地鐵車站排熱風(fēng)機(jī)兼公共區(qū)排煙系統(tǒng)方案探討

吳 進(jìn)

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

0 引言

地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)一般包括區(qū)間隧道通風(fēng)兼排煙系統(tǒng)(簡稱“區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)”)、車站隧道通風(fēng)兼排煙系統(tǒng)(簡稱“車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)”)、車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)兼防排煙系統(tǒng)(簡稱“大系統(tǒng)”)、車站設(shè)備區(qū)及管理用房通風(fēng)空調(diào)兼防排煙系統(tǒng)(簡稱“小系統(tǒng)”)以及車站水系統(tǒng)。隧道通風(fēng)及大、小系統(tǒng)設(shè)備均獨立配置。運營過程中，各系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域不同，相互獨立運行，也可相互聯(lián)動。

根據(jù)地鐵工程實際運營情況及理論分析研究，業(yè)界對車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置的必要性提出了異議，本文基于業(yè)內(nèi)研究及工程實際情況，提出排熱風(fēng)機(jī)替代大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)的方案，供大家探討。

1 隧道通風(fēng)系統(tǒng)

地下車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)分為車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)和區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)，車站隧道通風(fēng)服務(wù)范圍為車站屏蔽門外列車停車隧道區(qū)域，站臺列車停車范圍以外隧道部分為區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)服務(wù)范圍。

區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)主要在列車正常、阻塞、火災(zāi)運行工況下，區(qū)間內(nèi)的溫度、風(fēng)速、煙氣流向及氣壓變化滿足規(guī)范及技術(shù)要求，地鐵車站一般采用雙活塞隧道通風(fēng)系統(tǒng)，車站兩端分別設(shè)置兩組活塞風(fēng)井、兩臺隧道風(fēng)機(jī)及配套風(fēng)閥、消聲器等，隧道風(fēng)機(jī)互為備用，也可并聯(lián)運行。

車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)主要滿足列車到站后排除列車散熱以及火災(zāi)工況下排煙需求，系統(tǒng)由排熱風(fēng)機(jī)、消聲器、風(fēng)閥、土建風(fēng)道及風(fēng)口組成，以車站中心里程為界，分為左右兩端，每端設(shè)置一臺排熱風(fēng)機(jī)及相應(yīng)風(fēng)閥、消聲器等，采用變頻控制。

圖1為某地鐵車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)原理圖，圖中，車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)TEF為排熱風(fēng)機(jī)，DZ，DT，DTH為電動風(fēng)閥，F(xiàn)D，F(xiàn)DH為防火閥，XSQ為消聲器。區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)不在本文重點討論范圍，故，相關(guān)設(shè)備未標(biāo)記符號。

國內(nèi)地鐵車站排熱風(fēng)機(jī)(TEF-A1，B1)風(fēng)量一般根據(jù)客流量和行車對數(shù)等數(shù)據(jù)，采用軟件模擬計算分析，取值40 m3/s～50 m3/s，風(fēng)壓600 Pa～800 Pa。本站排熱風(fēng)機(jī)參數(shù)為40 m3/s,800 Pa。

正常運營時，TEF,DTH,DT為開啟狀態(tài)，軌頂與軌底排風(fēng)道風(fēng)量比例為6∶4，由電動風(fēng)閥調(diào)節(jié)，防火閥為常開狀態(tài)，具體控制策略不贅述。

車站隧道火災(zāi)工況時，TEF-A1,B1開啟，根據(jù)著火的區(qū)域選擇性開啟DTH，同時關(guān)閉DT，防火閥根據(jù)溫度自動熔斷關(guān)閉，排熱風(fēng)機(jī)控制策略為：

1)當(dāng)下行線車站隧道著火時，開啟TEF-A1,B1，開啟DTH-A1,B1，關(guān)閉DTH-A2,B2，關(guān)閉DT-A1,A2,B1,B2，區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)輔助排煙。

