巴基斯坦城市軌道交通環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)研究

池東

（中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司 城市軌道交通事業(yè)部，天津 300251）

0 引言

隨著巴基斯坦的快速發(fā)展，城市規(guī)模日益擴(kuò)大，卡拉奇市和拉合爾市均已是人口過千萬的大都市。為方便人民的出行和緩解交通壓力，巴基斯坦許多城市開始城市軌道交通的規(guī)劃和建設(shè)。隨著 “中巴經(jīng)濟(jì)走廊”“一帶一路”等項(xiàng)目的推進(jìn)和發(fā)展，巴基斯坦開始采用中國標(biāo)準(zhǔn)興建城市軌道交通項(xiàng)目。其中拉合爾軌道交通橙線項(xiàng)目即采用中國標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，橙線項(xiàng)目是巴基斯坦國內(nèi)第1條城市軌道交通工程，是“中巴經(jīng)濟(jì)走廊”框架下首個啟動的大型軌道交通項(xiàng)目，也是我國設(shè)計單位承擔(dān)的海外首個城軌設(shè)計總體總包設(shè)計項(xiàng)目，示范意義重大。

巴基斯坦位于南亞次大陸西北部，南部屬于熱帶氣候，其余屬于亞熱帶氣候，全國大部分地區(qū)干燥少雨，全年平均氣溫達(dá)27 ℃，氣候條件惡劣，我國已開通或在建地鐵的城市中無相似氣候條件的地區(qū)。巴基斯坦城市軌道交通工程尚為空白，國內(nèi)外關(guān)于巴基斯坦城軌環(huán)控關(guān)鍵技術(shù)基本無研究。以拉合爾地區(qū)為例，研究巴基斯坦城軌環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)，并與中國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，為巴基斯坦后續(xù)軌道交通環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計和其他境外項(xiàng)目設(shè)計提供參考。

1 環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

地鐵項(xiàng)目的環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)主要包括室外環(huán)境輸入設(shè)計參數(shù)和室內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)控制標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

室外環(huán)境輸入設(shè)計參數(shù)主要包括：地下區(qū)間隧道通風(fēng)計算溫度；夏季空調(diào)、通風(fēng)室外空氣計算參數(shù)；冬季室外空氣計算參數(shù)等[1-2]。室外環(huán)境輸入設(shè)計參數(shù)是環(huán)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計資料，必須基于當(dāng)?shù)氐脑假Y料，再根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行計算分析得到可以用于設(shè)計的計算參數(shù)。根據(jù)巴基斯坦氣象部門統(tǒng)計記錄，拉合爾地區(qū)的最冷季節(jié)為12月及1月，平均氣溫分別為15.2 ℃和13.3 ℃，有統(tǒng)計歷史極端最低平均氣溫為8.6 ℃和7.4 ℃，根據(jù)中國設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[3-5]，拉合爾地區(qū)冬季不需采暖，因此僅討論夏季工況的室外設(shè)計參數(shù)。

室內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)的控制標(biāo)準(zhǔn)主要包括：空氣溫濕度、風(fēng)速、系統(tǒng)噪聲、新風(fēng)量、空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。地鐵環(huán)控系統(tǒng)的主要目的為地鐵系統(tǒng)提供舒適的乘車環(huán)境、運(yùn)營工作環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)?shù)貧夂?、人民?xí)慣等息息相關(guān)。環(huán)控系統(tǒng)的最終目標(biāo)是為人提供適宜的室內(nèi)環(huán)境，因此室內(nèi)控制標(biāo)準(zhǔn)的決定性因素在于人，必須尊重當(dāng)?shù)匾?，不能簡單套用中國相關(guān)室內(nèi)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

巴基斯坦無相關(guān)地鐵設(shè)計規(guī)范，雖然拉合爾橙線項(xiàng)目采用中國標(biāo)準(zhǔn)[6-9]，但環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計過程中需要參考當(dāng)?shù)孛裼媒ㄖ脑O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)氣象資料，并與中國設(shè)計規(guī)范對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行對比分析，得到適用于當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

巴基斯坦因經(jīng)濟(jì)相對落后，國家標(biāo)準(zhǔn)層面上通風(fēng)空調(diào)行業(yè)的設(shè)計參數(shù)并不成熟，巴基斯坦當(dāng)?shù)毓こ掏L(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計主要基于美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會（ASHRAE）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。巴基斯坦氣象基礎(chǔ)資料比較匱乏，沒有系統(tǒng)的氣象基礎(chǔ)資料統(tǒng)計，當(dāng)?shù)赝L(fēng)空調(diào)的設(shè)計參數(shù)也基本都是基于《ASHRAE Fundamental Handbook》[1]。通過走訪調(diào)研巴基斯坦國家氣象部門（Pakistan Meteorological Department），收集到拉合爾地區(qū)2004—2014年近11年的歷年逐時氣象參數(shù)，主要包括空氣逐時干球溫度、相對濕度等，可用于室外設(shè)計參數(shù)的分析計算。

