鮮少華

地鐵車站設(shè)備管理用房空調(diào)形式探討

鮮少華

浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院

結(jié)合工程實例，對目前地鐵車站設(shè)備管理用房普遍采用的空調(diào)系統(tǒng)——一次回風(fēng)的全空氣系統(tǒng)進行了分析，指出了其存在的缺點和問題，如室內(nèi)空氣質(zhì)量及舒適性不高，系統(tǒng)可靠性不強，存在能源浪費等。提出采用干式風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，并就設(shè)計中應(yīng)注意的相關(guān)問題進行了探討，包括新風(fēng)處理，冷水供水，通風(fēng)設(shè)計等，為地鐵車站設(shè)備管理用房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計提供了一種思路。

地下車站全空氣系統(tǒng)干式風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

0引言

地鐵地下車站設(shè)備管理用房（以下簡稱“設(shè)備管理用房”）通常要設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，以排除余熱和余濕，保證室內(nèi)溫濕度及空氣質(zhì)量，滿足工作人員的舒適性要求和各種設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的需要?？照{(diào)系統(tǒng)的可靠性和舒適性直接關(guān)系到工作人員的身心健康和機電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，理應(yīng)引起足夠的重視。

1設(shè)備管理用房的組成及其特點

設(shè)備管理用房分為設(shè)備用房及管理用房，設(shè)備用房包括通信設(shè)備室、通信電源室、信號設(shè)備室等，管理用房包括值班室、更衣室、會議室等。根據(jù)地鐵車站的布局，設(shè)備管理用房一般布置在車站的兩端，其中大部分房間集中設(shè)置于車站一端，而另一端只設(shè)通風(fēng)空調(diào)機房、環(huán)控電控室及配電間等設(shè)備用房。

設(shè)備管理用房根據(jù)使用功能劃分為多個獨立的房間，每個房間面積都不大，層高較低（凈高一般在3m左右），空間較狹??；房間沒有可以開啟的外窗，僅通過1～2扇門與走廊相通，密閉性較高。

圖1是杭州地鐵某地下車站設(shè)備集中端站廳層設(shè)備管理用房平面布置圖。

圖1杭州某地下車站設(shè)備管理用房平面布置圖

2設(shè)備管理用房空調(diào)負荷特點

設(shè)備管理用房的冷負荷主要由人員負荷、照明負荷、設(shè)備負荷、新風(fēng)負荷組成。設(shè)備用房的余熱主要是設(shè)備散熱量，以顯熱為主，濕負荷可以忽略不計；管理用房濕負荷主要為人員散濕量；全年負荷比較穩(wěn)定，受室外氣候變化的影響小。此外，各房間的使用時間也不相同，設(shè)備用房使用時間一般為24h，管理用房除值班房間外，均只在地鐵運營時間才有人值守。

3設(shè)備管理用房常用空調(diào)形式及其優(yōu)缺點

3.1空調(diào)形式

目前國內(nèi)已建成或在建的地鐵中，設(shè)備管理用房普遍采用雙風(fēng)機一次回風(fēng)全空氣空調(diào)系統(tǒng)（以下簡“全空氣系統(tǒng)”），受地下空間限制，多個設(shè)備管理用房合用一套空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)一般采用定風(fēng)量運行，空調(diào)冷源一般采用冷水機組。圖1所示的設(shè)備管理用房全空氣系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2設(shè)備管理用房全空氣系統(tǒng)原理圖

3.2全空氣系統(tǒng)的優(yōu)點

1）具備多工況運行的功能。

根據(jù)室外氣象參數(shù)的變化，全空氣系統(tǒng)可以實現(xiàn)三種運行模式：最小新風(fēng)空調(diào)工況、全新風(fēng)空調(diào)工況、以及通風(fēng)工況。當室外空氣焓值＞空調(diào)回風(fēng)焓值時，按最小新風(fēng)空調(diào)工況運行；當室外空氣焓值≤空調(diào)回風(fēng)焓值，且室外溫度≥空調(diào)送風(fēng)溫度時，按全新風(fēng)空調(diào)工況運行；當室外空氣溫度＜空調(diào)送風(fēng)溫度時，按通風(fēng)工況運行。在全新風(fēng)空調(diào)工況和通風(fēng)工況下，能充分利用室外新風(fēng)作冷源，節(jié)約能源。全空氣系統(tǒng)還能完全兼容事故工況，可以兼作氣體滅火房間滅火后的通風(fēng)換氣。

