何壘

摘 要：地鐵由多個車站通過隧道連接成的相對封閉空間，與外界的空氣交換只能通過車站出人口和有限的隧道風井來進行，因此必須合理設(shè)計地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)，通過人工方法對地鐵內(nèi)的溫度、濕度、有害物濃度和空氣流速等進行控制，為乘客提供適宜的環(huán)境；并在緊急情況下保證乘客的安全。

4、 前言

隨著城市的快速發(fā)展，交通已經(jīng)成為制約城市建設(shè)的一個重要因素。因此，地鐵作為一種方便快捷的城市公共交通工具，在國內(nèi)也已受到關(guān)注，越來越多的城市開始發(fā)展地鐵交通系統(tǒng)。地鐵尤其是地下線，處在相對封閉的地下空間里，必須通過通風空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)造人工環(huán)境，以滿足列車、設(shè)備、人員和防災(zāi)的需要，可以說通風空調(diào)系統(tǒng)在地鐵中處于一個相對較重要的地位。筆者結(jié)合地鐵車站通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的一些經(jīng)驗和體會，對地鐵車站通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的幾個方面提出自己的看法，供大家參考。

2、地鐵隧道通風與空調(diào)系統(tǒng)運行模式

1）目前國內(nèi)地鐵隧道通風與空調(diào)系統(tǒng)運行模式通常有以下幾種：開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)、屏蔽門式系統(tǒng)。下面將三種系統(tǒng)模式作一個簡單的描述（見表1）。

綜合下來，屏蔽門式系統(tǒng)較普通閉式系統(tǒng)增加投資在200萬元～300萬元左右；同時屏蔽門式系統(tǒng)帶來的好處是：

a.通風空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能；

b.車站內(nèi)環(huán)境品質(zhì)穩(wěn)定（無明顯溫度波動，無吹感，噪聲降低8 dB～10 dB）；

c.站臺乘客安全度大大提高；

d.車站檔次標準提高。

2）目前在我國長江流域及其以南地區(qū)，地鐵車站的制冷需求時間較長，屏蔽門式系統(tǒng)較為常見。隨著人們生活水平的提高，對車站空氣品質(zhì)、噪聲及溫濕度要求也越來越高，北方的很多城市像西安、鄭州等正在建設(shè)的地鐵車站也都采用了屏蔽門式系統(tǒng)。

3、加強地鐵空調(diào)通風節(jié)能的必要性

地鐵由于運輸量大，單向每小時可以運送 4 萬至 6 萬人次，而蓬勃發(fā)展。我國第一條地鐵始建于 1965 年的北京，之后我國的地鐵如雨后春筍，目前國內(nèi)已經(jīng)有 16 個城市的地鐵已經(jīng)開通，還有十余個城市的地鐵在規(guī)劃中。我國地鐵的通車里程已居世界之最。

地鐵的車站一般都是狹長的地下隧道，除了各地鐵車站的出口和入口以及排風口之外，基本上與外界是相互隔絕的。而地鐵上運送著大量的旅客，會產(chǎn)生大量的熱量。另外，由于地鐵運行過程中，產(chǎn)生的活塞效應(yīng)，如果不進行合理的疏導，會嚴重干擾地鐵內(nèi)的負荷。同時隨著運營時間的增加，地層的蓄熱作用會使得地鐵內(nèi)部的溫度聚集而不斷的升高。一旦地鐵上發(fā)生火災(zāi)，不僅會造成火勢的迅速蔓延，而且在火災(zāi)中積累的高溫濃煙也會迅速的聚集，并迅速地在地鐵車站內(nèi)蔓延。

4、地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制措施

地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)可以分為冬春季、夜間、突發(fā)情況等運行方式。按照不同的工況對地鐵空調(diào)通風進行調(diào)節(jié)，不僅可以為旅客提供良好的候車和乘車環(huán)境，還可以提高能源的利用效率，大大節(jié)約運營成本。

4.1 通風空調(diào)系統(tǒng)

由于城市軌道交通的特性，客流的變化很大、行車對數(shù)在不同的時刻也不盡相同，造成車站內(nèi)逐時冷負荷的變化很大，其差異也相當?shù)拇?，如下圖可看出，在初、近、遠期全天逐時的冷負荷變化都較大。因此、空調(diào)系統(tǒng)若采用定頻系統(tǒng)，將會造成很大的能源的浪費，因此，在空調(diào)系統(tǒng)采用變頻控制，根據(jù)公共區(qū)冷負荷的變化進行調(diào)節(jié)，可以達到很好的節(jié)能效果。

