帶上蓋開發(fā)地鐵車輛段運用庫通風(fēng)系統(tǒng)探討

曾雯

中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司

截止2019 年底，我國已有40 多個城市開通城市軌道交通運營線路，已運營車輛段和停車場達(dá)到300座以上。單座車輛段和停車場一般占地面積約5～10萬m2，占地規(guī)模較大，為有效利用城市有限的土地資源，地鐵設(shè)計人員提出在車輛段和停車場上部增加蓋板進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)，蓋板上修建住宅，商場，學(xué)校，公園及其他公用設(shè)施。運用庫一般為車輛段內(nèi)最大的單體建筑，增加上蓋物業(yè)開發(fā)后運用庫無法利用屋頂天窗自然通風(fēng)，國內(nèi)尚無對帶上蓋物業(yè)開發(fā)運用庫統(tǒng)一通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?；谏鲜鰡栴}，筆者結(jié)合近年來設(shè)計及實踐經(jīng)驗，對帶上蓋物業(yè)開發(fā)運用庫多種通風(fēng)系統(tǒng)方案進(jìn)行探討分析。

1 帶上蓋物業(yè)開發(fā)運用庫概況

帶上蓋物業(yè)開發(fā)車輛段一般設(shè)置兩層蓋板：第一層蓋板設(shè)置在9 m 高度，蓋上為物業(yè)開發(fā)配套汽車庫，蓋下為車輛段。第二層蓋板設(shè)置在15 m 左右高度，蓋上為住宅、商場、學(xué)校等物業(yè)開發(fā)項目（圖1）。

圖1 典型帶上蓋物業(yè)開發(fā)車輛段運用庫剖面圖

地鐵車輛段運用庫臨近咽喉區(qū)設(shè)置，包含停車場列檢庫、雙周/三月檢庫、附屬用房，承擔(dān)地鐵列車的日常停車，維修及保養(yǎng)等（圖2）。運用庫設(shè)置在9 m 蓋板以下，運用庫火災(zāi)危險類別為戊類廠房，建筑面積2～6 萬m2，庫區(qū)建筑層數(shù)一層。運用庫靠咽喉區(qū)庫前端每個列位設(shè)置一處敞開門洞，其余各側(cè)設(shè)置固定或可開啟門窗。

圖2 某車輛段總平面示意圖

2 帶上蓋物業(yè)開發(fā)運用庫通風(fēng)系統(tǒng)方案的介紹

運用庫面積較大，層高較高，屬于高大空間建筑。帶上蓋物業(yè)開發(fā)的運用庫由于設(shè)置上蓋，但四周敞開，故一般采用機(jī)械排風(fēng)，側(cè)墻外窗和靠咽喉區(qū)門洞自然進(jìn)風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)。運用庫可按下列工業(yè)廠房熱平衡方程式[1]計算機(jī)械通風(fēng)量：

式中：ΣQb為圍護(hù)結(jié)構(gòu)、材料吸收的總失熱量，kW；ΣQf為生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品及采暖散熱設(shè)備的總放熱量，kW；Lp為局部和全面排風(fēng)風(fēng)量，m3/s；Ljj為機(jī)械進(jìn)風(fēng)量，m3/s；Lzj為自然進(jìn)風(fēng)量，m3/s；Lhx為再循環(huán)空氣量，m3/s；ρn為室內(nèi)空氣密度，kg/m3；ρw為室外空氣密度，kg/m3；tn為室內(nèi)排出空氣溫度，℃；tw為室外空氣計算溫度，℃；tjj為機(jī)械進(jìn)風(fēng)溫度，℃；ts為再循環(huán)送風(fēng)溫度，℃；c 為空氣的質(zhì)量比熱，其值為1.01 kJ/(kg·℃)。

