李首亨
(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,廣州 510030)
截至2020 年12 月31 日,中國(guó)內(nèi)地已有45 個(gè)城市開通了城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路,總通車?yán)锍踢_(dá)7 978.19 km,其中,地鐵占比79%[1]。隨著地鐵建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn),城市中心地區(qū)的線路和站點(diǎn)越來越多,地鐵工程與城市環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展成為目前地鐵建設(shè)中尤為重要的議題。而通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的冷卻塔是影響周邊環(huán)境的重要因素。
目前,大部分中心城區(qū)的地鐵車站均設(shè)置為地下車站形式,車站內(nèi)部通風(fēng)環(huán)境與室外環(huán)境相對(duì)隔絕,冷卻塔主要通過間接消除車站余熱,為乘客創(chuàng)造一個(gè)舒適的過渡性環(huán)境,從而成為地鐵空調(diào)系統(tǒng)中重要的設(shè)備設(shè)施。對(duì)目前已開通線路進(jìn)行調(diào)研顯示,冷卻塔對(duì)環(huán)境的影響主要體現(xiàn)為排風(fēng)噪聲、余熱、飄水、景觀等方面,所以,在地鐵設(shè)計(jì)過程中對(duì)冷卻塔位置的設(shè)置應(yīng)有更高的要求。
目前,對(duì)地鐵冷卻塔的設(shè)置缺少規(guī)范或強(qiáng)制性條文要求,但從設(shè)備功能和景觀考慮,在布置方面應(yīng)考慮以下問題。
1)冷卻塔的設(shè)置位置應(yīng)通風(fēng)良好。由于冷卻塔原理的需要,良好的通風(fēng)條件是冷卻塔設(shè)置的首選因素。
2)當(dāng)由于周邊規(guī)劃協(xié)調(diào)需要,冷卻塔采用下沉式布置,或用圍墻、頂板等進(jìn)行遮擋時(shí),應(yīng)確保進(jìn)風(fēng)側(cè)有足夠的進(jìn)風(fēng)面積,并避免排風(fēng)側(cè)的熱、濕空氣回流。
3)冷卻塔應(yīng)遠(yuǎn)離廚房排風(fēng)、制動(dòng)電阻散熱等高溫或有害氣體;根據(jù)冷卻塔通風(fēng)散熱的特性,冷卻塔口部與車站進(jìn)風(fēng)亭口部、出入口口部距離宜大于10 m;與排風(fēng)亭口部、活塞風(fēng)亭口部距離應(yīng)不小于5 m[2]。
4)注意與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào),避免飄水、噪聲等對(duì)周圍環(huán)境的影響。
5)地上冷卻塔,其造型、色彩、位置應(yīng)符合城市規(guī)劃、景觀及環(huán)保要求。
6)冷卻塔與其他建筑物的距離應(yīng)滿足防火間距要求。
冷卻塔的設(shè)置從結(jié)合形式可分為獨(dú)立設(shè)置形式、風(fēng)亭結(jié)合形式或與其他設(shè)施結(jié)合形式。從設(shè)置位置可分為高位設(shè)置和低位設(shè)置2 種方式。
2.2.1 獨(dú)立設(shè)置形式
獨(dú)立設(shè)置形式是指冷卻塔在室外單獨(dú)布置,當(dāng)采用獨(dú)立布置時(shí),高位布置與低位布置都是較為常見的形式。其中,高位布置方式中,冷卻塔的安裝高度應(yīng)設(shè)于所在區(qū)域地面以上;低位布置方式中冷卻塔的安裝高度低于地面,一般為半下沉和全下沉2 種。
當(dāng)采用高位布置方式時(shí),具有以下特點(diǎn):
1)冷卻塔的排風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口有高差,而且方向不同,氣流組織好,散熱效果好。
幾人在山頂轉(zhuǎn)悠了一圈,很快找到了漆吳山上的山神廟。這座廟和之前在箕尾山遇到的有所不同,廟里有南方第二列山系十七座山的山神像。每一座神像都長(zhǎng)著龍一樣的身子,鳥一樣的腦袋。
2)冷卻塔的水管接口位于地面以上,連接管段一般不會(huì)高于系統(tǒng)開口點(diǎn),管路布設(shè)簡(jiǎn)單且靈活。
當(dāng)采用低位布置方式時(shí),具有以下特點(diǎn):
1)冷卻塔的排風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口無高差,而且方向基本相同,氣流組織很難完全避免冷卻塔排風(fēng)的熱、濕空氣回流與進(jìn)風(fēng)短路的情況,尤其是在室外環(huán)境較惡劣的情況下,會(huì)影響散熱效果,增加運(yùn)行能耗。為保證散熱效果,避免氣流組織短路,需要控制進(jìn)風(fēng)風(fēng)速,適當(dāng)加大冷卻塔進(jìn)風(fēng)側(cè)與障礙物的距離,預(yù)留足夠的進(jìn)風(fēng)空間。
2)冷卻塔的水管接口位于地面以下,對(duì)連接管段要求較高,在考慮管路敷設(shè)路徑時(shí),應(yīng)盡量避免中間段管路高于系統(tǒng)開口點(diǎn),對(duì)于中間管路高于系統(tǒng)開口點(diǎn)的情況,需采用措施,防止停機(jī)時(shí)管網(wǎng)內(nèi)冷卻水泄漏而形成空氣段,影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
