地鐵車站單端送風(fēng)技術(shù)方案研究

王繼坡

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

0 引言

近些年，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅速，新建地鐵城市越來(lái)越多。在地鐵車站的很多專業(yè)中，通風(fēng)空調(diào)專業(yè)占有舉足輕重的地位。對(duì)公共區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)方案，在設(shè)計(jì)中普遍采用兩臺(tái)空調(diào)器分設(shè)兩端，分別負(fù)擔(dān)一半公共區(qū)冷負(fù)荷。該文將探討另一種空調(diào)器設(shè)置方法，即兩臺(tái)空調(diào)器均設(shè)置于單端，為公共區(qū)送風(fēng)。并通過(guò)兩種方案的對(duì)比，對(duì)公共區(qū)的空調(diào)設(shè)計(jì)提供一些新建議。

1 項(xiàng)目概況

牡丹橋站位于洛陽(yáng)市九都西路與解放路交叉口，為地下兩層（局部三層）車站，車站長(zhǎng)度189米，寬度21.1米。地下一層為站廳層，面積約1800m，地下二層為站臺(tái)層，面積約1350m。車站共設(shè)置四個(gè)出入口，其中三個(gè)出入口長(zhǎng)度均超過(guò)60米，需要考慮設(shè)置防排煙和空調(diào)措施。公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)方案采用變風(fēng)量全空氣一次回風(fēng)，過(guò)度季節(jié)采用通風(fēng)模式。出入口設(shè)置多聯(lián)機(jī)制冷。站廳層的布置圖如圖1所示。

圖1主要表達(dá)了小端通風(fēng)空調(diào)機(jī)房和車站公共區(qū)的位置關(guān)系、小端機(jī)房的開(kāi)間進(jìn)深要求和大致面積需求。左端環(huán)控機(jī)房布置與站廳層上方（圖1中未顯示），而右端環(huán)控機(jī)房布置緊挨站廳公共區(qū)，有利于通風(fēng)空調(diào)設(shè)備布置。

圖1 站廳層布置圖

2 單端送風(fēng)系統(tǒng)布置

2.1 通風(fēng)空調(diào)設(shè)備布置

牡丹橋站公共區(qū)冷負(fù)荷562.9kW，站廳冷負(fù)荷302.3kW，站臺(tái)冷負(fù)荷260.6kW，設(shè)計(jì)兩臺(tái)水冷直接制冷式空調(diào)機(jī)組（單臺(tái)風(fēng)量46100m/h，制冷量281.5kW，風(fēng)壓500Pa），兩臺(tái)機(jī)組均設(shè)置于右端環(huán)控機(jī)房，左端不再設(shè)置空調(diào)機(jī)組。右端環(huán)控機(jī)房?jī)?nèi)，設(shè)置一排風(fēng)機(jī)，用于過(guò)度季節(jié)通風(fēng)換氣。左右端環(huán)控機(jī)房?jī)?nèi)各設(shè)置一臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，滿足消防要求。

2.2 設(shè)備運(yùn)營(yíng)策略

根據(jù)運(yùn)營(yíng)節(jié)能需求，公共區(qū)設(shè)一集中回風(fēng)口，混風(fēng)箱至混風(fēng)室設(shè)連通管，空調(diào)季運(yùn)營(yíng)時(shí)，連通管打開(kāi)，通過(guò)集中回風(fēng)口進(jìn)行回風(fēng)，不再開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)，新風(fēng)量由新風(fēng)閥連續(xù)調(diào)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)充；過(guò)度季節(jié)時(shí)，打開(kāi)排風(fēng)機(jī)，關(guān)閉集中回風(fēng)口，由空調(diào)機(jī)組和排風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣。同時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組之間設(shè)置旁通管，互為備用。環(huán)控機(jī)房設(shè)備布置如圖2所示。

圖2表示了單端送風(fēng)方案時(shí)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備位置的布置。較為細(xì)致地表達(dá)了兩臺(tái)空調(diào)器的連接設(shè)置、排風(fēng)機(jī)的設(shè)置和排煙風(fēng)機(jī)的設(shè)置等問(wèn)題，同時(shí)表達(dá)了公共區(qū)集中回風(fēng)口的設(shè)置，為單獨(dú)送風(fēng)提供了一個(gè)可參考的機(jī)房布置。