運用庫雖然體積很大，但內(nèi)部發(fā)熱量及人員密度很小，采用較大的換氣次數(shù)不利于運行節(jié)能，按《城市軌道交通通風(fēng)空氣調(diào)節(jié)與供暖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51357-2019 第3.1.20 條[2]：當(dāng)車輛綜合基地的停車庫，列檢庫，洗車庫，月檢庫等運用和檢修生產(chǎn)設(shè)施庫室夏季采用機(jī)械通風(fēng)時，換氣次數(shù)不宜小于1 次/h。當(dāng)房間高度大于6 m 時，機(jī)械通風(fēng)量可按6 m3/(h·m2)計算。故當(dāng)缺少相關(guān)計算參數(shù)時，也可按不小于1 次/h計算機(jī)械通風(fēng)量。

目前帶上蓋物業(yè)開發(fā)運用庫主要采用如下四種通風(fēng)系統(tǒng)：

1）方案一：機(jī)械排煙兼機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)（共用風(fēng)機(jī)和風(fēng)管）+壁掛式風(fēng)扇

帶上蓋物業(yè)開發(fā)的運用庫不滿足自然排煙條件，需設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)。鑒于運用庫內(nèi)已設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)，為節(jié)省投資，武漢[3]、徐州、鄭州等地車輛段在運用庫內(nèi)設(shè)置機(jī)械排煙兼機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)（共用風(fēng)機(jī)和風(fēng)管），風(fēng)機(jī)采用雙速風(fēng)機(jī)，低速用于平時通風(fēng)換氣，高速用于火災(zāi)時排煙。

該系統(tǒng)屬于橫向通風(fēng)系統(tǒng)，運用庫空間較高，且為避免與庫內(nèi)接觸網(wǎng)安裝位置沖突，排風(fēng)口安裝高度一般在6 m 以上，造成庫內(nèi)工作人員作業(yè)區(qū)域風(fēng)速極低。尤其在庫房中部區(qū)域，由于離進(jìn)風(fēng)口較遠(yuǎn)且無攪動氣流，該區(qū)域空氣品質(zhì)較差、溫度較高。為滿足庫內(nèi)各工位局部降溫需求，該方案需設(shè)置壁掛式強(qiáng)力風(fēng)扇及移動式工業(yè)冷氣機(jī)輔助通風(fēng)降溫。

2）方案二：機(jī)械排煙兼機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)（共用風(fēng)機(jī)和風(fēng)管）+大型工業(yè)吊扇

為解決方案一人員作業(yè)區(qū)無攪動氣流的問題，溫州市域鐵路車輛段及部分高速鐵路車輛段運用庫設(shè)置大型工業(yè)吊扇增強(qiáng)庫內(nèi)氣流運動。大型工業(yè)吊扇直徑5～7 m，攪動風(fēng)量單臺可達(dá)60 萬m3/h 左右，超大的覆蓋半徑和風(fēng)量可以有效帶動運用庫內(nèi)氣流的有序運動和混合，結(jié)合庫內(nèi)的機(jī)械通風(fēng)和自然進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，可改善庫內(nèi)的空氣品質(zhì)，做到全覆蓋無死角通風(fēng)。但大型工業(yè)吊扇應(yīng)避開運用庫內(nèi)接觸網(wǎng)安裝區(qū)域、上方開孔區(qū)域、柱子設(shè)置，以避免對周圍設(shè)施運行造成影響。由于帶上蓋物業(yè)開發(fā)運用庫內(nèi)柱子布置較密，故大型工業(yè)吊扇適合采用接觸軌供電的運用庫。

3）方案三：機(jī)械排煙、機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)（分設(shè)風(fēng)機(jī)和風(fēng)管）+壁掛式風(fēng)扇

考慮運用庫平時通風(fēng)的風(fēng)量比較小，機(jī)械排煙和機(jī)械排風(fēng)的風(fēng)量比值可達(dá)10:1，共用風(fēng)機(jī)和風(fēng)管存在風(fēng)量不匹配、排風(fēng)不均勻問題，而且風(fēng)機(jī)噪聲比較大，對上蓋物業(yè)開發(fā)會造成噪聲污染，為解決上述問題，南昌、東莞等地車輛段在運用庫內(nèi)設(shè)置與機(jī)械排煙系統(tǒng)分設(shè)風(fēng)機(jī)和風(fēng)管的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。

