西安市某地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計分析

宋 威 林成楷

(1.太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030002； 2.太原理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山西 太原 030024)

0 引言

隨著科技進(jìn)步發(fā)展，人們生活品質(zhì)得到快速提高，人們利用多種交通工具方便日常交通需求，確保日常經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和環(huán)境穩(wěn)定，實現(xiàn)交通便捷的基本需求。國家大力開展軌道交通，即利用地下空間，有效利用地下資源完成交通順利發(fā)展的效果。良好的地下暖通空調(diào)系統(tǒng)是完成地下軌道交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)環(huán)節(jié)，其中以地鐵暖通空調(diào)系統(tǒng)較為多見。

1 系統(tǒng)的設(shè)計原則

地鐵車站通風(fēng)系統(tǒng)主要由大小系統(tǒng)和水系統(tǒng)三部分組成，在地鐵運(yùn)行中，這三大系統(tǒng)一起發(fā)揮作用，大、小系統(tǒng)負(fù)責(zé)保持車站內(nèi)良好的熱濕環(huán)境；其中，大系統(tǒng)負(fù)責(zé)站廳、站臺層的公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng),小系統(tǒng)負(fù)責(zé)車站功能房間和機(jī)房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。水系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)為地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)供給冷量或熱量，協(xié)助空調(diào)機(jī)組完成工作。不同于普通通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，地鐵車站通風(fēng)空調(diào)技術(shù)有其獨有的特點：系統(tǒng)操作復(fù)雜、繁瑣，控制運(yùn)行不便；系統(tǒng)龐大，設(shè)備眾多；機(jī)房占用面積過大；控制區(qū)域環(huán)境受室外和隧道的影響較大。綜上所述，地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行原理為：地鐵運(yùn)行時，經(jīng)空調(diào)新風(fēng)機(jī)向站內(nèi)輸送充足新風(fēng)，同時經(jīng)排風(fēng)機(jī)把站內(nèi)空氣排出站外；地鐵進(jìn)出站或停站時，經(jīng)站層頂部的排熱風(fēng)口把車頂冷凝熱排出站外，以保證地鐵安全運(yùn)行。

2 系統(tǒng)的設(shè)計分析

以西安地鐵某地鐵站為例，該站總共有站廳層、設(shè)備層、站臺層，其中站廳站臺靠階梯扶梯聯(lián)通。該站設(shè)備房風(fēng)管的布置，當(dāng)空間過于狹小時，風(fēng)管允許穿墻布置，但應(yīng)在不妨礙其他管線布置的情況下進(jìn)行，具體布置可見圖1，圖2。

站廳、站臺層的公共區(qū)是乘客主要活動場所，也是環(huán)控系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)的主要控制區(qū)，該區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)稱為大系統(tǒng)。該車站的大系統(tǒng)分別設(shè)置在車站站臺兩端，基本上各負(fù)擔(dān)半個車站的負(fù)荷，外界新風(fēng)通過出入口進(jìn)入站廳、站臺層。該車站采用側(cè)式站臺，站臺層空調(diào)系統(tǒng)為上送上回形式，考慮到人流分布情況，送風(fēng)口布置于屏蔽門前，回風(fēng)口布置于靠墻側(cè)。送風(fēng)口、回風(fēng)口應(yīng)保持一定的距離，以免出現(xiàn)短路。軌道頂部排風(fēng)口采用手動插板閥,通過手轉(zhuǎn)動手輪使絲桿帶動閘板反復(fù)運(yùn)動排風(fēng)，達(dá)到啟閉目的。

地鐵暖通小系統(tǒng)包括車站功能房間和機(jī)房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，其設(shè)計質(zhì)量將直接影響地鐵的安全、正點運(yùn)營。小系統(tǒng)的設(shè)備組成主要包括：設(shè)備、管理用房的軸流風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)組以及各類風(fēng)閥。