2)當(dāng)上行線車站隧道著火時，開啟TEF-A1，B1，開啟DTH-A2，B2，關(guān)閉DTH-A1，B1，關(guān)閉DT-A1，A2，B1，B2，區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)輔助排煙。

地鐵車站其他緊急情況下全通風(fēng)模式，排熱風(fēng)機(jī)控制策略為：TEF-A1，B1開啟，工頻運行；DTH，DT開啟，且軌頂與軌底排風(fēng)道風(fēng)量按6∶4比例調(diào)節(jié)DTH和DT的狀態(tài)。

國內(nèi)關(guān)于設(shè)置排熱風(fēng)機(jī)必要性的討論主要有以下觀點：

1)從排熱的角度分析，當(dāng)?shù)叵萝囌竟矃^(qū)設(shè)置了空調(diào)系統(tǒng)，室外溫度<車站公共區(qū)溫度<軌行區(qū)溫度，排熱風(fēng)機(jī)有利；車站公共區(qū)溫度<軌行區(qū)溫度<室外溫度，排熱風(fēng)機(jī)不利；車站公共區(qū)溫度<室外溫度<軌行區(qū)溫度，排熱風(fēng)機(jī)利弊需定量分析。

2)從排煙的角度分析，因其功能可由隧道風(fēng)機(jī)替代，故設(shè)置的必要性很弱。

3)從工程建設(shè)角度分析，因其對土建方案、車站規(guī)模、建設(shè)工期均有不利影響，設(shè)置的必要性也大打折扣。

2 大系統(tǒng)

地鐵車站大系統(tǒng)設(shè)備集中布置在車站左右兩端通風(fēng)空調(diào)機(jī)房內(nèi)，原則上每端設(shè)置1臺組合式空調(diào)機(jī)組、1臺回排風(fēng)機(jī)、1臺排煙風(fēng)機(jī)，以及風(fēng)管、風(fēng)閥、消聲器、風(fēng)口等組成。

本文重點討論地鐵車站排煙系統(tǒng)情況，車站A端大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)及車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)排熱風(fēng)機(jī)機(jī)房布置圖詳見圖2，車站大系統(tǒng)原理圖詳見圖3。

本站站廳層公共區(qū)面積為2 550 m2，站臺公共區(qū)面積為1 500 m2。按照《地鐵設(shè)計規(guī)范》中“站廳與站臺的公共區(qū)每個防煙分區(qū)的建筑面積不宜超過2 000 m2”的要求[1]，站廳、站臺公共區(qū)分別劃分兩個防煙分區(qū)，分別為防煙分區(qū)一～防煙分區(qū)四，排煙風(fēng)機(jī)PY-A1,B1分別擔(dān)負(fù)防煙分區(qū)一、三和防煙分區(qū)二、四的排煙量。

按照“地下車站站臺、站廳火災(zāi)時的排煙量，應(yīng)根據(jù)一個防煙分區(qū)的建筑面積1 m3/(m2·min)計算，當(dāng)排煙設(shè)備需要同時排除兩個或兩個以上防煙分區(qū)的煙量時，其設(shè)備能力應(yīng)按排除所負(fù)責(zé)的防煙分區(qū)中最大的兩個防煙分區(qū)的煙量配置”的原則[2]，排煙風(fēng)機(jī)的計算風(fēng)量為120 000 m3/h，選型風(fēng)量一般按計算風(fēng)量乘以1.2的安全系數(shù)，即PY-A1,B1選型風(fēng)量為40 m3/s。對排煙系統(tǒng)最不利管路進(jìn)行水力計算，系統(tǒng)阻力損失約為800 Pa。

運營模式上，車站大系統(tǒng)分正常運行的空調(diào)和通風(fēng)模式，以及火災(zāi)情況下的排煙模式。正常運行時根據(jù)需求不同，在空調(diào)季分小新風(fēng)、全新風(fēng)、節(jié)能工況以及通風(fēng)季機(jī)械送、自然排，機(jī)械排、自然送的模式[3-4]，具體控制策略此處不作贅述。