4）方案四：誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)+壁式強(qiáng)力排風(fēng)機(jī)

該方案從靠近咽喉區(qū)的運用庫庫前端門洞引進(jìn)室外新鮮空氣，沿列位設(shè)置的誘導(dǎo)推射風(fēng)機(jī)攪動周圍的靜止空氣，同時帶動周圍空氣沿列位縱向接力傳送，最終通過庫尾端的壁式強(qiáng)力排風(fēng)機(jī)排出（圖3），從而使運用庫內(nèi)氣流形成連續(xù)的縱向流動，屬于典型的縱向通風(fēng)系統(tǒng)，該方案已應(yīng)用于杭州、上海、金華、洛陽等地帶上蓋物業(yè)開發(fā)的運用庫通風(fēng)設(shè)計。

區(qū)別于傳統(tǒng)的橫向通風(fēng)系統(tǒng)，縱向通風(fēng)系統(tǒng)屬于無風(fēng)管通風(fēng)系統(tǒng)。誘導(dǎo)推射風(fēng)機(jī)的風(fēng)口為變風(fēng)量風(fēng)口，可以上下左右調(diào)節(jié)送風(fēng)角度。風(fēng)機(jī)自帶過濾段，具有自動過濾除塵的功能。可高效改善運用庫內(nèi)工作人員作業(yè)區(qū)域的通風(fēng)效果和空氣品質(zhì)，工作區(qū)斷面平均風(fēng)速一般可達(dá)1.5 m/s 左右，空氣齡時間最長不超過1000 s。誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)定的溫濕度、二氧化碳、PM2.5 等參數(shù)要求控制運行臺數(shù)和調(diào)節(jié)單臺風(fēng)機(jī)運行速度，也可以按股道分組運行控制。

圖3 帶上蓋物業(yè)開發(fā)的運用庫誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)示意圖

3 各通風(fēng)系統(tǒng)方案探討分析

從經(jīng)濟(jì)性方面分析：初期投資方案四＞方案三＞方案二＞方案一。誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)由于200～300 m2需要設(shè)置一臺誘導(dǎo)推射風(fēng)機(jī)，且還需設(shè)置壁式強(qiáng)力排風(fēng)機(jī)以及單獨的控制系統(tǒng)，而目前市面上用于高大空間的誘導(dǎo)推射風(fēng)機(jī)售價約5 萬元/臺（含控制系統(tǒng)），故相較于傳統(tǒng)的橫向通風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)初期投資最高。但由于誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)控制比較靈活，可以按股道分組運行控制，也可以調(diào)節(jié)單臺風(fēng)機(jī)運行速度，故該系統(tǒng)運行費用最低，一般10 年之內(nèi)可回收相對于橫向通風(fēng)系統(tǒng)增加的初期投資費用。

從舒適性方面分析：工作人員舒適性方案四＞方案二＞方案三＞方案一。方案一和方案三工作人員活動區(qū)域氣流擾動極小，長期直吹壁掛式風(fēng)扇會帶來風(fēng)扇病等健康問題，且壁掛式風(fēng)扇覆蓋面積有限，需設(shè)置移動式工業(yè)冷氣機(jī)輔助通風(fēng)降溫，方案三由于排風(fēng)口可以均勻布置，故舒適性方面優(yōu)于方案一。方案二和方案四工作人員活動區(qū)域氣流擾動極大，方案四基本可做到無死角通風(fēng)、模擬自然風(fēng)的均勻風(fēng)速場，故舒適性方面優(yōu)于方案二。