由于各類設(shè)備用房的環(huán)控要求不同，故小系統(tǒng)的空調(diào)還可作以下細(xì)分：

1)通信、車站控制、環(huán)控機(jī)房和會議室需要空調(diào)系統(tǒng)；

2)照明配電、高低壓電機(jī)房需要通風(fēng)系統(tǒng)；

3)洗手間和儲藏間需要排風(fēng)系統(tǒng)；

4)通信、環(huán)控機(jī)房需要氣體滅火系統(tǒng)。

該地鐵站的小系統(tǒng)風(fēng)道布置空間較為狹小，風(fēng)系統(tǒng)干管布置于走廊頂端，并允許部分分支管穿墻，在標(biāo)高變化處設(shè)置階梯式風(fēng)管。在機(jī)房中，由于場地限制，風(fēng)管穿過機(jī)房，設(shè)置在房間頂端以防其他管路布置受到干擾[1]。氣體滅火管道布置于設(shè)備左側(cè)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，滅火氣體從管道的小孔噴出，既保證滅火效率，又可以使得機(jī)房設(shè)備不受水淋損害。送風(fēng)口普遍采用單層百葉送風(fēng)口，回風(fēng)口采用雙層百葉風(fēng)口。單層可調(diào)百葉風(fēng)口常用于管道中的吸、送風(fēng)用，同時可根據(jù)實際情況配上多葉對開調(diào)節(jié)閥，用以控制風(fēng)量[2]。該車站中，其具體布置見圖3。

空調(diào)系統(tǒng)是否舒適主要是通過空氣的溫度、濕度，以及其對人體的輻射強(qiáng)度來體現(xiàn)。人體對空調(diào)的反應(yīng)是通過這些環(huán)境因素共同作用的結(jié)果[3]。

同時，地鐵內(nèi)部是一個人群密集，較為封閉的空間，一旦發(fā)生火災(zāi)事故，如果不提前做好防范，會造成重大損失。因此，在地鐵暖通設(shè)計中，必須對車站各功能區(qū)域分別進(jìn)行防火設(shè)計；如在排風(fēng)系統(tǒng)兩端設(shè)置補(bǔ)風(fēng)裝置，確保發(fā)生火災(zāi)時，排風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。在車站發(fā)生火災(zāi)時，排風(fēng)通道為排煙通道，排煙風(fēng)機(jī)啟動，各運(yùn)行設(shè)備立即停止運(yùn)行，人員應(yīng)通過安全防火通道疏散撤離。

對于區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時，車站兩端對應(yīng)于兩條區(qū)間隧道各設(shè)一條區(qū)間事故通風(fēng)風(fēng)道兼做車站送風(fēng)道、排風(fēng)道，站臺層兩端各設(shè)置有一條迂回風(fēng)道，迂回風(fēng)道內(nèi)設(shè)電動卷簾門；站廳火災(zāi)時，在站廳排風(fēng)管及站臺下排風(fēng)道上電動風(fēng)閥對站臺單獨排煙。

除了空調(diào)機(jī)組，其余機(jī)組均設(shè)置在設(shè)備層中，空調(diào)機(jī)組設(shè)置在功能房間和控制室附近?？照{(diào)機(jī)組負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)，除去地鐵站和功能房間的冷負(fù)荷，熱量傳給制冷機(jī)組，后經(jīng)冷卻水機(jī)組帶到室外排出?？照{(diào)機(jī)組進(jìn)出口皆設(shè)置軟連接，一是可以防震；二可方便裝接。

3 主要設(shè)備和閥門的選用分析

制冷循環(huán)采用螺桿式冷水機(jī)組，螺桿式冷水機(jī)組是由螺桿式制冷壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、熱力膨脹閥、油分離器以及相關(guān)儀表組成的制冷裝置[3]。為了適應(yīng)空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化而機(jī)組出水溫度仍需保持恒定的要求，螺桿式冷水機(jī)組是通過能量調(diào)節(jié)來完成這一任務(wù)的。與活塞式制冷壓縮機(jī)一樣，螺桿式冷水機(jī)組的能量調(diào)節(jié)也是通過調(diào)節(jié)排氣量來調(diào)節(jié)制冷量的，主要由壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。壓縮機(jī)內(nèi)設(shè)有內(nèi)壓比可調(diào)裝置，可使壓縮機(jī)減少負(fù)荷運(yùn)動和實現(xiàn)制冷量無級調(diào)節(jié)。