圖2 單端送風(fēng)機(jī)組方案布置

3 單端送風(fēng)系統(tǒng)分析研

3.1 單端送風(fēng)系統(tǒng)建筑方案

對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站而言，公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備一般設(shè)置于車站兩端通風(fēng)空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備中組合式空調(diào)器的設(shè)備尺寸最大，通?？蛇_(dá)到6米~7米，甚至部分設(shè)備長(zhǎng)度可達(dá)到8米以上?？紤]機(jī)組前后側(cè)接管、設(shè)備檢修和人員通行要求，兩端環(huán)控機(jī)房進(jìn)深一般均要求在15米以上。對(duì)地鐵車站而言，兩端環(huán)控機(jī)房均為最大的設(shè)備用房，優(yōu)化其布置，對(duì)車站規(guī)模影響很大。

采用單端送風(fēng)之后，最大的兩端組合式空調(diào)器均設(shè)置于小端機(jī)房?jī)?nèi)，小端機(jī)房滿足組合式空調(diào)器進(jìn)深要求即可，大端機(jī)房?jī)?nèi)僅設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)房進(jìn)深僅7米~8米即可滿足要求，可直接節(jié)約一跨長(zhǎng)度，有效地縮減了車站規(guī)模。

大端通風(fēng)空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，僅設(shè)置為小系統(tǒng)服務(wù)的風(fēng)機(jī)，不再考慮落地的冷水機(jī)組、水泵等水系統(tǒng)，設(shè)備布置更加規(guī)整?？煽紤]將機(jī)房分為多個(gè)小機(jī)房，分開(kāi)設(shè)置，更加有利于走管線。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站而言，車站小端一般設(shè)置環(huán)控機(jī)房、環(huán)控電控室、照明配電室、配電間和強(qiáng)弱電電井等房間。各個(gè)房間單獨(dú)設(shè)置，環(huán)控電控室、照明配電室等設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)。小端房間一般較為富裕，會(huì)設(shè)置備品庫(kù)、備用間等小房間。

當(dāng)把兩臺(tái)組合式空調(diào)器均設(shè)置與一端后，通風(fēng)空調(diào)機(jī)房直接由原來(lái)的約200平方米，增加至約380平方米，而直接將原來(lái)的環(huán)控電控柜，放置于環(huán)控機(jī)房?jī)?nèi)，強(qiáng)弱電井等小房間也盡量通過(guò)夾層設(shè)置于機(jī)房?jī)?nèi)。將面積規(guī)模較小的照明配電室、配線間等單獨(dú)設(shè)置。兩臺(tái)空調(diào)器集中設(shè)置在一端機(jī)房?jī)?nèi)，更加有利于運(yùn)營(yíng)管理，且機(jī)房面積較大，空調(diào)器的運(yùn)輸檢修更加方便。

房間調(diào)整后，環(huán)控電控室、照明配電室將不再設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)，環(huán)控電控室的散熱量可以直接通過(guò)環(huán)控機(jī)房的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行排出。而其他小房間僅通過(guò)一臺(tái)單獨(dú)的小排風(fēng)機(jī)即可滿足通風(fēng)要求。對(duì)環(huán)控機(jī)房，緊挨公共區(qū)，有利于集中回風(fēng)、縮短送風(fēng)距離。小端通風(fēng)空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，落地設(shè)備除兩臺(tái)空調(diào)器外，水系統(tǒng)僅有兩臺(tái)冷卻水泵和水處理儀，其余設(shè)備均為吊裝風(fēng)機(jī)，機(jī)房更加整齊美觀。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)車站而言，為了地面美觀需求，一般情況下小端新排風(fēng)井面積基本和大端相當(dāng)，即使車站小端，新風(fēng)井一般面積在12㎡左右，排風(fēng)井面積在16㎡左右。而實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，小端的風(fēng)量是遠(yuǎn)小于大端的，風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速很小，這就造成了小端土建風(fēng)井的浪費(fèi)。

采用單端送風(fēng)后，左右兩端送排風(fēng)總量基本相當(dāng)，左右端風(fēng)井面積相差不大，可同時(shí)縮減兩端新排風(fēng)井面積，兩端新風(fēng)井面積要求10㎡、排風(fēng)井面積14㎡即可滿足要求，更加合理充分的利用土建風(fēng)井。

3.2 單端送風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)空調(diào)研究

采用單端送風(fēng)后，大系統(tǒng)兩臺(tái)空調(diào)器緊挨公共區(qū)，通過(guò)連通管，在緊挨機(jī)房隔墻處公共區(qū)設(shè)置集中回風(fēng)口，在空調(diào)季節(jié)，可直接關(guān)閉回排風(fēng)機(jī)，通過(guò)兩臺(tái)水冷直接制冷機(jī)組的負(fù)壓即可實(shí)現(xiàn)公共區(qū)的回風(fēng)，與標(biāo)準(zhǔn)車站相比，一端一臺(tái)的回排風(fēng)機(jī)（功率約15kW）直接減少了兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。

