地鐵屏蔽門(mén)系統(tǒng)智能通風(fēng)窗的研究

魏九妹

摘 要：根據(jù)國(guó)內(nèi)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，可在車站與區(qū)間隧道間增加可控制的電動(dòng)通風(fēng)窗。在空調(diào)季節(jié)，通過(guò)關(guān)閉通風(fēng)窗將區(qū)間隧道與車站隔離，可減少車站冷量的損失。在非空調(diào)季節(jié)，通過(guò)開(kāi)啟通風(fēng)窗將區(qū)間隧道與車站連通，充分利用列車運(yùn)行產(chǎn)生的活塞風(fēng)對(duì)車站進(jìn)行通風(fēng)，可減少風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟時(shí)間。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際通風(fēng)需求，對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)模式進(jìn)行優(yōu)化，可全面降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

關(guān)鍵詞：屏蔽門(mén) 智能通風(fēng)窗 節(jié)能

Research on Intelligent Ventilation Window of Metro Platform Screen Door System

Wei Jiumei

Abstract：According to the technical characteristics of the domestic subway ventilation and air-conditioning system， controllable electric ventilation windows can be added between the station and the section tunnel. In the air-conditioning season， by closing the ventilation windows to isolate the section tunnel from the station， the loss of station cooling can be reduced. In the non-air-conditioned season， the section tunnel is connected to the station by opening the ventilation window， and the piston wind generated by the train operation is fully utilized to ventilate the station， which can reduce the opening time of the fan. At the same time， according to the actual ventilation demand on site， the existing ventilation mode is optimized， which can reduce the energy consumption of the ventilation and air-conditioning system in an all-round way.

Key words：screen door， intelligent ventilation window， energy saving

地鐵在國(guó)內(nèi)外作為城市交通的重要手段，被廣泛采用，它已經(jīng)歷了140多年的發(fā)展，相當(dāng)成熟。與此同時(shí)，節(jié)能問(wèn)題已成為地鐵系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，其中，地鐵活塞風(fēng)研究備受眾人關(guān)注。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，現(xiàn)在的研究多集中于對(duì)活塞風(fēng)形成原因及自身特點(diǎn)的研究，活塞風(fēng)對(duì)隧道內(nèi)列車及站臺(tái)層各部分影響效果研究較少，而活塞效應(yīng)對(duì)站臺(tái)層各單元能耗影響，以及活塞風(fēng)對(duì)候車乘客舒適程度的影響研究幾乎沒(méi)有。

1 研究背景

可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)主要針對(duì)地下車站，綜合考慮車站位置、環(huán)境、整體結(jié)構(gòu)等方面。地鐵中站臺(tái)門(mén)形式多樣，空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)方式也多樣，現(xiàn)階段用于解決地鐵活塞效應(yīng)的節(jié)能措施有兩種：一種是將列車行駛的隧道和站臺(tái)層分割為兩個(gè)相互獨(dú)立的空間而設(shè)置的站臺(tái)屏蔽門(mén)，這樣可以阻隔活塞風(fēng)對(duì)站臺(tái)層的不利影響;另一種是在地鐵屏蔽門(mén)上方設(shè)置通風(fēng)窗，可以進(jìn)行人工控制其開(kāi)啟和關(guān)閉，從而達(dá)到既能利用活塞風(fēng)優(yōu)點(diǎn)又能避免其缺點(diǎn)的目的。

地鐵建設(shè)工程中最重要的部分是通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在列車正常行駛時(shí)給全車人員提供一個(gè)環(huán)境舒適的空間，使每個(gè)人都有一段愉快的旅程;而在發(fā)生火災(zāi)或其他緊急情況時(shí)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能夠迅速排煙，保護(hù)乘客人身安全，平時(shí)還能起到防災(zāi)的作用。但是，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的不足之處是工作時(shí)能耗太高，有統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)表明，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在地鐵各單元中電負(fù)荷最高，達(dá)40%。因此，要想降低地鐵工程中通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗，就要從通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行模式等方面入手，最終實(shí)驗(yàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

2 智能可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)

2.1 地鐵屏蔽門(mén)系統(tǒng)原理

在屏蔽門(mén)的固定門(mén)或滑動(dòng)門(mén)上部裝上可以智能調(diào)節(jié)的通風(fēng)窗就成了可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)，通風(fēng)窗的通風(fēng)閥采用電動(dòng)設(shè)置，可根據(jù)設(shè)定的溫度、濕度、壓強(qiáng)等條件，可進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)窗開(kāi)合角度，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