對于排煙模式，根據(jù)區(qū)域及防煙分區(qū)的不同，制定不同的控制策略。所有控制策略均通過啟、停相關(guān)設(shè)備以及各區(qū)域、各分區(qū)風(fēng)管的電動風(fēng)閥完成模式轉(zhuǎn)換。

當(dāng)A端站廳公共區(qū)(防煙分區(qū)一)著火時，啟動A端大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)，開啟A端站廳層公共區(qū)回排風(fēng)支管上電動風(fēng)閥，關(guān)閉大系統(tǒng)組空、回排風(fēng)機(jī)以及送風(fēng)管上電動風(fēng)閥，關(guān)閉站臺層公共區(qū)排風(fēng)管上電動風(fēng)閥；當(dāng)B端站廳公共區(qū)(防煙分區(qū)二)著火時，啟動B端大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)，開啟B端站廳層公共區(qū)回排風(fēng)支管上電動風(fēng)閥，關(guān)閉大系統(tǒng)組空、回排風(fēng)機(jī)以及送風(fēng)管上電動風(fēng)閥，關(guān)閉站臺層公共區(qū)排風(fēng)管上電動風(fēng)閥。

當(dāng)站臺公共區(qū)著火時，除滿足以面積計算的排煙量外，還應(yīng)滿足站廳到站臺樓梯和扶梯口處具有能夠有效阻止煙氣向上蔓延的氣流，且向下氣流速度不應(yīng)小于1.5 m/s，因此對于地鐵車站站臺公共區(qū)著火時，除了啟動大系統(tǒng)A，B端排煙風(fēng)機(jī)，開啟站臺層公共區(qū)排風(fēng)管上電動風(fēng)閥，關(guān)閉其他無關(guān)設(shè)備及站廳層排風(fēng)管上電動風(fēng)閥外，同時都會開啟隧道通風(fēng)系統(tǒng)輔助排煙。

3 方案分析

基于以上對車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)及大系統(tǒng)的分析，本文提出由排熱風(fēng)機(jī)替代排煙風(fēng)機(jī)的方案，方案機(jī)房布置詳如圖4所示。

本方案相比原方案(見圖2)，取消了原系統(tǒng)中排煙風(fēng)機(jī)PY-A1、止回閥，將PY-A1正壓端排煙風(fēng)管路徑改接到排熱風(fēng)機(jī)TEF-A1負(fù)壓段風(fēng)道內(nèi)，并在新的排煙風(fēng)管上設(shè)置電動風(fēng)閥DTH-A3，系統(tǒng)原理詳見圖1，圖3。圖3左端中，取消排煙風(fēng)機(jī)PY-A1和止回閥，取消b-c段排煙風(fēng)管，從b點接出一段新排煙風(fēng)管b-a，并在b-a上增加電動風(fēng)閥DTH-A3，圖3中a點與圖1中a點對應(yīng)。

對于排熱風(fēng)機(jī)替代排煙風(fēng)機(jī)的方案，主要從以下幾個方面分析方案可行性：

1)設(shè)備參數(shù)及方案布置。

當(dāng)排熱風(fēng)機(jī)選型參數(shù)與車站大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)選型參數(shù)相同，或排熱風(fēng)機(jī)各項參數(shù)大于大系統(tǒng)排煙系統(tǒng)需求，且排熱風(fēng)機(jī)的布置滿足大系統(tǒng)排煙需求時，理論上，排熱風(fēng)機(jī)可替代大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)[5-6]。