2 室外設(shè)計參數(shù)

2.1 地下區(qū)間隧道通風(fēng)計算溫度

地下區(qū)間隧道通風(fēng)室外空氣計算溫度是隧道通風(fēng)計算的關(guān)鍵基礎(chǔ)資料[10]。環(huán)控系統(tǒng)根據(jù)具體通風(fēng)溫度設(shè)計合理的通風(fēng)組織，以保證區(qū)間內(nèi)的溫度能滿足列車正常運(yùn)營要求。ASHRAE手冊多用于民用、工業(yè)建筑，并未給出隧道通風(fēng)計算溫度相關(guān)資料，巴基斯坦地區(qū)也無通風(fēng)計算溫度這一概念。因此，將中國標(biāo)準(zhǔn)引入巴基斯坦，根據(jù)我國《地鐵設(shè)計規(guī)范》[2]的規(guī)定計算隧道通風(fēng)溫度?！兜罔F設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于隧道通風(fēng)室外空氣計算溫度規(guī)定應(yīng)符合以下條件：夏季應(yīng)為近20年最熱月月平均溫度的平均值；冬季應(yīng)為近20年最冷月月平均氣溫的平均值。

受原始資料限制，僅能計算近11年的氣象數(shù)據(jù)。分析氣象數(shù)據(jù)可知，拉合爾地區(qū)最熱月出現(xiàn)在6月，根據(jù)規(guī)范計算方法，計算隧道通風(fēng)溫度結(jié)果見圖1。歷年來最熱月平均溫度為33.7 ℃，高于我國絕大多數(shù)城市的隧道通風(fēng)計算溫度，與當(dāng)?shù)貧庀髼l件相符。

2.2 夏季空調(diào)室外空氣計算參數(shù)

根據(jù)《ASHRAE Fundamental Handbook》，空調(diào)系統(tǒng)室外計算參數(shù)的確定方法一般采用不保證率的方法，這樣計算參數(shù)并不唯一，可以針對不同建筑物進(jìn)行選擇不同的設(shè)計參數(shù)，選擇空間較大。巴基斯坦當(dāng)?shù)毓こ桃话闶褂貌槐ＷC率2.5%的室外計算參數(shù)，而根據(jù)我國《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》[3]，我國室外空氣計算參數(shù)一般是按平均或累年不保證日（時）數(shù)確定。如夏季空調(diào)室外空氣計算干球溫度采用歷年平均不保證50 h的干球溫度作為計算參數(shù)。ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)更貼近當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計習(xí)慣，更具當(dāng)?shù)剡m用性，因此推薦采用ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)給出的溫度作為空調(diào)室外空氣計算參數(shù)。

根據(jù)《ASHRAE Fundamental Handbook》第14章Climatic Design Information中信息，巴基斯坦主要城市的室外空氣干、濕球溫度參數(shù)見表1。在拉合爾橙線招標(biāo)文件中，巴基斯坦夏季空調(diào)室外氣象參數(shù)見表2。從表1和表2比較可以看出，招標(biāo)文件給出的溫度高于ASHRAE手冊給出的溫度。ASHRAE手冊給出的溫度采集地點(diǎn)為機(jī)場附近，機(jī)場一般多位于城市郊區(qū)，受城市熱島效應(yīng)影響，郊區(qū)溫度多低于市區(qū)溫度，橙線項(xiàng)目從南向北穿拉合爾城市而過，因此應(yīng)以招標(biāo)文件中的計算參數(shù)為準(zhǔn)。綜合幾方面因素，推薦采用招標(biāo)文件中不保證率為2.5%的參數(shù)作為空調(diào)室外計算參數(shù)。

