蔡亞橋

中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司

地鐵車站冷卻塔結(jié)合新、排風(fēng)井的設(shè)置探討

蔡亞橋

中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司

依據(jù)地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)的運行特點，結(jié)合地鐵車站新、排風(fēng)井的設(shè)置原則，指出地鐵車站的冷卻塔、蒸發(fā)式冷水機組、蒸發(fā)式冷卻塔、多聯(lián)機室外機等空調(diào)系統(tǒng)的散熱設(shè)備放在地下是可行的，該方法對于地鐵車站地面冷卻塔等散熱設(shè)備長期以來與地面占地征用協(xié)調(diào)困難、與城市景觀不協(xié)調(diào)、噪音擾民等矛盾的解決具有一定的借鑒意義。

地鐵冷卻塔風(fēng)道小新風(fēng)新風(fēng)

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進，各城市地鐵的不斷建設(shè)，承擔(dān)著地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)散熱的冷卻塔往往需要占用地面較大的面積，征地困難，嚴重的情況下甚至影響到地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)的使用，同時對地面的景觀及其產(chǎn)生的噪音對附近的居民帶來了不利的影響，尤其是在城市中心寸土寸金的繁華地帶，這一矛盾尤為突出。

當前，針對地面冷卻塔出現(xiàn)的問題，已經(jīng)有相應(yīng)的解決方案，如采用蒸發(fā)式冷卻塔、蒸發(fā)式冷凝器等蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)[1～2]，但由于其設(shè)備初投資高、后期運行維護困難，其使用受到一定的限制，常規(guī)冷卻塔使用仍然是主流。

根據(jù)地鐵車站新風(fēng)井、排風(fēng)井的設(shè)置原則，結(jié)合其空調(diào)系統(tǒng)的運行特點，本文對常規(guī)冷卻塔的布置方式進行探討，期望借此可以減小常規(guī)地鐵車站冷卻塔設(shè)置后帶來的一系列矛盾。

1 地鐵車站新、排風(fēng)道設(shè)置原則

地鐵車站兩端一般各設(shè)有活塞風(fēng)井、新風(fēng)井、排風(fēng)井，其中，活塞風(fēng)井負責(zé)隧道內(nèi)的通風(fēng)，新、排風(fēng)井負責(zé)車站內(nèi)的通風(fēng)，為減小對城市景觀的影響，敞口風(fēng)井居多，根據(jù)地鐵設(shè)計規(guī)范[3]及地鐵設(shè)計規(guī)范征求意見稿的要求，敞口新、排風(fēng)井，間距不小于10m，如圖1所示。

圖1 地鐵車站新、排風(fēng)井示意圖

2 地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)的運行特點

地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要包括，服務(wù)于乘客上、下列車公共區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)，簡稱大系統(tǒng)，服務(wù)于通信設(shè)備室、站長室等設(shè)備及設(shè)備管理用房的空調(diào)系統(tǒng)，簡稱小系統(tǒng)空調(diào)，服務(wù)于空調(diào)機房、消防泵房等設(shè)備房間的通風(fēng)系統(tǒng)，簡稱小系統(tǒng)通風(fēng)，其中小系統(tǒng)通風(fēng)常年運行一種工況（直流式系統(tǒng)），大系統(tǒng)、小系統(tǒng)空調(diào)分為三種運行工況，如圖2所示：

A、小新風(fēng)運行，當室外焓值大于室內(nèi)焓值時，在滿足人員衛(wèi)生要求的前提下，采用一次回風(fēng)系統(tǒng)，部分回風(fēng)與新風(fēng)混合后，經(jīng)空調(diào)器處理后再次送入室內(nèi)，部分回風(fēng)排至室外，以此來減小新風(fēng)負荷。

B、全新風(fēng)運行，當室外焓值小于室內(nèi)焓值時，系統(tǒng)采用回風(fēng)全部排至室外，室外新風(fēng)經(jīng)過空調(diào)器處理后直接送入室內(nèi)的直流式系統(tǒng)。

C、當室外溫度小于空調(diào)器的送風(fēng)溫度時，空調(diào)冷水系統(tǒng)關(guān)閉，系統(tǒng)采用回風(fēng)全部排至室外，室外新風(fēng)經(jīng)過空調(diào)器處理后直接送入室內(nèi)的直流式系統(tǒng)。

