嚴(yán)寒地區(qū)地鐵區(qū)間和車站冬季新風(fēng)研究

陳克松

（大連軌道交通設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116021）

嚴(yán)寒地區(qū)地鐵包括沈陽(yáng)、長(zhǎng)春、哈爾濱、呼和浩特以及烏魯木齊地鐵，均設(shè)置了開(kāi)式通風(fēng)系統(tǒng)，冬季均執(zhí)行閉式運(yùn)行，且設(shè)置了機(jī)械送新風(fēng)系統(tǒng)，其目的是解決冬季閉式運(yùn)行階段人員新風(fēng)量不足問(wèn)題。目前對(duì)新風(fēng)量的設(shè)置缺少統(tǒng)一定義和算法，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員很難對(duì)其精準(zhǔn)把握?；诖耍恼轮饕芯康叵萝囌径拘嘛L(fēng)相關(guān)問(wèn)題。

1 人員新風(fēng)量

1.1 規(guī)范規(guī)定

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157-2013）和《城市軌道交通通風(fēng)空氣調(diào)節(jié)與供暖設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51357-2019）對(duì)區(qū)間隧道和車站公共區(qū)空氣質(zhì)量規(guī)定為運(yùn)營(yíng)期間的CO2日均濃度小于1500mg/L，每個(gè)乘客每小時(shí)需供應(yīng)的新鮮空氣量不應(yīng)少于12.6m3。

1.2 車站及區(qū)間隧道新風(fēng)途徑

地鐵地下車站和區(qū)間隧道聯(lián)通，形成一個(gè)縱向狹長(zhǎng)的地下空間，如圖1所示。圖1中的紅色箭頭表示列車運(yùn)行活塞風(fēng)引起的新風(fēng)進(jìn)入車站和區(qū)間隧道的流動(dòng)方向。

1.3 新風(fēng)量概念

規(guī)范上從人均體積量和CO2日均濃度兩個(gè)方面規(guī)定新風(fēng)量，這兩者關(guān)系規(guī)范上并沒(méi)有說(shuō)明，不過(guò)卻給了研究新風(fēng)的思路。

人均體積量比較直觀，但是定量研究很困難，這是因?yàn)檎就庑嘛L(fēng)經(jīng)過(guò)圖1中的A、B、C、D途徑到達(dá)區(qū)間隧道的過(guò)程中，不斷地與車站和區(qū)間隧道內(nèi)既有空氣進(jìn)行混合，很難確定沿途不同位置的新風(fēng)體積占比。國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)采用模擬和復(fù)雜的測(cè)試來(lái)探索新風(fēng)的混合比例問(wèn)題，但結(jié)論并沒(méi)有推廣。

圖1 嚴(yán)寒地區(qū)冬季閉式運(yùn)行時(shí)段地下車站和區(qū)間新風(fēng)途徑示意圖

CO2日均濃度概念可以理解成只要CO2日均濃度不超標(biāo)，即可視為“新風(fēng)”，這樣可通過(guò)站廳、站臺(tái)、區(qū)間隧道各處CO2日均濃度測(cè)量和客流數(shù)據(jù)推算其是否是“新風(fēng)”。

2 客流

地鐵地下線工程中，新風(fēng)量是為人員服務(wù)的，討論新風(fēng)量之前必須認(rèn)識(shí)各區(qū)域人員分布規(guī)律（客流）?？土骺梢苑峙涞秸緩d、站臺(tái)和區(qū)間三個(gè)區(qū)域，又分初、近、遠(yuǎn)期全日客流和高峰小時(shí)客流，圖1標(biāo)注的客流是遠(yuǎn)期高峰小時(shí)客流，為工程最大客流量，實(shí)際測(cè)量的客流均小于圖中數(shù)值。

3 CO2濃度測(cè)量

冬季閉式運(yùn)行時(shí)段某站及其同側(cè)兩端區(qū)間隧道CO2全天數(shù)據(jù)如圖2所示。

4 測(cè)量結(jié)果分析

由圖2可得出以下信息：

（1）各區(qū)域CO2濃度接近、區(qū)間隧道縱向濃度差別很小，說(shuō)明列車活塞風(fēng)與閉式運(yùn)行時(shí)的地下空間空氣“混合”劇烈，區(qū)間隧道縱向濃度差別很小。

