□文/陳 娟

1 概述

天津地鐵4號(hào)線全長(zhǎng)41.4 km，35個(gè)地下站，其中7個(gè)換乘站。

環(huán)控系統(tǒng)制式為地下車站及區(qū)間隧道通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)按車站設(shè)置屏蔽門系統(tǒng)設(shè)計(jì)。預(yù)留列車8B編組。

2 系統(tǒng)方案

車站兩端對(duì)稱設(shè)置環(huán)控機(jī)房與風(fēng)道，每端環(huán)控機(jī)房與風(fēng)道各承擔(dān)車站一半負(fù)荷與相應(yīng)區(qū)間負(fù)荷，見圖1。

圖1 優(yōu)化前環(huán)控系統(tǒng)機(jī)房平面

1）全線車站均采用單活塞風(fēng)井。

2）區(qū)間與車站公共區(qū)設(shè)備相互兼用。

（1）軌行區(qū)。排熱風(fēng)機(jī)“TUO/A”估算風(fēng)量 70 m3/s，采用正反轉(zhuǎn)軸流風(fēng)機(jī)，平時(shí)工況為軌行區(qū)排熱，同時(shí)采用風(fēng)閥切換兼用于區(qū)間內(nèi)阻塞、火災(zāi)事故送風(fēng)、排煙與正常工況通風(fēng)。

（2）車站公共區(qū)?；嘏棚L(fēng)機(jī)“HPF/A”40 m3/s；送風(fēng)機(jī)“SF/A”40 m3/s，其回排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)高出空調(diào)箱45%的風(fēng)量，正常工況利用變頻與空調(diào)箱配用。

（3）區(qū)間內(nèi)阻塞、火災(zāi)事故送風(fēng)、排煙采用軌行區(qū)排熱風(fēng)機(jī)“TUO/A”和車站公共區(qū)回排風(fēng)機(jī)“HPF/A”、送風(fēng)機(jī)“SF/A”三機(jī)并聯(lián)工作。

3）車站公共區(qū)與管理用房?jī)上到y(tǒng)分設(shè)冷水機(jī)組，管理用房獨(dú)立設(shè)室外風(fēng)冷機(jī)組。

3 優(yōu)化方案

3.1 主要思路

1）本線35個(gè)地下站，全線環(huán)控設(shè)計(jì)需要根據(jù)不同的站位、客流、與建筑內(nèi)外條件分別采用不完全相同的適實(shí)且滿足全面要求的系統(tǒng)與設(shè)備選型方案。

2）系統(tǒng)方案、設(shè)備匹配、機(jī)房面積等力求達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、接口合理、控制可行、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、低碳環(huán)保、機(jī)房最小且用修方便。

3.2 環(huán)控系統(tǒng)重點(diǎn)方案優(yōu)化論述

1)區(qū)間與車站公共區(qū)系統(tǒng)設(shè)備分開各自獨(dú)立設(shè)置。車站兩端各設(shè)2臺(tái)區(qū)間獨(dú)立使用的機(jī)械/事故風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為60～66 m3/h；各設(shè)1臺(tái)區(qū)間獨(dú)立使用的軌行區(qū)排熱風(fēng)機(jī)；車站公共區(qū)依據(jù)負(fù)荷計(jì)算獨(dú)立設(shè)置2臺(tái)空調(diào)箱與對(duì)應(yīng)回排風(fēng)機(jī)，擔(dān)負(fù)其夏季空調(diào)；設(shè)置1臺(tái)送風(fēng)機(jī)，擔(dān)負(fù)其他季通風(fēng)；車站公共區(qū)排煙依據(jù)排煙量計(jì)算獨(dú)立設(shè)排煙風(fēng)機(jī)或兼用回排風(fēng)機(jī)。

（1）對(duì)屏蔽門環(huán)控系統(tǒng)，區(qū)間阻塞與事故模擬計(jì)算的風(fēng)量約是車站公共區(qū)系統(tǒng)風(fēng)量的3倍之多。區(qū)間風(fēng)量約240～264 m3/s；公共區(qū)系統(tǒng)送回風(fēng)設(shè)備風(fēng)量之合約78～88 m3/s且因兩系統(tǒng)不同，其壓頭也不一定能匹配，這樣采取任何方式將車站公共區(qū)與區(qū)間風(fēng)量差異3倍的設(shè)備切換并聯(lián)，兼用于區(qū)間阻塞和火災(zāi)事故工況均是不合理的。

