地鐵冷卻塔布置形式討論

李首亨

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州 510030）

1 引言

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。

2 地鐵冷卻塔布置形式

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。

2.1 冷卻塔的設(shè)置要求

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。

2.2 冷卻塔的常規(guī)布置形式

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。

2.3 不同布置形式的實(shí)施規(guī)模

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 對(duì)環(huán)境的影響

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。

3 結(jié)語

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。