磁浮地下車站不同隧道通風模式研究

摘 要：磁浮車輛作為一種新型軌道交通，由于車輛編組小，其地下車站相比傳統(tǒng)地鐵車站規(guī)模也較小，為了探究適合磁浮地下車站的隧道通風模式，該文借鑒傳統(tǒng)地鐵車站隧道通風模式，創(chuàng)新性地探討4種磁浮地下車站的隧道通風模式，分析4種隧道通風模式在正常運行工況、阻塞工況和火災工況的運行機制。通過表格定量分析4種隧道通風模式的耗能量、機電造價和土建造價，對比得出結論，模式四區(qū)間隧道雙活塞通風+車站單端雙排熱風機系統(tǒng)是適合磁浮地下車站的最佳隧道通風模式。

關鍵詞：磁浮地下車站；隧道通風模式；耗能量；造價；新型軌道交通

中圖分類號：U231.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）24-0085-05

Abstract： As a new type of rail transit， maglev vehicles have smaller underground stations compared to traditional subway stations due to their small vehicle composition. In order to explore tunnel ventilation modes suitable for maglev underground stations， this paper draws lessons from the traditional subway station tunnel ventilation mode， and creatively discusses four kinds of tunnel ventilation modes of maglev underground station. The operation mechanisms of four tunnel ventilation modes under normal operating conditions， blocking conditions and fire conditions are analyzed. Through the table quantitative analysis of the energy consumption， mechanical and electrical cost and civil construction cost of the four tunnel ventilation modes， it is concluded that the mode four interval tunnel double-piston ventilation + station single-end double-row hot fan system is the best tunnel ventilation mode suitable for maglev underground station.

Keywords： maglev underground station; tunnel ventilation mode; energy consumption; cost; new rail transit

城市軌道交通已經成為人們出行的必要工具，也是打造綠色城市的重要環(huán)節(jié)，怎樣讓城市軌道交通更加節(jié)能增效是值得研究的問題。城市軌道交通項目能源消耗主要表現為電力消耗，其中車站通風空調耗能在車站總體耗能中占較大比例，而車站隧道通風耗能占整個車站通風空調能耗的15%。目前城市軌道交通如地鐵車站的區(qū)間隧道通風模式多采用雙活塞系統(tǒng)，車站隧道通風模式多采用兩端設置排熱風機形式。磁浮系統(tǒng)作為一種新型的城市軌道交通車輛，其對應的線路和車站在城市中多以高架敷設，但是部分項目由于各種外在條件制約，仍然需要考慮地下敷設。由于磁浮車輛編組較短，車站規(guī)模較小，本文參考傳統(tǒng)地鐵地下車站的隧道通風模式，創(chuàng)新地探討磁浮地下車站的隧道通風模式，同時對比各個模式的耗能及造價。

1 4種隧道通風模式的控制原理

1.1 模式一：區(qū)間隧道雙活塞通風系統(tǒng)+車站隧道雙端單排熱風機系統(tǒng)

如圖1所示，模式一參照傳統(tǒng)地鐵地下站隧道通風系統(tǒng)，車站兩端各設2臺可逆轉的隧道風機（70 m3/s，功率90 kW），布置滿足兩端風機的獨立運行，同時實現互為備用。車站兩端各設置一臺排熱風機（40 m3/s，功率45 kW）負擔半個車站隧道的排風和排煙。通過電動組合風閥的切換，此模式可滿足區(qū)間和車站正常工況、阻塞工況和火災工況模式的轉換要求，具體控制策略如下。

1）正常運行工況：隧道兩端組合式電動風閥（DZ-A1～DZ-A4，DZ-B1～DZ-B4）開啟，在區(qū)間隧道內，利用活塞效應，通過兩端的活塞風井充分排除區(qū)間隧道的余濕和余熱。當列車收到進站信號時，與排熱風機相連的組合式電動風閥（DZ-A8，DZ-B8）開啟，對應側軌行區(qū)的排熱風機（TEF-A1、TEF-B1）升頻運行排除列車冷凝器余濕和余熱，當列車離站時排熱風機以最低頻率運行。