2）系統(tǒng)簡單，設(shè)備集中，房間內(nèi)沒有空調(diào)設(shè)備和水管，徹底杜絕水患威脅。

3.3全空氣系統(tǒng)存在的問題

1）各房間的溫度不能獨立控制。全空氣系統(tǒng)無法獨立控制各房間的溫度，造成冷熱不均，部分房間難以達到設(shè)計參數(shù)。

2）系統(tǒng)可靠性不高。多個房間共用一套系統(tǒng)，當某臺設(shè)備出現(xiàn)故障時，整個空調(diào)系統(tǒng)都將停運，可靠性不高。

3）不同房間之間存在交叉污染，影響室內(nèi)空氣品質(zhì)。全空氣系統(tǒng)采用各個房間的回風(fēng)集中起來與新風(fēng)混合后再進行熱濕處理，由于部分機電設(shè)備會釋放有害物質(zhì)，容易造成交叉污染，使管理用房的空氣品質(zhì)降低，影響工作人員的身心健康和工作效率。

4）最小新風(fēng)工況下新風(fēng)量偏大，且新風(fēng)不能按需分配。以圖1所示的車站為例，全空氣系統(tǒng)總送風(fēng)量為20000m3/h。若按人員所需新風(fēng)量（每個工作人員每小時新風(fēng)量不小于30m3）及保持室內(nèi)正壓所需風(fēng)量計算，最小新風(fēng)量為990m3/h，若按照新風(fēng)量不小于系統(tǒng)總送風(fēng)量的10%[1]，系統(tǒng)最小新風(fēng)量為2000m3/h。采用全空氣系統(tǒng)時的最小新風(fēng)量大大高于人員所需新風(fēng)量，造成能源浪費。對于全空氣系統(tǒng)來說，各房間的送風(fēng)量是按計算負荷來分配的，新風(fēng)量也按相同的比例分配，而不是按房間新風(fēng)量的需求分配，新風(fēng)的需求與供給不匹配。對新風(fēng)要求不高的設(shè)備用房會獲得較多的新風(fēng)量，而對新風(fēng)要求較高的管理用房則可能出現(xiàn)新風(fēng)供給不足，人員所需新風(fēng)量難以保證。

5）空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量偏大，材料和動力消耗增加。從性質(zhì)上來說，管理用房屬于舒適性空調(diào)，而設(shè)備用房可以看作工藝性空調(diào)，二者的負荷特性不一樣，對送風(fēng)溫差的要求也不同。根據(jù)規(guī)范，管理用房最大送風(fēng)溫差為10℃，設(shè)備用房最大送風(fēng)溫差可以達到15℃[2]，如果二者合用一個系統(tǒng)，則送風(fēng)溫差不能超過10℃，加之設(shè)備用房的冷負荷比管理用房大得多，這樣就會導(dǎo)致空調(diào)送風(fēng)量增加，材料和動力消耗也隨之增加。

6）在通風(fēng)工況下，某些房間的溫度會低于設(shè)計溫度，需要采取輔助加熱措施。當室外空氣溫度低于調(diào)送風(fēng)溫度時，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)入通風(fēng)工況，對于室內(nèi)余熱較小的管理用房來說，直接引入大量的室外溫度較低的新風(fēng)，會使房間溫度持續(xù)降低，需要采用輔助加熱設(shè)施來保持室內(nèi)溫度，不利于節(jié)能。

針對全空氣空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用于設(shè)備管理用房的諸多弊端，筆者建議考慮采用干式風(fēng)機盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（以下簡稱“干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)）。

4干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)及適用性分析

4.1干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的基本原理及特點

干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)是溫濕度獨立控制系統(tǒng)的一種形式，干式風(fēng)機盤管作為末端設(shè)備，負擔空調(diào)區(qū)的全部顯熱負荷，經(jīng)處理的新風(fēng)負擔空調(diào)區(qū)全部散濕量。該系統(tǒng)具有以下特點：

1）風(fēng)機盤管處于干工況運行，室內(nèi)無冷凝水產(chǎn)生，避免了霉菌滋生和冷凝水泄漏，有利于室內(nèi)空氣質(zhì)量的保證。

2）不采用回風(fēng)，可以避免房間之間的交叉污染，衛(wèi)生條件好。

3）新風(fēng)直接送入室內(nèi)，途徑污染少，新風(fēng)品質(zhì)好。

4）新風(fēng)系統(tǒng)獨立設(shè)置，新風(fēng)量根據(jù)各個房間的要求按需供應(yīng)。

5）各房間溫度可以獨立控制和調(diào)節(jié)，舒適度好，節(jié)約能源。

6）系統(tǒng)可靠性較高，當某個空調(diào)設(shè)備出現(xiàn)故障時，其余房間的設(shè)備仍可繼續(xù)運行。

4.2干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)對于設(shè)備管理用房的適用性分析

規(guī)范[2]第7.3.9條規(guī)定：空調(diào)區(qū)較多，建筑層高較低且各區(qū)溫度要求獨立控制時，宜采用風(fēng)機盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。第7.3.10條規(guī)定：對于風(fēng)機盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，當空氣質(zhì)量標準要求較高時，新風(fēng)宜負擔空調(diào)區(qū)的全部散濕量。