（2）不同型號(hào)（不同壓頭、風(fēng)量）軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)匹配使用是不合理的。其一，參閱天津地鐵5號(hào)線環(huán)控系統(tǒng)計(jì)算（6B編組），大多車站區(qū)間阻塞與火災(zāi)事故工況的送排風(fēng)量為60 m3/s+30 m3/s+30 m3/s?，F(xiàn)4號(hào)線按8B編組，其估算風(fēng)量為70 m3/s+40 m3/s+40 m3/s，若通過不同型號(hào)風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作特性見圖2和圖3。

圖2 不同型號(hào)軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)性能曲線1

圖3 不同型號(hào)軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)性能曲線2

由圖2和圖3可知，風(fēng)量分別為70、40、40 m3/s的三臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作，其管網(wǎng)特性曲線如可能與三臺(tái)并聯(lián)風(fēng)機(jī)特性曲線的“馬鞍形”避開相交，則風(fēng)量要小于3臺(tái)之和，既風(fēng)機(jī)并聯(lián)的風(fēng)量不是“1+1+1=3”；相反，其管網(wǎng)特性曲線如不能與3臺(tái)并聯(lián)風(fēng)機(jī)特性曲線的“馬鞍形”避開相交或兩曲線不能相交，則并聯(lián)風(fēng)量有可能還不足于其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。顯然，這兩種工況3臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作的實(shí)際風(fēng)量，均不能滿足系統(tǒng)計(jì)算的風(fēng)量。另外，不同型號(hào)軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)，由于風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)、功率等不同，加之系統(tǒng)切換連接沒有迂回條件，大小風(fēng)機(jī)于出口氣流垂直合流等問題，造成小號(hào)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)喘振，一旦喘振強(qiáng)烈會(huì)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉根斷裂、葉片飛出、電機(jī)燒毀的可能。

（3）排熱風(fēng)機(jī)兼用區(qū)間風(fēng)機(jī)是不合理的。工藝要求區(qū)間風(fēng)機(jī)為正反轉(zhuǎn)使用，它是全對(duì)稱葉片的低效風(fēng)機(jī)（75%），其用于區(qū)間早晚?yè)Q氣和阻塞、火災(zāi)事故是可以的；排熱風(fēng)機(jī)是用于站臺(tái)軌行區(qū)列車排熱，特點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)用、單向轉(zhuǎn)，它的葉片是不對(duì)稱的高效風(fēng)機(jī)（85%以上），如排熱風(fēng)機(jī)兼用區(qū)間風(fēng)機(jī)，則需將風(fēng)機(jī)改為全對(duì)稱葉片，長(zhǎng)時(shí)正常使用是非常不節(jié)能的。另外，當(dāng)排熱風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)，區(qū)間出現(xiàn)事故火災(zāi)需要馬上切換風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和相關(guān)系統(tǒng)風(fēng)閥，此時(shí)必須考慮救災(zāi)的時(shí)間滯后與可控問題，同時(shí)對(duì)設(shè)備使用年限內(nèi)的機(jī)械損衰質(zhì)量要有可靠保證。

（4）車站公共區(qū)送排風(fēng)機(jī)、站臺(tái)軌行區(qū)排熱風(fēng)機(jī)兼用為區(qū)間風(fēng)機(jī)，當(dāng)區(qū)間出現(xiàn)事故火災(zāi)與阻塞時(shí)，需要馬上切換停止車站的正常送、排風(fēng)運(yùn)行，這勢(shì)必影響車站的運(yùn)營(yíng)環(huán)境。

（5）區(qū)間與車站公共區(qū)系統(tǒng)設(shè)備在風(fēng)道內(nèi)合設(shè)兼用，應(yīng)有必備條件。除其設(shè)備費(fèi)節(jié)省7.2%外，對(duì)車站環(huán)控系統(tǒng)的機(jī)房占地、運(yùn)行能耗、土建成本等的評(píng)價(jià)結(jié)論，應(yīng)該是一個(gè)綜合概念，不是任何一種環(huán)控系統(tǒng)方案、機(jī)房風(fēng)道形式、控制運(yùn)行模式?jīng)Q定的，而是技術(shù)合理的環(huán)控系統(tǒng)與全線每一個(gè)不同車站建筑功能形式最佳靈活、適實(shí)、綜合、合理結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。對(duì)環(huán)控設(shè)備的運(yùn)行能耗，同樣是設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備選型、系統(tǒng)匹配、合理變頻、運(yùn)行工況等經(jīng)濟(jì)合理的集成。

