地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能模式探討

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南昌軌道交通集團(tuán)有限公司

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵工程中的重要系統(tǒng)，地鐵正常運營時，它為乘客和工作人員提供一個適宜的空氣環(huán)境?；馂?zāi)等緊急情況時，它具備防災(zāi)排煙、通風(fēng)功能[1]，保障人身和財產(chǎn)安全。同時，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)也是地鐵各系統(tǒng)中的能耗大戶。有統(tǒng)計表明，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗約占整個地鐵用電負(fù)荷的40%。因此，如何在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、運行模式等環(huán)節(jié)上進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，找到一些可行的節(jié)能措施和途徑，對地鐵的經(jīng)濟(jì)運行具有十分重要的意義。

1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

當(dāng)前，國內(nèi)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)制式常見的有開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)[2]。其中，屏蔽門系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，已在新建地鐵線路中占據(jù)絕對優(yōu)勢。

開閉式系統(tǒng)的區(qū)間隧道與車站連通。在非空調(diào)季節(jié)，列車運行產(chǎn)生的活塞風(fēng)對車站進(jìn)行通風(fēng)，可減少風(fēng)機(jī)的開啟數(shù)量和開啟時間，節(jié)能效果顯著。

屏蔽門系統(tǒng)的區(qū)間隧道與車站隔離。在空調(diào)季節(jié)，大量列車發(fā)熱被隔斷在區(qū)間內(nèi)，車站與區(qū)間的熱交換被最大限度地減少，車站的冷量損失降到了最低。

非空調(diào)季節(jié)的開閉式系統(tǒng)和空調(diào)季節(jié)的屏蔽門系統(tǒng)，在節(jié)能方面的優(yōu)勢都非常突出，如何在一個系統(tǒng)中兼有開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢，其實只需做一些針對性的改造。

2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)改造

實際上，開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)在建筑形式上并無本質(zhì)差異，區(qū)別僅僅在于站臺門上方是否封閉，是否與區(qū)間隧道相通。

2.1 開閉式系統(tǒng)改造方案

在站臺門上方與區(qū)間隧道相通的斷面安裝可控制的電動通風(fēng)窗，使其在空調(diào)季節(jié)關(guān)閉，在非空調(diào)季節(jié)開啟。那么，改造后的系統(tǒng)既具備屏蔽門系統(tǒng)在空調(diào)季節(jié)的節(jié)能優(yōu)勢，也同時具備改造前在非空調(diào)季節(jié)列車運行活塞風(fēng)的通風(fēng)節(jié)能效果。

2.2 屏蔽門系統(tǒng)改造方案1

在屏蔽門上方與區(qū)間隧道隔斷的墻體上開孔，安裝可控制的電動通風(fēng)窗（如圖1 所示），使其在空調(diào)季節(jié)關(guān)閉，在非空調(diào)季節(jié)開啟[3]。此方案同時要求站臺公共區(qū)采用透空率較高的吊頂，避免阻擋其過風(fēng)面積。那么，改造后的系統(tǒng)既具備改造前在空調(diào)季節(jié)的節(jié)能優(yōu)勢，也同時具備開閉式系統(tǒng)在非空調(diào)季節(jié)列車運行活塞風(fēng)的通風(fēng)節(jié)能效果。

圖1 屏蔽門上方改造示意圖

因電動通風(fēng)窗位置高且靠近接觸網(wǎng)，檢修空間有限，若增加空氣過濾器，則增加了設(shè)備檢修、維護(hù)的難度和工作量。若不增加空氣過濾器，則車站公共區(qū)的空氣衛(wèi)生質(zhì)量得不到保障，但對于空氣質(zhì)量優(yōu)良、隧道衛(wèi)生環(huán)境良好的地鐵線路影響不大。

2.3 屏蔽門系統(tǒng)改造方案2

在站臺端門上方墻體上開孔，敷設(shè)通風(fēng)管道，管道上安裝可控制的電動通風(fēng)窗和空氣過濾器（如下圖2 所示），可充分利用小站臺的空間優(yōu)勢對設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)，也同時滿足對空氣衛(wèi)生質(zhì)量的要求。

圖2 站臺端門上方改造示意圖

因端門上方空間有限，端門旁邊也未必預(yù)留足夠空間，故在現(xiàn)有系統(tǒng)上改造困難較大，但此方案可為新線設(shè)計提供一定的參考。

2.4 屏蔽門系統(tǒng)改造方案3

對站臺端門通道進(jìn)行改造，將端門尺寸改小，滿足單人通行及司機(jī)正常瞭望功能即可，通道其余部分安裝可控制的電動通風(fēng)窗和空氣過濾器（如圖3 所示），既滿足對空氣衛(wèi)生質(zhì)量的要求，也滿足對設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)的場地需求。