圖1 拉合爾地區(qū)最熱月平均室外空氣溫度

表1 《ASHRAE Fundamental Handbook》中巴基斯坦主要城市室外空氣計算參數(shù) ℃

表2 招標(biāo)文件中室外空氣計算溫度 ℃

2.3 夏季室外通風(fēng)計算溫度

巴基斯坦地區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計無通風(fēng)計算溫度這一概念，類似于隧道通風(fēng)計算溫度計算，引入中國設(shè)計規(guī)范。根據(jù)GB 50736—2012《中國民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》和GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于通風(fēng)溫度的定義，計算拉合爾當(dāng)?shù)叵募臼彝馔L(fēng)計算溫度。規(guī)范中規(guī)定夏季通風(fēng)室外計算溫度為歷年最熱月14時的月平均溫度的平均值，其中14時指一天中氣溫最高時刻。通過分析收集到的拉合爾地區(qū)逐時氣象參數(shù)發(fā)現(xiàn)，拉合爾地區(qū)一天最高氣溫出現(xiàn)在11時，因此拉合爾地區(qū)的夏季通風(fēng)計算溫度應(yīng)為最熱月11時的月平均溫度的平均值。由上文可知最熱月出現(xiàn)在6月，因此按中國規(guī)范要求，拉合爾地區(qū)通風(fēng)溫度應(yīng)為歷年6月每日11時溫度的平均值，這個期間平均室外空氣計算干球溫度和平均室外空氣計算相對濕度的計算結(jié)果見圖2和圖3。

圖2 拉合爾地區(qū)最熱月月平均室外空氣計算干球溫度

圖3 拉合爾地區(qū)最熱月月平均室外空氣計算相對濕度

根據(jù)計算結(jié)果，巴基斯坦拉合爾地區(qū)按中國規(guī)范計算的11年夏季平均通風(fēng)溫度為39.3 ℃，相對濕度為26%，遠(yuǎn)高于我國城市的通風(fēng)溫度，但相對濕度較低，通風(fēng)計算焓值與我國大部分城市相符，與巴基斯坦氣候干燥少雨的特點(diǎn)相吻合。因此在設(shè)計過程中，我國可以通過機(jī)械通風(fēng)達(dá)到降溫目的，而在巴基斯坦則需采用空調(diào)系統(tǒng)才能達(dá)到降溫目的。

3 巴基斯坦拉合爾地區(qū)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

3.1 中、巴環(huán)控系統(tǒng)主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)比較

巴基斯坦人民大多有宗教信仰，為英聯(lián)邦國家，工作生活受西方國家影響較大，與我國人民民族、生活環(huán)境和習(xí)慣存在差異，因此對環(huán)控系統(tǒng)控制標(biāo)準(zhǔn)要求也不同。參考橙線項(xiàng)目招標(biāo)文件要求和當(dāng)?shù)赝L(fēng)空調(diào)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并與中國地鐵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，主要差異見表3。

3.2 巴基斯坦拉合爾地區(qū)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

中、巴設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)存在一定的區(qū)別，在地鐵設(shè)計中，環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計的主要目的是保證地鐵內(nèi)部空氣環(huán)境的空氣質(zhì)量、溫度、濕度、氣流組織、氣流速度和噪聲標(biāo)準(zhǔn)均能滿足人員生理及心理?xiàng)l件的要求和設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的需要。上述控制項(xiàng)目或控制因素與人體感受密切相關(guān)，可以說人體的客觀要求和主觀感受是設(shè)計的主導(dǎo)控制因素。建議在標(biāo)準(zhǔn)沖突時按高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，巴基斯坦拉合爾地區(qū)環(huán)控系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)/標(biāo)準(zhǔn)見表4。

4 結(jié)論與建議

分析巴基斯坦拉合爾地區(qū)地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)，引入中國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，提出巴基斯坦軌道交通環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計建議：

（1）計算得到了巴基斯坦拉合爾夏季地下區(qū)間隧道通風(fēng)計算溫度為33.7 ℃，溫度高于我國已運(yùn)營或在建地鐵城市，隧道通風(fēng)設(shè)計過程中需加強(qiáng)設(shè)計計算與驗(yàn)證。

表4 巴基斯坦拉合爾地區(qū)環(huán)控系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)/標(biāo)準(zhǔn)

（2）分析《ASHRAE Fundamental Handbook》和招標(biāo)文件，給出夏季空調(diào)室外空氣計算參數(shù)：干球溫度為42.2 ℃，濕球溫度為27.8 ℃，結(jié)果符合拉合爾地區(qū)氣候干燥炎熱特點(diǎn)，環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備選型應(yīng)充分考慮氣候特點(diǎn)。

（3）比較中、巴標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別給出環(huán)控系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計主要設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，大部分設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高于中國設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，這與巴基斯坦宗教信仰和民族習(xí)慣等息息相關(guān)，應(yīng)作為環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)控制的參考。

（4）以上只研究了11年的氣象數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)資料完整后還待進(jìn)一步校核計算。此外研究的環(huán)控設(shè)計目標(biāo)參數(shù)，對環(huán)控系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計、設(shè)備選型、流體輸送設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)并未涉及，待進(jìn)一步研究與探討。