地鐵設(shè)備管理用房獨立房間較多，層高較低，空間狹小；工作人員長期在封閉環(huán)境下工作，對空氣質(zhì)量要求高，要求各房間溫度能單獨調(diào)節(jié)；設(shè)備用房的各種電氣設(shè)備對于保證地鐵安全運營至關(guān)重要，其可靠性要求高。若采用常規(guī)的風(fēng)機盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，由于風(fēng)機盤管在濕工況下運行，會產(chǎn)生冷凝水，存在霉菌滋生和冷凝水泄漏的問題，前者會影響室內(nèi)空氣質(zhì)量，后者會對電氣設(shè)備的運行產(chǎn)生威脅。采用干盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，是克服以上弊端的有效途徑。風(fēng)機盤管干工況運行，新風(fēng)負擔空調(diào)區(qū)的全部散濕量，室內(nèi)無冷凝水產(chǎn)生，可避免濕工況下盤管的表面積存濕垢、產(chǎn)生霉菌的問題，有利于提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，保證工作人員的身心健康，同時可以防止冷凝水滴漏對電氣設(shè)備的威脅，保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)和地鐵的安全運營。此外，干盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)不設(shè)冷凝水管，對于管線眾多且錯綜復(fù)雜的設(shè)備管理用房來說，可以在一定程度上降低綜合管線布置的難度。

5干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)與全空氣系統(tǒng)的比較

二者應(yīng)用于設(shè)備管理用房的對比分析見表1。

表1兩種空調(diào)形式應(yīng)用于設(shè)備管理用房的比較

6地鐵設(shè)備管理用房采用干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)問題探討

6.1新風(fēng)量及新風(fēng)處理

新風(fēng)量應(yīng)按不小于人員所需新風(fēng)量，保持空調(diào)區(qū)空氣壓力所需新風(fēng)量，以及新風(fēng)除濕所需新風(fēng)量中的最大值確定[2]。

由于設(shè)備管理用房散濕量很小，由新風(fēng)負擔空調(diào)區(qū)的全部散濕量，對新風(fēng)機組的的選擇及新風(fēng)處理方式并沒有太高的要求。新風(fēng)處理方式應(yīng)根據(jù)夏季空調(diào)室外計算濕球溫度和露點溫度、新風(fēng)送風(fēng)狀態(tài)點要求等，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。優(yōu)先考慮冷卻除濕，當采用常規(guī)冷水不能滿足新風(fēng)處理要求時，可以考慮采用直接蒸發(fā)式新風(fēng)機組提供新風(fēng)。

目前地鐵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中新風(fēng)都是通過新風(fēng)亭，由土建風(fēng)道引入。由于風(fēng)道的施工質(zhì)量問題，加上風(fēng)道內(nèi)往往還鋪設(shè)有一些管線，新風(fēng)存在途徑污染。采用干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，空調(diào)新風(fēng)量較小，建議在風(fēng)道內(nèi)設(shè)置專用的進風(fēng)管，直接從室外進風(fēng)，減少途徑污染。

6.2冷水供應(yīng)

采用冷卻除濕方式時，新風(fēng)機組的供水溫度應(yīng)低于室內(nèi)空氣的露點溫度，而干式風(fēng)機盤管的供水溫度應(yīng)低于室內(nèi)空氣的干球溫度，并高于室內(nèi)空氣的露點溫度，使風(fēng)機盤管無冷凝水出現(xiàn)，二者對冷水供水溫度的要求不同。

設(shè)備管理用房室內(nèi)空氣干球溫度為27℃，相對濕度為50%，對應(yīng)的露點溫度為15.7℃，干式風(fēng)機盤管的供回水溫度取16℃/21℃。在滿足新風(fēng)處理要求的條件下，新風(fēng)機組直接采用冷水機組提供的冷水，干式風(fēng)機盤管的冷水供應(yīng)采用以下兩種方式：

方式一：采用文獻[3]給出的冷水系統(tǒng)方案1，即通過使新風(fēng)機組回水和風(fēng)機盤管回水混合后進入三通閥，再與冷水機組提供的7℃冷水相混合，得到16℃的中溫冷水，供給干式風(fēng)機盤管，通過控制冷水機組提供的冷凍水水量來穩(wěn)定供水溫度。