3)低位布置由于采用了下沉式設(shè)置,對(duì)周圍城市景觀影響較小,可以采用立體綠化,使冷卻塔基坑與周圍環(huán)境緊密結(jié)合,更加易于與環(huán)境融為一體,將景觀影響降到最低。
獨(dú)立設(shè)置工程實(shí)例如圖1 所示。
圖1 冷卻塔獨(dú)立(下沉式)設(shè)置
2.2.2 風(fēng)亭、冷卻塔結(jié)合設(shè)置形式
風(fēng)亭、冷卻塔作為地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的地面設(shè)施,二者結(jié)合設(shè)置具有減少占地面積、管線連接簡(jiǎn)單、管理方便等優(yōu)點(diǎn),但前提是風(fēng)亭必須為高風(fēng)亭,同時(shí),也應(yīng)注意避免冷卻塔對(duì)車站進(jìn)風(fēng)的污染。風(fēng)亭和冷卻塔結(jié)合的形式一般都為高位布置,其特點(diǎn)與冷卻塔獨(dú)立設(shè)置高位布置形式相同。
圖2 風(fēng)亭、冷卻塔結(jié)合設(shè)置
2.2.3 冷卻塔與其他設(shè)施結(jié)合設(shè)置
冷卻塔在室外與其他設(shè)施結(jié)合設(shè)置,如周邊的建筑物等,一般為高位布置。
此類布置形式中結(jié)合點(diǎn)的選擇應(yīng)注意以下問題:
1)避免周邊環(huán)境對(duì)水系統(tǒng)的影響,應(yīng)遠(yuǎn)離廚房排風(fēng)、制動(dòng)電阻散熱等高溫或有害氣體。
2)防止水系統(tǒng)對(duì)周邊環(huán)境的影響,避免飄水、噪聲等對(duì)周圍環(huán)境的影響。
3)此設(shè)置形式應(yīng)避免出現(xiàn)體量過大、視覺觀感較差的問題,盡量隱蔽設(shè)置,減少對(duì)周邊景觀的影響。同時(shí),冷卻塔與其他設(shè)施結(jié)合還需考慮施工時(shí)序、預(yù)留土建條件等其他因素的影響。
對(duì)于不同的布置形式,工程實(shí)施規(guī)模差別較大,相應(yīng)的造價(jià)投資也存在較大區(qū)別,因此,在工程實(shí)際中,規(guī)模和造價(jià)也是選擇布置形式的重要考量因素。
高位布置的冷卻塔周圍僅需考慮一定的檢修和維護(hù)空間即可,且通風(fēng)條件相較于低位下沉式布置冷卻塔有明顯優(yōu)勢(shì),位置更為靈活,永久用地只兼作進(jìn)風(fēng)空間,必要時(shí)可按檢修范圍征地。如果能結(jié)合高風(fēng)亭設(shè)置于頂部時(shí),可忽略其土建要求。
低位布置的冷卻塔除需要考慮檢修和維護(hù)空間外,還需要考慮進(jìn)風(fēng)空間,進(jìn)風(fēng)空間與下沉坑壁的間距不小于塔體進(jìn)風(fēng)口高度的2 倍。另外,還需布置在建筑物最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)[3]??梢?,低位布置時(shí)永久用地需求較多,因此規(guī)模較大,且下沉基坑土建施工量較大,造價(jià)較高。
下沉冷卻塔布置的平面圖如圖3 所示,立面圖如圖4所示。
圖3 下沉式冷卻塔布置平面圖
圖4 下沉式冷卻塔布置立面圖
2.4.1 與周邊環(huán)境的結(jié)合
高位布置時(shí),冷卻塔設(shè)施露在地面之上,體量較大、高度較高,視覺沖擊大,用地協(xié)調(diào)難度大,對(duì)景觀影響較大。
低位布置時(shí),冷卻塔設(shè)施隱藏在地面之下,對(duì)景觀影響小,且易于景觀隱蔽處理,但用地范圍增大。
2.4.2 運(yùn)行對(duì)周邊環(huán)境的影響
冷卻塔運(yùn)行的排風(fēng)、散熱、噪聲、飄水主要來自排風(fēng)口,運(yùn)行時(shí),由于風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和布水滴水等原因,易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生噪聲污染和大氣污染,當(dāng)高位布置時(shí),排風(fēng)口離地面高5 m 以上;當(dāng)?shù)臀徊贾脮r(shí),排風(fēng)口位于地面之下,因此,影響范圍及影響程度都比高位布置方式的略大。
結(jié)合以上所述,冷卻塔的高位布置與低位布置2 種方式的綜合比較見表1。
表1 冷卻塔高位布置與低位布置綜合比較表
由以上分析比較可見,冷卻塔的高位布置方式在初投資、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用等方面均比低位布置更具優(yōu)勢(shì),但對(duì)周邊景觀的影響較大,協(xié)調(diào)難度大,而低位布置方式對(duì)周邊景觀影響較小,易于實(shí)施。
綜上所述,冷卻塔的布置在滿足系統(tǒng)功能的前提下,有多種可供選擇的方式。隨著城市化建設(shè)的推進(jìn),人們對(duì)生活環(huán)境需求不斷提高,地鐵線路中,冷卻塔與周邊環(huán)境和規(guī)劃的矛盾日益明顯,對(duì)冷卻塔選址及布置方式也提出了更高要求。因此,在設(shè)計(jì)、建設(shè)過程中,應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有布置方式,及各自特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)、周邊情況、工程可實(shí)施性做出最合適的方案選擇。