圖3 站臺端門通道改造示意圖

因端門通道直接面對乘客，為避免風(fēng)速太大使候車乘客感到不適，需對通風(fēng)窗的開度進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，確保出風(fēng)口風(fēng)速小于5 m/s[4]。同時調(diào)節(jié)高度在1～2 m 風(fēng)口的方向，避免出風(fēng)直接吹向乘客的面部和頭部，使人體感到不適。另外，需在公共區(qū)側(cè)的通風(fēng)窗安裝安全防護(hù)網(wǎng)，并進(jìn)行必要的裝飾，既保證安全也達(dá)到美觀的效果。

2.5 電動通風(fēng)窗運行方式

電動通風(fēng)窗可采用三位電動調(diào)節(jié)閥（或采用無級調(diào)節(jié)，可在0～100%范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)），分別設(shè)置全開、全關(guān)和半開三種狀態(tài)，滿足不同氣溫狀況下不同的通風(fēng)需求。也可將所有的電動通風(fēng)窗分為多回路控制，根據(jù)現(xiàn)場通風(fēng)需求選擇開或者關(guān)某回路的通風(fēng)窗。

3 通風(fēng)空調(diào)模式優(yōu)化

3.1 現(xiàn)有模式

以某市1 號線為例，公共區(qū)通風(fēng)工況只有1 種模式，車站兩端的組合式空調(diào)柜機(jī)和回排風(fēng)機(jī)只能同時投入運行或同時關(guān)閉，不能根據(jù)現(xiàn)場工況靈活控制。

3.2 模式優(yōu)化方案

根據(jù)地鐵車站多出入口的建筑特點，以及隧道活塞風(fēng)的節(jié)能優(yōu)勢[5]，對公共區(qū)通風(fēng)工況下送、排風(fēng)模式進(jìn)行全面優(yōu)化，減少風(fēng)機(jī)的開啟數(shù)量和開啟時間，全面節(jié)約風(fēng)機(jī)能耗。優(yōu)化后的通風(fēng)模式如表1 所示。

表1 通風(fēng)模式（僅通風(fēng)工況）

1）全新風(fēng)模式即現(xiàn)有唯一的通風(fēng)模式，通過開啟車站兩端的送、排風(fēng)機(jī)，對車站進(jìn)行全面的通風(fēng)、換氣，增加活塞風(fēng)作為輔助后，通風(fēng)效果更佳。

2）在過渡季節(jié)，通過開啟車站一端的送風(fēng)機(jī)和另一端的排風(fēng)機(jī)的方式實現(xiàn)車站的通風(fēng)，可節(jié)約一半的風(fēng)機(jī)能耗。

3）在通風(fēng)季，當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量良好時，通過開啟送風(fēng)機(jī)送風(fēng)，關(guān)停排風(fēng)機(jī)，使室內(nèi)形成正壓，通過出入口進(jìn)行排風(fēng)，可節(jié)約排風(fēng)機(jī)能耗。

4）在通風(fēng)季，當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量較差時，通過開啟排風(fēng)機(jī)排風(fēng)，關(guān)停送風(fēng)機(jī)，使室內(nèi)形成負(fù)壓，通過出入口和隧道通風(fēng)窗引進(jìn)新風(fēng)，可節(jié)約送風(fēng)機(jī)能耗。

5）在冬季，氣溫較低時，可關(guān)停送、排風(fēng)機(jī)，完全利用列車運行產(chǎn)生的活塞風(fēng)給車站公共區(qū)通風(fēng)，全面節(jié)約風(fēng)機(jī)能耗。并可根據(jù)實際需要，調(diào)整隧道通風(fēng)窗的開啟數(shù)量或開度，控制送風(fēng)量。

6）通過監(jiān)測室內(nèi)、外空氣焓值和室內(nèi)二氧化碳濃度，可實現(xiàn)通風(fēng)模式的自動運行。模式運行應(yīng)充分考慮實際能耗，能耗低的模式優(yōu)先。

4 結(jié)論

隧道通風(fēng)窗的改造不改變站臺門設(shè)備結(jié)構(gòu)，接口簡單，初期投資低，可預(yù)見的節(jié)能效果顯著，工程可實施性強(qiáng)。通風(fēng)模式的優(yōu)化，充分利用了隧道活塞風(fēng)的節(jié)能優(yōu)勢，并考慮到乘客和工作人員的各種通風(fēng)需求，整理出7 種極具操作性的通風(fēng)模式，為地鐵運營人員提供多種選擇，也為地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和節(jié)能改造項目提供一定的參考。