冷水進(jìn)出口皆設(shè)置有分集水器，分集水器間設(shè)有平衡管和平衡閥，用于調(diào)節(jié)冷量供應(yīng)。平衡閥為直流型閥體結(jié)構(gòu)，具有更好的等百分比流量特性，能夠合理地分配流量，有效地解決室溫冷熱不均問題[4]。平衡閥一般安裝在回水管上，安裝了平衡閥的供回水管不必再設(shè)截止閥。通過對平衡閥的調(diào)節(jié)來改變系統(tǒng)管道阻力大小，從而達(dá)到設(shè)計要求。水系統(tǒng)調(diào)試合格后，應(yīng)不存在水力失衡問題。

冷水泵設(shè)有3臺，出水管路設(shè)有止回閥和過濾器，過濾器用于除去系統(tǒng)中的沉渣，止回閥是指依靠介質(zhì)本身流動而自動開、閉閥瓣，用來防止介質(zhì)倒流的閥門。止回閥的主要作用是防止介質(zhì)倒流、防止泵及驅(qū)動電動機(jī)反轉(zhuǎn)，以及容器介質(zhì)的泄放，該工程的止回閥見圖4。

為了保證冷量在運(yùn)送過程中損失減少，故對管道做外保溫，再去貼釘外保溫，即在管道外部粘貼保溫釘，將保溫材料固定于外部。保溫釘是一種專用的工程塑料膨脹釘。

保溫釘是由三部分組成的：一是尼龍制成的套管；二是套管內(nèi)的鍍鋅鋼螺絲；三是套管前的尼龍圓盤即用以壓蓋保溫板，它的長度根據(jù)保溫板厚度而有所不同，具體見圖5。

制冷機(jī)組中的冷凝器放出的熱量由冷卻水吸收，將余熱帶到地表的冷卻塔中。冷卻塔是用水作為循環(huán)冷卻劑，利用水與空氣流動接觸后進(jìn)行冷熱交換產(chǎn)生蒸汽，蒸汽散發(fā)帶走余熱，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行[6]。在允許的情況下，冷卻塔可與風(fēng)亭比鄰設(shè)計，稱為塔亭合一[5]。

該地鐵站采取屏蔽門系統(tǒng)，在站與站間設(shè)置有風(fēng)井和風(fēng)亭。風(fēng)井主要用于進(jìn)風(fēng)，上設(shè)置有消聲器，風(fēng)井入口設(shè)置防爆門，一般常開，戰(zhàn)時狀態(tài)關(guān)閉。作為人防工程，還應(yīng)在地鐵排熱風(fēng)道設(shè)置軸流式抽風(fēng)機(jī)，定時抽吸[7]。軸流風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)較簡單但是需要較大的布置場所，并且軸流式風(fēng)機(jī)工作時振動較大，故在前后設(shè)置有軟連接，下墊設(shè)置減震器，見圖6。

為控制進(jìn)風(fēng)量，風(fēng)道設(shè)置可調(diào)節(jié)的風(fēng)閥，風(fēng)閥對外界新風(fēng)進(jìn)行無級調(diào)節(jié)，它是實現(xiàn)地鐵多種通風(fēng)形式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備之一，其主要特點是運(yùn)轉(zhuǎn)方便，噪聲低，工作溫度區(qū)間大，結(jié)構(gòu)堅固。

4 結(jié)語

地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵安全運(yùn)行的重要保障之一，因此在設(shè)計過程中需要認(rèn)真考慮，謹(jǐn)慎選擇，注意工程細(xì)節(jié)，既要保證設(shè)計方案的合理性和規(guī)范性，并盡量要求設(shè)計方案與施工現(xiàn)場完美配合，構(gòu)建符合使用要求的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。