從土建設(shè)計方面分析：對土建的影響方案四＜方案一＜方案二＜方案三。方案三相較于其他三個方案，需要增加通風(fēng)機(jī)房、風(fēng)管穿墻或樓板的開孔，且該方案運用庫內(nèi)同時存在排煙風(fēng)管和排風(fēng)管，將大大降低庫內(nèi)的凈高。

從上蓋物業(yè)開發(fā)方面分析：目前運用庫方案一～方案三通風(fēng)機(jī)房一般設(shè)置在上蓋物業(yè)開發(fā)汽車庫或庫外白地。若通風(fēng)機(jī)房設(shè)置在上蓋物業(yè)開發(fā)汽車庫內(nèi)：一方面影響后期的運營維護(hù)，上蓋物業(yè)開發(fā)和蓋下車輛段屬于兩個不同的單位運營，通風(fēng)機(jī)房內(nèi)設(shè)備附件等需要檢修維護(hù)時需要經(jīng)過上蓋物業(yè)開發(fā)單位同意后方可進(jìn)入，增加了檢修難度。另一方面影響上蓋物業(yè)開發(fā)區(qū)域的環(huán)境品質(zhì)，由于通風(fēng)風(fēng)機(jī)需要長時間開啟，產(chǎn)生的噪聲不可避免對汽車庫造成噪音污染，且通過風(fēng)井排出的運用庫污濁空氣將降低上蓋物業(yè)開發(fā)區(qū)域的空氣品質(zhì)。再者通風(fēng)機(jī)房將占用汽車庫有限的使用面積，通風(fēng)機(jī)房頂部的排風(fēng)井將影響上蓋物業(yè)開發(fā)的整體布局和美觀。故筆者認(rèn)為運用庫若采用方案一～方案三通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)和排煙機(jī)房建議設(shè)置在庫外白地。

4 結(jié)語

本文對目前常用的帶上蓋物業(yè)開發(fā)運用庫通風(fēng)系統(tǒng)方案進(jìn)行了探討和分析，結(jié)合筆者近年來的設(shè)計及實踐過程中總結(jié)的經(jīng)驗，提出如下建議和思考：

1）應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性、舒適性、對上蓋物業(yè)開發(fā)的影響、對土建的影響等其他受限條件綜合考慮后選擇帶上蓋物業(yè)開發(fā)運用庫通風(fēng)系統(tǒng)方案。在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，建議考慮設(shè)置舒適性和空氣品質(zhì)最高的縱向通風(fēng)系統(tǒng)。橫向通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置有效的輔助降溫措施。

2）橫向通風(fēng)系統(tǒng)盡量在庫外白地外掛通風(fēng)和排煙機(jī)房，以減少對上蓋物業(yè)開發(fā)的影響。如確需將機(jī)房設(shè)置在上蓋汽車庫內(nèi)，應(yīng)做好風(fēng)機(jī)降噪措施，且機(jī)房上部的通風(fēng)井應(yīng)遠(yuǎn)離上蓋物業(yè)開發(fā)建筑，并與景觀綠地結(jié)合設(shè)置，盡可能減少對上蓋物業(yè)建筑品質(zhì)的影響。

3）北方地區(qū)運用庫目前一般采用高大空間供暖設(shè)備采暖（垂直送風(fēng)型），該設(shè)備吊裝在運用庫上部空間，采用旋流風(fēng)口送風(fēng)，將處理后的空氣，通過自上而下的強(qiáng)制空氣對流送至地面工作區(qū)，用于滿足高大空間供暖需求。該設(shè)備也可在夏季和過渡季節(jié)用做送風(fēng)機(jī)（空氣未經(jīng)處理）攪動庫內(nèi)的氣流，結(jié)合庫內(nèi)橫向排風(fēng)系統(tǒng)，對庫內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)降溫。在今后的北方地區(qū)帶上蓋物業(yè)開發(fā)運用庫通風(fēng)設(shè)計中，筆者認(rèn)為可考慮該方案的可行性。