方式二：通過水-水換熱器，直接制取16℃的中溫冷水，其原理圖見圖3。

圖3干式風(fēng)機盤管冷水系統(tǒng)方式二原理圖

6.3過渡季節(jié)通風(fēng)及氣體滅火房間通風(fēng)

干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)不具備過渡季節(jié)通風(fēng)運行的條件，不能充分利用新風(fēng)作冷源。

地鐵設(shè)備管理用房中部分房間設(shè)有氣體滅火系統(tǒng)，根據(jù)規(guī)定，這些房間需要設(shè)置機械排風(fēng)裝置，在氣體滅火結(jié)束后，對防護區(qū)進行通風(fēng)換氣，換氣次數(shù)可按5次/h考慮[4]。

為了利用新風(fēng)作冷源以節(jié)約能源，同時解決氣體滅火房間事故工況下的通風(fēng)換氣問題，建議在干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加通風(fēng)工況用的送、排風(fēng)系統(tǒng)。

由于過渡季節(jié)通風(fēng)量大，而干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)量小，二者一般不能匹配。以圖1所示的地鐵車站為例，按換氣次數(shù)確定的通風(fēng)量為9000m3/h，而干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)機組的風(fēng)量僅為990m3/h，二者相差懸殊。因此要單設(shè)送風(fēng)機和送風(fēng)管，考慮系統(tǒng)風(fēng)量平衡，還要設(shè)排風(fēng)口、排風(fēng)管和排風(fēng)機等排風(fēng)設(shè)施。

圖4干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)原理圖

地鐵車站設(shè)備管理用房采用干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，增設(shè)送、排風(fēng)系統(tǒng)后，就具備了過渡季節(jié)通風(fēng)及氣體滅火房間事后排風(fēng)功能。其系統(tǒng)原理圖見圖4。該系統(tǒng)將通風(fēng)工況的排風(fēng)系統(tǒng)與走道機械排煙系統(tǒng)合用，節(jié)省了管道占用的空間。

7結(jié)語

目前地鐵地下車站設(shè)備管理用房普遍采用全空氣系統(tǒng)，存在室內(nèi)空氣品質(zhì)和舒適性不高，系統(tǒng)可靠性不強，能耗偏大等問題。

采用干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，可以有效地克服全空氣系統(tǒng)的弊端，提高人員的舒適度和室內(nèi)空氣品質(zhì)，增強系統(tǒng)的可靠性，并能在一定程度上降低能耗。通過適當?shù)拇胧?，可以實現(xiàn)全新風(fēng)運行，并且兼顧氣體滅火房間的通風(fēng)換氣。對于地鐵設(shè)備管理用房來說，干盤管加新風(fēng)系統(tǒng)與全空氣系統(tǒng)相比，在技術(shù)上具有比較明顯的優(yōu)勢，值得推廣應(yīng)用。

[1]北京城建設(shè)計研究總院.地鐵設(shè)計規(guī)范(GB50157-2003)[S].北京:中國計劃出版社,2003

[2]中華人共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB50736-2012)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 2012

[3]殷平.獨立新風(fēng)系統(tǒng)（DOAS）)研究(3)：常規(guī)風(fēng)機盤管獨立新風(fēng)系統(tǒng)[J].暖通空調(diào),2005,35(3):69-76

[4]公安部天津消防研究所.氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范(GB50370-20 05)[S].北京:中國計劃出版社,2006

Dis c us s on Air Conditioning Mode of Ma na ge m e nt a nd Equipm e nt Room s in Subw a y Sta tions

XIAN Shao-hua
Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning,Design&Research

On basis of project example,the characteristic of total air system with primary return-air was analyzed,which is the main type of air conditioning system in management and equipment rooms in Subway Stations.Its shortcomings and deficiencies in indoor air quality,comfort,reliability and energy saving were pointed out.Fan coil unit in dry cooling condition with fresh air system should be considered under this circumstance.Some crucial issues which should be concerned in design were analyzed and discussed,including fresh air handling,chilled water supply,ventilation design. A new way for the air conditioning system design of management and equipment rooms in subway stations was provided.

underground station,total air system with primary return-air,dry cooling fan coil unit plus fresh air system, design

1003-0344（2014）05-081-4

2013-7-15

鮮少華（1972～），男，大學(xué)，高工；杭州市環(huán)城西路89號武林大廈3樓（310006）；0571-89709328；E-mail:shxian325@163.com