傳統(tǒng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)而言，在過(guò)渡季及冬季，可以充分利用活塞風(fēng)，滿足車站公共區(qū)及隧道區(qū)間的溫濕度要求，從而節(jié)約車站公共區(qū)風(fēng)機(jī)能耗、區(qū)間風(fēng)機(jī)能耗，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

目前，該系統(tǒng)還未應(yīng)用到北京新建的地鐵線上，其具體的數(shù)據(jù)還有待實(shí)施后驗(yàn)證。

5 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

地鐵作為一個(gè)城市的標(biāo)志性公共基礎(chǔ)建筑，憑借著強(qiáng)大的人員分流能力，已成為各大中城市重點(diǎn)發(fā)展的對(duì)象。隨著地鐵建設(shè)規(guī)模的日益壯大，技術(shù)水平的不斷提高，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)必然是安全、節(jié)能、綠色。

1）安全。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著地鐵內(nèi)部的空氣環(huán)境控制的重任，事關(guān)乘客和工作人員的健康與安全，系統(tǒng)設(shè)置和設(shè)備配置上一定要以安全為本。地鐵的地下部分相對(duì)較為閉塞，隨著人們健康意識(shí)的提高，對(duì)地下空間的空氣環(huán)境將提出越來(lái)越高的要求。地鐵車輛在隧道內(nèi)運(yùn)行，運(yùn)行中因電刷、閘瓦制動(dòng)產(chǎn)生的粉末及隧道內(nèi)灰塵，通過(guò)活塞風(fēng)效應(yīng)進(jìn)入車站。人員的龐雜及上下流動(dòng)性較大，對(duì)車站塵埃也有很大的影響，空氣中布滿細(xì)微顆粒物。人們?cè)谙硎艿罔F帶來(lái)的交通便利的同時(shí)，也要承受污濁的空氣環(huán)境。采用靜電式空氣凈化器能夠解決部分空氣質(zhì)量問(wèn)題，但同時(shí)對(duì)于地下車站過(guò)濾器的清理難度較高、清理工作量較大等實(shí)際問(wèn)題，還需要研究相應(yīng)的自動(dòng)清洗或半自動(dòng)清洗裝置，對(duì)過(guò)濾器和其他設(shè)備進(jìn)行清洗。

2）節(jié)能。傳統(tǒng)的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)存在突出特點(diǎn)就是運(yùn)行能耗高，占運(yùn)行總能耗的40%左右。在正在進(jìn)行的地鐵建設(shè)中，北京已經(jīng)將通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化和變頻技術(shù)加以采用，如上所說(shuō)的采用冷水機(jī)組群控、采用新型通風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng)以及采用新型可調(diào)通風(fēng)型屏蔽門等方式，都會(huì)為能耗的降低做出較大的貢獻(xiàn)。從系統(tǒng)制式的選擇上看，合理的系統(tǒng)方式設(shè)置對(duì)節(jié)省所占用的土建空間和運(yùn)營(yíng)節(jié)能至關(guān)重要。其中可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)有很好的發(fā)展前景，提供了適用于不同氣候條件的新型環(huán)控系統(tǒng)形式，能夠滿足城市軌道交通各種正常及事故工況下通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的全部功能需求，節(jié)能效果顯著；同時(shí)，還可以有效解決嚴(yán)寒地區(qū)冬季地鐵站內(nèi)溫度偏低的技術(shù)難題。

3）綠色。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)要合理利用能源，充分利用自然能源，如果可能盡量重點(diǎn)利用低品位能源，同時(shí)兼顧熱回收。降低冷量輸送能耗，例如將風(fēng)輸送改為水輸送、制冷劑輸送等。從城市景觀角度考慮，凸出地面的風(fēng)亭和設(shè)置在地面的冷卻塔、風(fēng)冷機(jī)組等設(shè)施與設(shè)備會(huì)對(duì)城市景觀造成一定的影響，尤其是在一些敏感區(qū)域和道路。為了減小冷卻塔對(duì)城市景觀的影響，降低運(yùn)行噪聲，在布置方式上，目前已經(jīng)有了非常規(guī)方式的探索和應(yīng)用,主要有:下沉式、半下沉式、風(fēng)道進(jìn)風(fēng)式、綠化隱藏式等幾種。為滿足環(huán)保的要求，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備盡量選擇超低噪聲、低振動(dòng)的產(chǎn)品。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)前面的總結(jié)可以看出，現(xiàn)有地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)形式、資源利用、設(shè)置理念以及運(yùn)行管理等方面都有了一定程度的改進(jìn)。但由于地鐵內(nèi)部空間的局限性和特殊性，一些適用于地上建筑的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝在地鐵中的適用性研究還有待研發(fā)。通過(guò)地鐵建設(shè)各參與方的努力，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)空調(diào)技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

[1]翁雪飛.冷水機(jī)組群控系統(tǒng)在北京地鐵的應(yīng)用[J].都市快軌交通,2012,25(5):118-121

[2]翁雪飛.空氣凈化設(shè)備在地鐵中的適應(yīng)性比選[J].都市快軌交通,2014,27(1):120-123

[3]王奕然,李國(guó)慶,史柯峰.地鐵通風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng)與電動(dòng)開啟式表冷器[J].暖通空調(diào),2011,41(6):35-39

[4]李國(guó)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):81-84

Optim iza tion Me a s ure s a nd De ve lopm e nt Tre nd of Subw a y Ve ntila tion a nd Air Conditioning Sys te m

WENG Xue-fei
Beijing Rail Transit Construction and Management Co.,Ltd.

The function and composition,characteristics of subway ventilation and air conditioning system was introduced briefly,and the existing problems was analyzed.The optimization measures of ventilation and air conditioning system in recent years were introduced in view of the existing problems,and the development tendency of safety,energy saving,green subway ventilation and air conditioning system was put forward.

subway,ventilation and air conditioning,optimization measures,development

1003-0344（2015）05-057-4

2014-6-8

翁雪飛（1971～），女，高工；北京市豐臺(tái)區(qū)公益西橋西800米北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司910室（100037）；E-mail:seesaw@163.com