2）阻塞工況：當列車因故障或其他原因而必須停在區(qū)間超過2 min時，按行車方向進行機械通風。前方車站開啟2臺隧道風機對阻塞側進行排風，同時保持前方車站的車站隧道排風系統(tǒng)運行，后方車站開啟2臺隧道風機對阻塞側進行送風，同時關閉后方車站的車站隧道排風系統(tǒng)，確保阻塞列車周圍的平均溫度不大于40 ℃，列車空調冷凝器周圍溫度小于等于45 ℃。例如，若列車在第3個車站和第4個車站的左線區(qū)間阻塞，03和04車站的活塞風閥（DZ-A1、A2、A4，DZ-B1、B2、B4）均關閉。開啟前方03車站B端的機械風閥和轉換風閥（DZ-03-B3、DZ-03-B5、DZ-03-B6和DZ-03-B7），2臺隧道風機（TEF-03-B1、TEF-03-B2）正轉，對左線區(qū)間進行排風，03車站的排熱風閥（DZ-A8，DZ-B8）開啟，排熱風機（TEF-03-A1、TEF-03-B1）滿負荷運行；同時開啟后方04車站A端的轉換風閥和機械風閥（DZ-04-A3、DZ-04-A5、DZ-04-A6和DZ-04-A7）， 2臺隧道風機（TVF-04-A1、TVF-04-A2）反轉，對左線區(qū)間進行送風，04車站排熱風機（TEF-04-A1、TEF-04-B1）停止運行。

3）火災工況：列車在運行過程中發(fā)生火災時應盡量駛向前方車站，在前方車站組織疏散乘客、排除煙氣和滅火。在區(qū)間隧道內的煙氣排除方向始終是與多數乘客疏散方向相反。當列車停在車站疏散乘客時，開啟車站兩端排熱風閥（DZ-A8，DZ-B8），車站兩端排熱風機（TEF-A1、TEF-B1）滿負荷運行，煙氣通過軌頂風道通風口排除煙氣。

當著火列車停在區(qū)間隧道內疏散乘客時，需排風的車站開啟2臺隧道風機對事故側隧道進行排風，同時保持車站隧道排風系統(tǒng)運行；需送風的車站開啟3臺隧道風機，其中2臺對事故側隧道進行送風，另外一臺對非事故隧道進行送風，同時關閉車站隧道排風系統(tǒng)。例如，若列車停在03車站和04車站的左線區(qū)間隧道內疏散乘客，乘客往左線前進方向03車站方向進行疏散，需開啟后方04車站A端的轉換風閥和機械風閥（DZ-04-A3、DZ-04-A5、DZ-04-A6和DZ-04-A7），隧道風機正轉對前方區(qū)間進行排煙， 04車站排熱風機（TEF-04-A1、TEF-04-B1）開啟，一同對前方區(qū)間進行排煙；前方03車站B端的機械風閥和轉換風閥（DZ-03-B3、DZ-03-B5、DZ-03-B6和DZ-03-B7），隧道風機（TVF-03-B1、TVF-03-B2）反轉，對左線區(qū)間進行送風。為了防止煙氣彌散到相鄰的右線區(qū)間， 03車站A端機械風閥（DZ-03-A1和DZ-03-A5）開啟，隧道風機TVF-03-A1反轉，對右線區(qū)間進行送風，03車站的排熱風機（TEF-03-A1、TEF-03-B1）停止運行。

1.2 模式二：區(qū)間隧道雙活塞通風系統(tǒng)+車站隧道雙端雙排熱風機系統(tǒng)

如圖2所示，模式二在區(qū)間和車站正常工況、阻塞工況和火災工況模式下的運行控制與模式一基本相同。相比模式一，模式二的排熱風系統(tǒng)單端都為雙排熱風機（20 m3/s，功率22 kW），在排除列車冷凝器余濕和余熱時，可通過組合排熱風機數量，針對不同行車對數來調節(jié)排風量，在滿足區(qū)間和車站設計要求的情況下，實現盡可能節(jié)能運行。參照文獻《地鐵車站隧道排熱系統(tǒng)節(jié)能模式探討》，當行車對數大于18對/h時 ，兩端4臺排熱風機全部開啟；當行車對數在10～18對/h或小于10對/h且隧道溫度高于38 ℃時，兩端各開啟1臺共2臺排熱風機。

1.3 模式三：區(qū)間隧道雙活塞通風系統(tǒng)+車站隧道與區(qū)間隧道通風共用風機

如圖3所示，模式三區(qū)間隧道通風系統(tǒng)和模式一相同，但是模式三取消了車站隧道的排熱風機，車站隧道通風與區(qū)間隧道通風共用隧道風機（雙速變頻40/70 m3/s，45 kW/90 kW）和風道，通過電動風閥的切換，滿足區(qū)間和車站正常工況、阻塞工況和火災工況模式的轉換要求，具體控制策略如下。

1）正常運行工況：活塞通風模式同模式一。當列車收到進站信號時，雙速風機418-TVF/TEF-A1和418-TVF/TEF-B1運行在40 m3/s風速檔，升頻運行排除列車冷凝器余濕和余熱。

2）阻塞工況：阻塞工況通風模式基本同模式一。其中雙速隧道風機運行在70 m3/s風速檔，隧道風和排熱風的轉換風閥DZ-A8和DZ-B8打開，實現前方車站開啟2臺隧道風機對阻塞側進行排風，后方車站開啟2臺隧道風機對阻塞側進行送風。