冷源及末端設(shè)備的選擇。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)車站，均會(huì)選擇自建冷站，根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50157-2013和《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012，冷凍機(jī)房應(yīng)設(shè)置在靠近空調(diào)負(fù)荷中心的位置，在大端機(jī)房設(shè)置冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵及其配套設(shè)備，地面設(shè)置冷卻塔，通過(guò)制備冷水來(lái)實(shí)現(xiàn)車站的大小系統(tǒng)制冷。

采用單端送風(fēng)后，僅公共區(qū)采用水制冷，不再設(shè)置冷水機(jī)房。公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備選用兩臺(tái)水冷直接制冷式空調(diào)機(jī)組，分別服務(wù)站廳層和站臺(tái)層，并在機(jī)房設(shè)置旁通管，可實(shí)現(xiàn)互為備用。兩臺(tái)機(jī)組直接實(shí)現(xiàn)冷水的制備和空氣的處理，并能直接向公共區(qū)進(jìn)行送風(fēng)。環(huán)控機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置冷卻水泵和冷卻水系統(tǒng)，地面設(shè)置冷卻塔。冷凍水系統(tǒng)已直接集成在機(jī)組內(nèi)，通風(fēng)空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)不設(shè)冷凍水泵及冷凍水系統(tǒng)。

由于不再自建冷站，車站小系統(tǒng)不再采用全空氣一次回風(fēng)系統(tǒng)。電氣設(shè)備用房和管理用房采用多聯(lián)機(jī)+送排風(fēng)系統(tǒng)，過(guò)度季節(jié)和冬季，開(kāi)啟送排風(fēng)降溫，空調(diào)季節(jié)開(kāi)啟多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，人員房間同時(shí)開(kāi)啟小新風(fēng)。不利影響是設(shè)備用房采用多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，多聯(lián)機(jī)外機(jī)數(shù)量較多，需要在地面考慮多聯(lián)機(jī)外機(jī)用地，會(huì)對(duì)地面景觀造成影響。

對(duì)超長(zhǎng)出入口等需要單獨(dú)制冷的區(qū)域，由于不再設(shè)置冷水系統(tǒng)，因此只能選擇多聯(lián)機(jī)進(jìn)行制冷。該站的1、3、4號(hào)出入口均單獨(dú)設(shè)置多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備分布較為分散，對(duì)運(yùn)營(yíng)檢修較為不利。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)車站，多聯(lián)機(jī)外機(jī)較少，可直接考慮設(shè)置于排風(fēng)井底部，室外僅設(shè)置冷卻塔，對(duì)地面景觀十分有利。標(biāo)準(zhǔn)車站的超長(zhǎng)出入口等其他需要設(shè)置空調(diào)的區(qū)域，都可直接通過(guò)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤(pán)管處理，不必過(guò)多設(shè)置多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。此處差異較大，選擇方案時(shí)須分外重視。

水冷直接制冷式空調(diào)機(jī)組風(fēng)壓的選取是單端制冷方案選擇的關(guān)鍵。對(duì)空調(diào)器而言，送風(fēng)管需跨越整個(gè)公共區(qū)，最遠(yuǎn)端送風(fēng)口距離達(dá)到130米，而最近的送風(fēng)口距離僅20米左右，如何實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)端送風(fēng)口有風(fēng)、如何實(shí)現(xiàn)送風(fēng)口均勻送風(fēng)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。該文將以站廳層一送風(fēng)管為例，說(shuō)明設(shè)計(jì)思路。

選取風(fēng)管長(zhǎng)度92米，共設(shè)置方形散流器送風(fēng)口16個(gè)，單個(gè)尺寸400mm×400mm?？偹惋L(fēng)量22144m3/h，單個(gè)風(fēng)口送風(fēng)量1384m3/h，風(fēng)口平均風(fēng)速=2.4m/s。

空氣在流動(dòng)時(shí)，靜壓p=?ρv，動(dòng)壓p=?ρv，孔口出流角tg=v/v，孔口平均速度：=μv（取0.239）。

V/V（風(fēng)口靜壓流速/實(shí)際風(fēng)管）應(yīng)大于1.732，有難度時(shí)要保證不小于1.2。站廳風(fēng)口布置圖如圖3所示。

圖3 站廳風(fēng)口布置圖

站廳支管共設(shè)計(jì)16個(gè)送風(fēng)口，將風(fēng)管分為16個(gè)斷面，逐一對(duì)斷面風(fēng)量、風(fēng)速就行計(jì)算。對(duì)1斷面處：