2）活塞風(fēng)井的設(shè)置。車站于有條件的情況下設(shè)置雙活塞風(fēng)井；設(shè)置風(fēng)亭較困難的地段，在滿足換氣和溫度條件下設(shè)置單活塞風(fēng)井；設(shè)置交錯(cuò)布置的單雙風(fēng)活塞風(fēng)井；帶配線的車站盡量設(shè)置雙活塞風(fēng)井；對(duì)于超長(zhǎng)區(qū)間隧道，設(shè)置中間風(fēng)井。車站兩端與中間風(fēng)井內(nèi)各設(shè)2臺(tái)同型號(hào)正反轉(zhuǎn)機(jī)械風(fēng)機(jī)，火災(zāi)事故與阻塞工況時(shí)按兩者模擬最大風(fēng)量選型并聯(lián)2臺(tái)區(qū)間風(fēng)機(jī)使用，該風(fēng)機(jī)不變頻。通過成熟的區(qū)間模擬計(jì)算可知，雙活塞風(fēng)井較單活塞風(fēng)井的設(shè)置有利于改善區(qū)間環(huán)境狀況，節(jié)省區(qū)間通風(fēng)換氣電耗。

天津地鐵5號(hào)線可研評(píng)審意見已經(jīng)明確：全線地下車站兩端活塞風(fēng)井采用單井還是雙井方案需因地制宜，有條件設(shè)置雙井的地區(qū)盡量采用雙井方案，以充分發(fā)揮活塞效能。4號(hào)線35個(gè)地下站除中間部分車站在市區(qū)，兩端在全線2/3部分的車站在市邊和郊外，因此不應(yīng)“一刀切”的設(shè)置單活塞風(fēng)井。

3）設(shè)備選型。原則上要求根據(jù)車站近期（2025）至遠(yuǎn)期（2040）預(yù)測(cè)的客流量和最大通過能力配置，分期實(shí)施。

（1）對(duì)遠(yuǎn)期（2040）客流負(fù)荷增長(zhǎng)較大的車站，可以按初期（2018）～近期（2025）負(fù)荷與客流計(jì)算進(jìn)行設(shè)備選型，合理預(yù)留遠(yuǎn)期設(shè)備條件與安裝空間。

（2）土建預(yù)留遠(yuǎn)期（2040）后的列車8B節(jié)編組條件，但環(huán)控各系統(tǒng)設(shè)備建議不按此選型，環(huán)控機(jī)房與土建風(fēng)道建議不按當(dāng)今的條件（除6乘8）的估算預(yù)留。因?yàn)橐罁?jù)《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》環(huán)控設(shè)備使用淘汰周期最大20 a，任何設(shè)備全面技術(shù)換代的速度飛快，按照當(dāng)今低碳環(huán)保的大勢(shì)，依現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的環(huán)控設(shè)備與風(fēng)道空間，應(yīng)該可以保證30 a后增加列車2節(jié)編組的設(shè)計(jì)條件與更新設(shè)備的安裝和使用空間，否則，將會(huì)給現(xiàn)在設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的難點(diǎn)。

4）冷源與冷水機(jī)組選型。車站公共區(qū)與管理用房?jī)上到y(tǒng)冷源集中。根據(jù)計(jì)算的負(fù)荷比例合理的選用2臺(tái)或3臺(tái)容量相等并可互為備用的冷水機(jī)組。當(dāng)管理用房冷負(fù)荷占兩系統(tǒng)總冷負(fù)荷的比例＞30%時(shí)，選用2臺(tái)相同容量的冷水機(jī)組；當(dāng)管理用房冷負(fù)荷占兩系統(tǒng)總冷負(fù)荷的比例＜30%時(shí)，選用3臺(tái)相同容量的冷水機(jī)組，其冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔與冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)設(shè)置。兩系統(tǒng)具有聯(lián)合與各自獨(dú)立使用的切換功能，必須滿足管理用房空調(diào)期提前和夜間獨(dú)立使用的需要。平行換乘站和站距較近的地段繁華站，充分考慮綜合合理的冷水系統(tǒng)資源共享利用。

車站管理用房不獨(dú)立設(shè)風(fēng)冷冷水機(jī)組，其理由：

（1）正常使用兩系統(tǒng)集中冷源符合GB50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》5.4.1要求；