圖4.1-1 某地鐵車站初期逐時冷負荷

圖4.1-2 某地鐵車站近期逐時冷負荷

圖4.1-3 某地鐵車站遠期逐時冷負荷

大量的實踐證明，通過站臺的隧道排熱通風系統(tǒng)中風機在正常情況下每天從地鐵開始運營到運營結(jié)束期間一直運作，是長期運作風機。由于初、近、遠期行車對數(shù)的變化并且每天不同時刻行車對數(shù)也不盡相同，因此，排熱風機采用變頻控制，可根據(jù)行車對數(shù)的變化提供不同的風量，且均能滿足排熱要求。排熱風機通過采用變頻控制與定頻運行相比，每座車站的排熱系統(tǒng)每年可節(jié)約20萬左右的運營費用，其節(jié)能效果相當可觀。

4.2 空調(diào)制冷系統(tǒng)

針對軌道交通車站空調(diào)水系統(tǒng)的運行特點，根據(jù)目前節(jié)能技術(shù)發(fā)展水平，在滿足服務(wù)質(zhì)量的要求下，采用安全、成熟、可靠、有效的節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，實現(xiàn)車站空調(diào)水系統(tǒng)適應(yīng)變負荷工況下整個系統(tǒng)綜合性能優(yōu)化控制，在原車站空調(diào)水系統(tǒng)中增設(shè)變流量智能控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)較好的節(jié)能效果。

4.2.1變流量智能控制系統(tǒng)概述

車站空調(diào)水系統(tǒng)變流量智能控制系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖4.2-1所示。

圖4.2-1 空調(diào)水系統(tǒng)變流量智能控制系統(tǒng)構(gòu)成圖

根據(jù)車站空調(diào)水系統(tǒng)（冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等）設(shè)備情況，車站空調(diào)水系統(tǒng)變流量智能控制系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)組成：

1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（各類傳感器）；

2）變流量智能控制系統(tǒng)（現(xiàn)場智能控制箱、智能控制柜）；

3）現(xiàn)場設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)（冷凍水泵智能控制柜、冷卻水泵智能控制柜、冷卻塔風機智能控制柜）。

4.2.2變流量智能控制系統(tǒng)控制方式

車站空調(diào)水系統(tǒng)變流量智能控制節(jié)能技術(shù)集合了計算機技術(shù)、智能模糊控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)等。

根據(jù)冷凍水系統(tǒng)特征及循環(huán)周期，通過預測的方法推理預測出未來時刻空調(diào)系統(tǒng)的負荷，并據(jù)此獲得未來時刻系統(tǒng)的運行參數(shù)，在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下，使供給的冷量與需求冷量匹配，最大限度減少能量浪費并降低輸送能耗。

利用模糊控制技術(shù)建立自適應(yīng)模糊優(yōu)化控制算法模型，如圖4.2-2。實現(xiàn)空調(diào)冷卻水溫度的自動尋優(yōu)，并據(jù)此調(diào)節(jié)冷卻水流量和冷卻塔風量，使空調(diào)系統(tǒng)在任何負荷條件下都高效運行，實現(xiàn)系統(tǒng)效率最佳。

圖4.2-2 自適應(yīng)模糊優(yōu)化控制算法模型

根據(jù)當前負荷狀況和歷史記錄的空調(diào)主機效率負荷特性，選擇一種使空調(diào)主機負荷率最接近其高效率點的運行臺數(shù)組合，實現(xiàn)主機效率與負荷的大致匹配，保證主機盡可能在高效率狀態(tài)運行。

4.2.3 技術(shù)經(jīng)濟分析

變流量智能控制系統(tǒng)經(jīng)濟性綜合比較，按所設(shè)置典型參數(shù)計算，采用變流量智能控制系統(tǒng)，每年可節(jié)約運行費用27.69萬元，考慮初投資增加60萬元，2年多即可收回初投資。其節(jié)能效果相當顯著。

5、結(jié)語

隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對地鐵乘車環(huán)境的舒適和安全可靠性要求越來越高，致使地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)日益復雜，并導致地鐵的土建規(guī)模、投資以及運行能耗日益增加。因此在滿足使用功能的前提下，設(shè)計人員通過優(yōu)化地鐵通風空調(diào)設(shè)計，可以有效降低造價，減少能耗。

參考文獻：

[1]《通風工程學》機械工業(yè)出版社

[2]《工業(yè)通風》 中國建筑工業(yè)出版社