3）火災工況：當列車停留在車站疏散乘客時，轉換風閥DZ-A8和DZ-B8關閉，與軌頂風道相連的電動風閥DZ-A9和DZ-B9打開，車站兩端雙速風機418-TVF/TEF-A1和418-TVF/TEF-B1運行在40 m3/s風速檔，煙氣通過軌頂風道通風口排除煙氣。當列車停留在區(qū)間疏散乘客時，排煙運行基本同模式一，轉換風閥DZ-A8和DZ-B8打開，雙速隧道風機運行在70 m3/s風速檔，實現前后方車站隧道風機分別對區(qū)間排煙和送風。

1.4 模式四：區(qū)間隧道雙活塞通風系統(tǒng)+車站單端雙排熱風機系統(tǒng)

如圖4所示，模式四區(qū)間隧道通風系統(tǒng)與模式一相同，車站兩端各設2臺可逆轉的隧道風機（70 m3/s，功率90 kW），布置滿足兩端風機的獨立運行，同時實現互為備用。對于排熱風系統(tǒng)，考慮磁浮車站規(guī)模小，模式四車站僅單端設置雙臺排熱風機（20 m3/s，功率22 kW）負責車站隧道左線和右線的排熱和排煙，單獨排熱風系統(tǒng)在車站正常工況、阻塞工況和火災工況下的轉換與模式二相同，即類似于模式二的車站排熱風系統(tǒng)單端運行。同時模式四通過電動風閥DZ-A10實現左右線車站隧道排煙互為備用功能。

2 4種隧道通風模式能耗和造價對比

通過以上4種模式的控制原理分析可知，4種模式的隧道風系統(tǒng)基本相同，不同的點在于排熱風系統(tǒng)的控制。4個系統(tǒng)通過電動風閥的連鎖轉換均能實現區(qū)間隧道和車站隧道的排熱和排煙要求。下面主要分析4種模式在能耗、設備造價和土建方案的不同以及各自的優(yōu)缺點，從而選出最適合磁浮地下車站的隧道通風模式。

2.1 耗能量對比

假定參照地鐵運行的隧道通風模式一為標準模式，通常情況下，隧道風機分別在早間發(fā)車前或者晚間收車后進行半小時隧道通風消除隧道余熱，排熱風機的運行時間參照文獻《地鐵車站隧道排熱系統(tǒng)節(jié)能模式探討》的運行時間，分別計算出四種模式下一周內隧道風系統(tǒng)的耗能量。

從表1分析可知，以標準模式一區(qū)間隧道雙活塞通風+車站隧道雙端單排熱風機為參照，模式二區(qū)間隧道雙活塞通風+車站隧道雙端雙排熱風機和模式四區(qū)間隧道雙活塞通風+車站單端雙排熱風機分別節(jié)能42.3%和48.3%，而模式三與標準模式一的能耗量基本相同。

2.2 機電造價（設備費）對比

在同樣的土建方案前提下，以上4種模式的區(qū)間隧道風系統(tǒng)設備數量均一致，即為2臺隧道風機、配套相應的8組金屬外殼式消聲器、與隧道風機連鎖的8組活塞風閥、4組機械風閥和2組左右活塞風互為備用的轉換風閥。表2重點分析4種模式下的車站隧道排熱風系統(tǒng)設備數量和造價（設備費）對比。

由表2分析可知，對于機電造價（設備費），模式二區(qū)間隧道雙活塞通風+車站隧道雙端雙排熱風機與標準模式一相差不大，但是模式三區(qū)間隧道雙活塞通風+車站隧道與區(qū)間隧道通風共用風機和模式四區(qū)間隧道雙活塞通風+車站單端雙排熱風機都比模式一造價（設備費）有所減少。

2.3 土建造價對比

以上4種模式的區(qū)間隧道通風模式土建方案基本相同，即為雙端雙活塞風道，滿足左右線在正常運行工況、組合工況和火災工況時的通風和排煙要求，表3主要分析4種模式的車站隧道通排熱風系統(tǒng)土建方案和造價的不同。

3 結論

從以上表1、表2和表3綜合分析可知，模式四區(qū)間隧道雙活塞通風+車站單端雙排熱風機為適應磁浮地下車站的最佳隧道通風模式。主要原因：從機電設備造價和土建造價分析，模式三和模式四均比模式一和模式二減少；但是就耗能量來說，模式四的耗能比模式三低得多。由于磁浮列車編組短，地下車站規(guī)模較普通城市軌道交通小，選擇模式四既可以減少線路運行管理能耗，又可以減少建設造價，是適應磁浮的最佳隧道通風模式選擇。

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