以本站為例，車站大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)選型參數(shù)：風(fēng)量40 m3/s、風(fēng)壓800 Pa，而本站排熱風(fēng)機(jī)設(shè)備參數(shù)：風(fēng)量40 m3/s，風(fēng)壓800 Pa，兩者參數(shù)相同；另外根據(jù)規(guī)范要求，排煙風(fēng)機(jī)宜設(shè)置在排煙區(qū)的同層或上層，本站排熱風(fēng)機(jī)設(shè)置在站廳層，滿足規(guī)范要求。對于其他地鐵工程，只要排熱風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓與大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓相近或者略大，且排熱風(fēng)機(jī)設(shè)置在排煙區(qū)的同層或上層，均可考慮排熱風(fēng)機(jī)替代大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)。

2)功能使用及系統(tǒng)控制。

a.正常運營。關(guān)閉大系統(tǒng)排煙風(fēng)管上電動風(fēng)閥，即圖3左端中DTH-A3，則車站區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)和大系統(tǒng)兩個系統(tǒng)完全隔斷，互不干擾，可各自行使其職能，運行策略同2，3章節(jié)分析。b.火災(zāi)工況。地鐵規(guī)范對地鐵火災(zāi)的原則是“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的方針，且一條線、一座換乘車站及其相鄰區(qū)間的防火設(shè)計按同一時間發(fā)生一次火災(zāi)計，車站公共區(qū)和車站隧道區(qū)域不考慮同時著火的情況。

車站隧道火災(zāi)時，關(guān)閉大系統(tǒng)排煙風(fēng)管上的電動風(fēng)閥DTH-A3，車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)與大系統(tǒng)為兩個獨立的系統(tǒng)，車站隧道區(qū)域按照章節(jié)2中火災(zāi)工況根據(jù)需求執(zhí)行相應(yīng)的模式。

車站公共區(qū)火災(zāi)時，關(guān)閉車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)軌頂、軌底上的電動風(fēng)閥DTH-A1，A2，DT-A1，A2，切斷軌頂、軌底風(fēng)道，打開車站大系統(tǒng)排煙總管上電動風(fēng)閥DTH-A3，根據(jù)車站公共區(qū)火災(zāi)發(fā)生區(qū)域，分別執(zhí)行各區(qū)域排煙模式，控制策略同章節(jié)3中排煙模式的分析。

對于隧道通風(fēng)輔助車站站臺公共區(qū)排煙的情況，有試驗表明，開啟4臺隧道風(fēng)機(jī)輔助排煙，樓扶梯口部風(fēng)速為4.1 m/s～6.7 m/s，開啟2臺排熱風(fēng)機(jī)輔助排煙時，樓扶梯口部風(fēng)速為1.3 m/s～1.9 m/s，可以看出，排熱風(fēng)機(jī)輔助站臺層公共區(qū)排煙的效果不佳，且僅開啟隧道風(fēng)機(jī)輔助排煙即可滿足要求。

因此由排熱風(fēng)機(jī)替代大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)對大系統(tǒng)及車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)均影響不大。

3)工程建設(shè)及投資。

從建筑布置而言，替代方案，減少了專用排煙機(jī)房的設(shè)置，可取消此部分土建初投資。另外，每個地鐵車站減少2臺大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)，可相應(yīng)減少了動力配電、供電系統(tǒng)以及綜合監(jiān)控等專業(yè)的相關(guān)配置，也可以節(jié)省一部分設(shè)備初投資，并優(yōu)化運營維護(hù)管理成本。因此，排熱風(fēng)機(jī)替代大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)有一定的經(jīng)濟(jì)價值。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)地鐵工程建設(shè)過程中，暫未有城市完全取消排熱風(fēng)機(jī)的設(shè)置。

基于業(yè)內(nèi)對排熱風(fēng)機(jī)設(shè)置必要性存有異議，為充分利用排熱風(fēng)機(jī)，結(jié)合以上方案分析及工程實際情況，認(rèn)為在符合設(shè)計條件的情況下，用排熱風(fēng)機(jī)替代大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)有一定的可行性及利用價值。

因此，建議有條件的地鐵車站可考慮由排熱風(fēng)機(jī)替代大系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)的設(shè)計方案。