風(fēng)口靜壓流速如式（1）所示。

風(fēng)口平均流速的計(jì)算公式適用于方形散流器，如果采用矩形散流器，需要將公式中的6.2改為5.7。

風(fēng)口靜壓如式（2）所示。

風(fēng)管實(shí)際管內(nèi)風(fēng)速如式（3）所示。

管內(nèi)動(dòng)壓如式（4）所示。

全壓=P+P=74.75Pa。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 單端送風(fēng)風(fēng)壓計(jì)算表

從表1可以看出，可通過(guò)適當(dāng)調(diào)整風(fēng)管管徑，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)風(fēng)口之間壓力降低約等于兩個(gè)風(fēng)口之間的壓力損失，基本可實(shí)現(xiàn)所有風(fēng)口風(fēng)速在2.4m/s左右，即可實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)。而從第一個(gè)風(fēng)口到最末端風(fēng)口的壓力損失約為75Pa左右。通過(guò)調(diào)整風(fēng)管設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)在設(shè)備小風(fēng)壓的前提下滿足通風(fēng)效果。站臺(tái)層共設(shè)置風(fēng)口28個(gè)，采用同樣的方法進(jìn)行計(jì)算。然后綜合確定設(shè)備風(fēng)壓。

消防系統(tǒng)的影響。對(duì)大端排煙系統(tǒng)，消防排煙風(fēng)機(jī)需要單獨(dú)設(shè)置，供消防專用，直接上IBP盤(pán)，更有利于控制；對(duì)小端，由于設(shè)置閥門(mén)較多，存在更多控制問(wèn)題，因此需要多加注意。

3.3 單端送風(fēng)系統(tǒng)對(duì)其他專業(yè)的影響

單端送風(fēng)系統(tǒng)對(duì)其他專業(yè)的影響主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。1） 有利于綜合管線布置。對(duì)地鐵車站而言，大端設(shè)備區(qū)是所有管線密集區(qū)域，管線布置異常困難。一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)站內(nèi)走道管線布置完成后，已無(wú)上人檢修空間。采用單端送風(fēng)后，穿越大端設(shè)備區(qū)的大系統(tǒng)管線的僅有排煙風(fēng)管一根，非常有利于管線布置。根據(jù)2號(hào)線現(xiàn)場(chǎng)情況，基本可保證任何一處上人檢修。小端公共區(qū)第一跨緊挨機(jī)房，為管線最復(fù)雜處，須與建筑認(rèn)真配合，留好管線位置。2）有利于運(yùn)營(yíng)管理。公共區(qū)的設(shè)備集中放置，且緊挨公共區(qū)，更加方便運(yùn)營(yíng)管理。空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，落地設(shè)備少，機(jī)房空間大，更有利于設(shè)備檢修、維護(hù)。3） 設(shè)備運(yùn)輸路徑更好設(shè)置。兩臺(tái)機(jī)組設(shè)置與小端，大端沒(méi)有大型設(shè)備，僅考慮風(fēng)機(jī)運(yùn)輸路徑即可，一般情況下，僅需考慮2000mm×2500mm的運(yùn)輸路徑即可滿足要求。而小端一般設(shè)備較少，兩臺(tái)機(jī)組一起考慮運(yùn)輸路徑，更好優(yōu)化路徑布置。4） 對(duì)給排水專業(yè)，落地空調(diào)器集中布置，補(bǔ)水及排水更加方便，可僅考慮在小端空調(diào)機(jī)房設(shè)置清洗水池。車站僅大系統(tǒng)采用冷水制冷，水容量較小。對(duì)FASBAS等專業(yè)，設(shè)備的集中布置也非常有利。

4 結(jié)語(yǔ)

該文將牡丹橋站單端送風(fēng)方案與標(biāo)準(zhǔn)車站全空氣送風(fēng)進(jìn)行了對(duì)比，從土建規(guī)模、設(shè)備布置、運(yùn)營(yíng)管理等多個(gè)方面，進(jìn)行了全方位的比較。有利于對(duì)此方案有一個(gè)系統(tǒng)的了解。

地鐵車站作為一種特殊的地下公共建筑，通風(fēng)空調(diào)方案選擇需要慎重。單端送風(fēng)方案雖然目前并沒(méi)有大規(guī)模采用，但是其作為一個(gè)選擇，會(huì)被越來(lái)越多的城市考慮。在方案布置階段，應(yīng)結(jié)合車站實(shí)際情況進(jìn)行考慮，將該方案作為一個(gè)參考選型。