（2）風(fēng)冷冷水機(jī)組COP能效系數(shù)遠(yuǎn)小于水冷機(jī)組；

（3）室外設(shè)風(fēng)冷機(jī)組占地、噪聲與運(yùn)行管理均不利于設(shè)冷卻塔。

5）氣流組織。

（1）管網(wǎng)氣流組織（管道氣流分配）的概念與合理設(shè)計(jì)，是不能忽視的，不同管網(wǎng)系統(tǒng)的氣流垂直合流不要采用。超大的土建送風(fēng)小室、超大低速的土建風(fēng)道不符合GB 50189—20055.3.17要求，不要采用。

（2）環(huán)控設(shè)備與風(fēng)道的連接，建議依據(jù)計(jì)算采用鐵皮風(fēng)道與靜壓箱，不用土建小室。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省地方、便于維修、便于施工、漏風(fēng)量少、冷量損失少、壓力損失少、氣流組織好。

6）設(shè)備并聯(lián)、變頻。

（1）不采用不同型號(hào)的軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)匹配運(yùn)行方案。

（2）采用變頻風(fēng)機(jī)時(shí)，要充分分析保證其風(fēng)機(jī)選用的最佳工況點(diǎn)用于最大工作時(shí)間，不可以將長(zhǎng)時(shí)的正常運(yùn)行工況于低頻下運(yùn)行，這是非常不合理不節(jié)能的。

7）區(qū)間自然排煙、自然通風(fēng)。小街—科技園段為地下一層側(cè)式站，建議充分結(jié)合室外綠化帶的利用可能，地下區(qū)間在滿足規(guī)范要求的前提下，力求采用自然排煙、自然通風(fēng)設(shè)計(jì)方案。這樣可以給區(qū)間一個(gè)低碳節(jié)能和較舒適的采光與空氣環(huán)境，還給施工回填帶來(lái)很大便利。

8）車站內(nèi)、外環(huán)控設(shè)備設(shè)置。

（1）積極配合建筑，將室外風(fēng)亭、冷卻塔設(shè)置方案達(dá)最佳，即環(huán)控系統(tǒng)最合理，室外建筑綜合布局與景觀效果統(tǒng)一并最優(yōu)化。

（2）環(huán)控機(jī)房與相關(guān)風(fēng)道的設(shè)置為達(dá)到設(shè)計(jì)方案最佳的目的，一定要密切結(jié)合建筑站位的內(nèi)外條件靈活機(jī)動(dòng)多樣化。如：內(nèi)嵌機(jī)房與風(fēng)井；外掛機(jī)房與風(fēng)井；雙層機(jī)房與風(fēng)道；機(jī)房風(fēng)井于車站兩端分設(shè)；機(jī)房風(fēng)井于車站中部合設(shè)；風(fēng)道長(zhǎng)短的利用、機(jī)房空間的利用、維修操作空間等等?？傊?，35個(gè)地下車站和區(qū)間的環(huán)控系統(tǒng)與布置形式不能“一刀切”，而應(yīng)該在一個(gè)技術(shù)合理的環(huán)控系統(tǒng)基本標(biāo)準(zhǔn)模式下，進(jìn)行逐站分析合理結(jié)合，不應(yīng)為某唯一的方案，而是集設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備選型、設(shè)備布置、設(shè)備匹配、操作運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、專業(yè)接口等的設(shè)計(jì)合理、運(yùn)營(yíng)便利為最佳。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于區(qū)間與車站兩系統(tǒng)設(shè)備各自獨(dú)立設(shè)置還是合設(shè)兼用；車站采用單活塞風(fēng)井還是雙活塞風(fēng)井；車站公共區(qū)與管理用房?jī)上到y(tǒng)合設(shè)切換使用冷水機(jī)組還是管理用房獨(dú)立設(shè)室外風(fēng)冷機(jī)組；不同型號(hào)的軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)工作、風(fēng)機(jī)變頻的合理采用等，應(yīng)該以專業(yè)基礎(chǔ)理論與設(shè)計(jì)規(guī)范為指導(dǎo)，結(jié)合車站建筑與結(jié)構(gòu)條件，詳細(xì)分析其技術(shù)與接口、操作與控制、造價(jià)與能耗，從而合理的確定環(huán)控方案，使設(shè)計(jì)達(dá)到綜合最佳。

［1］王弈然.新型通風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng)在北京地鐵中的應(yīng)用[J].都市快軌交通，2010，23（6）：93-97.

［2］GB 50189—2005，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］建標(biāo)104—2008，城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.