具體控制模式分為空調(diào)季節(jié)和非空調(diào)季節(jié)。其中，空調(diào)季屏蔽門(mén)上的通風(fēng)窗是全關(guān)閉的，與傳統(tǒng)的屏蔽門(mén)運(yùn)行方式相同，采用空調(diào)模式，這樣可以有效的阻隔軌行區(qū)與站臺(tái)區(qū)之間的空氣流通，不僅可以提高乘客在等候地鐵過(guò)程中的舒適性，減少地鐵車站內(nèi)空調(diào)運(yùn)行能耗，還可以減小空調(diào)機(jī)組裝機(jī)容量，起到節(jié)能的作用;非空調(diào)季屏蔽門(mén)通風(fēng)窗啟動(dòng)，通風(fēng)窗的通風(fēng)閥門(mén)開(kāi)啟，此時(shí)，屏蔽門(mén)軌行區(qū)與站臺(tái)區(qū)可進(jìn)行氣流交換，根據(jù)設(shè)定條件智能調(diào)節(jié)通風(fēng)窗窗口開(kāi)合大小，根據(jù)列車運(yùn)行形成的活塞風(fēng)及通風(fēng)井對(duì)站內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，列車形成的活塞風(fēng)帶動(dòng)站臺(tái)內(nèi)空氣循環(huán)，流動(dòng)的空氣增加了候車乘客的舒適性，地鐵環(huán)境質(zhì)量也更高，并且還降低了地鐵站較大設(shè)備運(yùn)行時(shí)間及熱量，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。

2.2 地鐵可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）在機(jī)房面積、設(shè)備布置上，智能可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)與傳統(tǒng)的屏蔽門(mén)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)相同，這樣可以滿足地鐵內(nèi)部通風(fēng)、空調(diào)、消防排煙的功能要求。

（2）智能可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)施工增加了活塞風(fēng)道、排風(fēng)道，車站施工規(guī)模有所增加，同時(shí)需要增設(shè)通風(fēng)閥的控制電機(jī)，成本上有所增加。

（3）與傳統(tǒng)屏蔽門(mén)系統(tǒng)相比，智能可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)在春秋季節(jié)可以充分利用地鐵站內(nèi)活塞風(fēng)來(lái)冷卻乘客所在公共區(qū)的溫度，從而降低春秋季節(jié)地鐵通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷，從而節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。

（4）對(duì)于北方地區(qū)，春秋季節(jié)相對(duì)較長(zhǎng)，通過(guò)對(duì)地鐵全年消耗能量的數(shù)據(jù)分析可得，智能可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)每年可節(jié)省電能消耗量23.4%、節(jié)約地鐵運(yùn)行費(fèi)用26%，并且，當(dāng)?shù)剡^(guò)渡季節(jié)越長(zhǎng)，智能可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)節(jié)約能源的優(yōu)勢(shì)越明顯[1]。

2.3 活塞風(fēng)影響分析

列車的活塞作用是指當(dāng)列車在既定隧道內(nèi)軌道安全行駛時(shí)，隧道中的空氣順著列車運(yùn)行的方向流動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中形成的氣流稱為活塞氣流。當(dāng)列車到達(dá)目的地時(shí)，隧道內(nèi)易形成較大正壓強(qiáng)，活塞風(fēng)由出入口流出。列車從出站口出發(fā)時(shí)，隧道內(nèi)易形成較大負(fù)壓強(qiáng)，能將出入口的新空氣吸入。由于列車在進(jìn)站和出站過(guò)程中易形成活塞效應(yīng)，這就使隧道內(nèi)空氣與隧道外空氣的交換成為可能，一方面增加了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在溫度較高月份的冷卻耗能，另一方面降低了空調(diào)系統(tǒng)在溫度較低月份的冷卻耗能。列車的活塞效應(yīng)在冬季和過(guò)渡性季節(jié)能有效解決機(jī)械設(shè)備冷卻時(shí)間及能耗，與此同時(shí)，也解決了在冬季和過(guò)渡季節(jié)站臺(tái)層空間新鮮空氣不足及空氣質(zhì)量下降等問(wèn)題。在列車進(jìn)出站過(guò)程中，活塞風(fēng)將隧道內(nèi)列車啟動(dòng)散發(fā)的熱量和列車到站制動(dòng)散發(fā)的熱量帶入站臺(tái)層，在夏季，活塞風(fēng)通過(guò)出入口將地鐵站外高溫空氣帶入，這將增加地鐵站空調(diào)系統(tǒng)冷卻能耗。

2.4 可調(diào)智能通風(fēng)窗設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)活塞風(fēng)對(duì)地鐵的影響，為充分利用活塞風(fēng)調(diào)節(jié)站內(nèi)空氣環(huán)境，按照設(shè)計(jì)要求，可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)的通風(fēng)口的大小要根據(jù)設(shè)定的溫度、濕度、壓強(qiáng)等條件，可進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)窗開(kāi)合角度。在實(shí)驗(yàn)室就行模仿實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該設(shè)備的組成部分為：溫濕度傳感器、壓力傳感器、可控扇葉、控制面板、電機(jī)。

通過(guò)溫濕度傳感器探測(cè)軌行區(qū)和站臺(tái)區(qū)兩側(cè)的溫濕度，通過(guò)壓力傳感器探測(cè)通風(fēng)窗兩側(cè)的風(fēng)壓力差，同時(shí)將采集到的溫濕度、壓力數(shù)值上傳到控制終端，控制電機(jī)正反裝開(kāi)合扇葉。