（2）區(qū)間隧道CO2濃度小于站廳、站臺(tái)，說(shuō)明活塞風(fēng)道漏風(fēng)量比較大，但溫度并不低（有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)），可見(jiàn)冬季活塞風(fēng)道適當(dāng)?shù)穆╋L(fēng)量有利于降低CO2濃度，對(duì)提高地下空間空氣新鮮度有益。

（3）站廳、站臺(tái)、區(qū)間隧道各區(qū)域CO2濃度曲線形狀相似，且極值點(diǎn)位置近似、各區(qū)域濃度基本同步，運(yùn)營(yíng)時(shí)段濃度逐漸累積上升，至晚高峰結(jié)束后漸漸下降，各區(qū)域CO2濃度是累計(jì)效應(yīng)，與高峰小時(shí)客流量關(guān)系不大，而與日客流量有關(guān)。曲線上升段說(shuō)明出入口新風(fēng)量和活塞風(fēng)道漏風(fēng)量之和小于客流新風(fēng)需求量，曲線下降段則相反，說(shuō)明在一定封閉條件下，維持濃度不變只和某一個(gè)客流量有關(guān)。

圖2 某城市運(yùn)營(yíng)初期冬季閉式運(yùn)行CO2濃度

（4）如果閉式運(yùn)行條件不變，遠(yuǎn)期出入口活塞新風(fēng)量變化不大，則24h內(nèi)的CO2濃度曲線應(yīng)該和圖1是相似的，圖中數(shù)據(jù)測(cè)試時(shí)處于運(yùn)營(yíng)近期，客流量約只有遠(yuǎn)期客流的1/6，圖中CO2日均濃度約630mg/L（相對(duì)增加值約200mg/L），如果視出入口活塞新風(fēng)量不變，則可推算遠(yuǎn)期CO2日均濃度約1630mg/L（相對(duì)增加值約1200mg/L），已經(jīng)超出規(guī)范值。

（5）圖2測(cè)量站是整條線路客流量較大的站，即使是遠(yuǎn)期CO2濃度也僅剛剛超標(biāo)，相比其他客流量較小的站，遠(yuǎn)期CO2基本不會(huì)超標(biāo)。

（6）圖中的數(shù)值站與站之間是不同的，說(shuō)明圖形與客流和車站封閉程度有關(guān)。

5 結(jié)論

東北地區(qū)冬季寒冷，不宜獲取大量的站外“新風(fēng)”，以避免站廳過(guò)冷，結(jié)合上述分析，可得出以下結(jié)論：

（1）上述分析只是基于一個(gè)車站及其兩端區(qū)間的CO2測(cè)試結(jié)果進(jìn)行的分析，由于各城市氣象條件不同、各站封閉程度不同，其只是提供了一個(gè)分析思路，具體數(shù)值上還需要多站測(cè)量，才能得出更加精確的分析結(jié)果。

（2）如果車站密閉程度很高，遠(yuǎn)期客流量小的車站和區(qū)間隧道CO2也可能會(huì)超標(biāo)，所以在實(shí)際工程中，機(jī)械送新風(fēng)系統(tǒng)還是需要設(shè)置的，尤其針對(duì)超長(zhǎng)區(qū)間（長(zhǎng)區(qū)間相當(dāng)于客流量增大）。

（3）在運(yùn)營(yíng)上，新風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)與區(qū)間CO2濃度數(shù)值連鎖啟停，不應(yīng)盲目開(kāi)啟，避免浪費(fèi)和給區(qū)間隧道帶來(lái)低溫風(fēng)險(xiǎn)。

（4）在新風(fēng)設(shè)置上，應(yīng)通過(guò)計(jì)算，扣除活塞自然新風(fēng)量，以減小系統(tǒng)送風(fēng)量，不應(yīng)根據(jù)遠(yuǎn)期客流計(jì)算理論新風(fēng)量，以節(jié)約投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，同時(shí)對(duì)區(qū)間保溫也有益處。

（5）根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分布趨勢(shì)，在出入口密閉型很好的條件下，站廳、站臺(tái)、區(qū)間隧道CO2基準(zhǔn)濃度比較接近，而站廳的CO2基準(zhǔn)濃度更容易受出入口密封程度影響，一般可只在區(qū)間隧道設(shè)置機(jī)械新風(fēng)，站廳、站臺(tái)區(qū)域不設(shè)置機(jī)械新風(fēng)系統(tǒng)而通過(guò)活塞風(fēng)劇烈混合共享區(qū)間新風(fēng)。