智能通風(fēng)窗調(diào)節(jié)系統(tǒng)由一個(gè)主控制單元和多個(gè)分控制單元組成，智能通風(fēng)窗調(diào)節(jié)系統(tǒng)可通過(guò)主控制單元對(duì)通風(fēng)窗進(jìn)行全面控制，也可通過(guò)主控制單元對(duì)單個(gè)或多個(gè)分控制單元進(jìn)行通風(fēng)窗控制。

智能通風(fēng)窗調(diào)節(jié)系統(tǒng)主控制單元要想提高產(chǎn)品的可靠性及穩(wěn)定性，可通過(guò)設(shè)置雙通道，當(dāng)?shù)罔F智能通風(fēng)窗調(diào)節(jié)系統(tǒng)一路控制電路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能自動(dòng)換到另一路，同時(shí)主控制單元還能記錄損壞電路的故障情況，供工作人員分析。

具體控制過(guò)程：通過(guò)分析溫濕度傳感器與壓力傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)控制算法判斷標(biāo)準(zhǔn)值與測(cè)定值大小，同時(shí)，根據(jù)軌行區(qū)隧道中壓力傳感器監(jiān)測(cè)到壓力數(shù)值判斷風(fēng)壓的正負(fù)值。如果隧道內(nèi)溫度和空氣濕度比值高于國(guó)家參考標(biāo)準(zhǔn)比值，并且隧道內(nèi)風(fēng)力壓強(qiáng)值比國(guó)家參考標(biāo)準(zhǔn)值小，且隧道內(nèi)風(fēng)力壓強(qiáng)值為正時(shí)，通風(fēng)窗的扇葉經(jīng)系統(tǒng)命令控制打開(kāi)，隧道內(nèi)活塞風(fēng)通過(guò)通風(fēng)窗進(jìn)入站臺(tái)層用于冷卻空氣或輔助機(jī)械冷卻。軌行區(qū)隧道中風(fēng)力壓強(qiáng)值為負(fù)且室外風(fēng)力壓強(qiáng)值低于系統(tǒng)設(shè)置的參考標(biāo)準(zhǔn)值，扇葉經(jīng)系統(tǒng)命令控制打開(kāi)，此時(shí)，地鐵外壓力值低的新鮮空氣通過(guò)扇葉進(jìn)入地鐵內(nèi)。若室外壓力值低于國(guó)家參考標(biāo)準(zhǔn)值而隧道內(nèi)壓力值高于國(guó)家參考標(biāo)準(zhǔn)值，扇葉經(jīng)系統(tǒng)命令控制關(guān)閉，活塞風(fēng)無(wú)法進(jìn)入站臺(tái)層，這樣可以避免活塞風(fēng)對(duì)地鐵空間環(huán)境的不利影響。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析，采用智能可調(diào)通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)符合地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)區(qū)間隧道內(nèi)空氣溫度的要求。

（2）采用智能控制系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定模式進(jìn)行空調(diào)季節(jié)和非空調(diào)季節(jié)選擇，屏蔽門(mén)的通風(fēng)窗口既可以開(kāi)啟又可以關(guān)閉，這樣可以需要使用空調(diào)的季節(jié)，最大程度發(fā)揮活塞風(fēng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，又可以在不需要使用空調(diào)的季節(jié)，充分利用活塞風(fēng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（3）采用智能控制系統(tǒng)，在非空調(diào)季節(jié)，可根據(jù)設(shè)定的溫度、濕度、壓強(qiáng)等條件，自行調(diào)節(jié)通風(fēng)窗口大小，更加智能精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)站內(nèi)環(huán)境。

（4）智能通風(fēng)窗屏蔽門(mén)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，他作為一種新的站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)，不僅能夠降低空調(diào)系統(tǒng)在其使用季節(jié)的能量消耗，節(jié)約費(fèi)用，還能實(shí)現(xiàn)綠色交通可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到國(guó)家對(duì)軌道交通的環(huán)境質(zhì)量要求，營(yíng)建一個(gè)舒適宜人的地鐵空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國(guó)富，劉海東，潘雷.可調(diào)通風(fēng)型站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)在濟(jì)南地鐵中的適用性研究[J]. 機(jī)電工程，2016（29）：99-103.

[2]李澤青，郭佳慧，農(nóng)枋潼.用于地鐵空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的全工況智能通風(fēng)窗-會(huì)呼吸-的屏蔽門(mén)[J].交通行業(yè)節(jié)能，2019（4）：37-39.

[3]朱穎心，秦緒忠，江億.站臺(tái)屏蔽門(mén)在地鐵熱環(huán)境控制中的經(jīng)濟(jì)性分析[J].建筑科學(xué)，1997（4）：42-46.

[4]周益海.地鐵車站智能屏蔽門(mén)的研發(fā)[J].機(jī)電信息.2019（21）.

[5]陳治平.論活塞風(fēng)對(duì)屏蔽門(mén)運(yùn)行造成的影響[J].住宅與房地產(chǎn).2018（02）.

[6]朱博.試論屏蔽門(mén)對(duì)軌道交通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的影響[J].科技風(fēng).2017（10）.