圖2 地鐵車站空調(diào)運行工況示意圖

3 典型車站負荷分析

對于大系統(tǒng)，室外氣象參數(shù)的變化、站內(nèi)客流的波動是影響空調(diào)負荷的主要因素，以下計算選取的均為最不利工況[4]，即夏季空調(diào)室外最大計算干球溫度及遠期客流最大時刻。

對于小系統(tǒng)空調(diào)，各車站設(shè)備房間的負荷基本相同，其中部分車站因帶牽引變電所，負荷會偏大，因此，計算選取的是帶有牽引變電所的設(shè)備房間集中的區(qū)域，表1為無錫地鐵2號線某標準車站的計算結(jié)果。

表1 不同工況下各系統(tǒng)風(fēng)量（m3/s）

由表1可見，小新風(fēng)和全新風(fēng)工況下，風(fēng)量差別3.85倍，在小新風(fēng)工況，新、排風(fēng)井風(fēng)量較小，風(fēng)井利用率較低。

根據(jù)規(guī)范要求的最大風(fēng)速要求，可以得出各工況下風(fēng)井需要的最小面積，從表2、3可知，小新風(fēng)工況下，新風(fēng)井所需要的最小面積僅為1.67m2，由于排風(fēng)井還需負擔(dān)車站軌行區(qū)的排風(fēng)，約50m3/s，經(jīng)計算，所需的最小面積為10m2；全新風(fēng)工況下，新風(fēng)井所需要的最小面積僅為6.43m2，排風(fēng)井所需的最小面積為14.77m2。

表2 小新風(fēng)工況新、排風(fēng)井最小凈面積

表3 全新風(fēng)工況新、排風(fēng)井最小凈面積

4 冷卻塔的地下布置

根據(jù)地鐵規(guī)范的要求，新、排風(fēng)井間距不小于10m，如將冷卻塔放在新排風(fēng)井之間的地下區(qū)域，將其通風(fēng)系統(tǒng)與車站的新排風(fēng)井共用，就能有效地減小冷卻塔放在地面帶來的一系列影響，同時10m的間距可滿足冷卻塔通風(fēng)的要求，在最不利工況下，各風(fēng)井所需面積如表4所示。

表4 新、排風(fēng)井最小凈面積

當前地鐵車站新、排風(fēng)井的面積分別按照10m2、16m2設(shè)置，與表4的結(jié)果差異不大，冷卻塔的新、排風(fēng)井與車站的新、排風(fēng)井合用，大小是可以接受的。

地鐵車站主體結(jié)構(gòu)一般位于城市道路下方，附屬結(jié)構(gòu)受風(fēng)井、道路、地面建筑等因素的影響，風(fēng)井一般距離道路較遠，風(fēng)井和車站主體之間的附屬區(qū)域有較大的空間，而這些空間由于利用率低，往往被風(fēng)道（新風(fēng)道、排風(fēng)道、活塞風(fēng)道）占用，由圖1、圖3可以看出，將冷卻塔放在新、排風(fēng)道之間，原車站新風(fēng)道的位置需向車站側(cè)外擴，車站的外圍護結(jié)構(gòu)不變，可以有效地提高附屬區(qū)域的利用率，且不會對土建的外圍護結(jié)構(gòu)、土建投資帶來較大的影響。

圖3 地鐵車站與冷卻塔新、排風(fēng)井合用布置示意圖

5 車站新、排風(fēng)井的合理使用

由前面的分析可知，在地鐵車站小新風(fēng)運行工況下，其新、排風(fēng)井的風(fēng)量較小，利用率較低，而此時室外氣象條件較差，冷卻塔需要更好的換熱效果，因此可以考慮在風(fēng)井中的隔墻上設(shè)置調(diào)節(jié)閥門，此時開啟，使車站的新、排風(fēng)井負擔(dān)一部分冷卻塔通風(fēng)，改善其通風(fēng)效果。

全新風(fēng)工況下，車站的通風(fēng)量較大，為減小冷卻塔排風(fēng)與車站排風(fēng)的干擾，此時關(guān)閉風(fēng)井隔墻上的調(diào)節(jié)閥門，雖然此時冷卻塔的通風(fēng)會受到一定的影響，但是此時室外焓值小于室內(nèi)焓值，氣象條件較好，因此是可以接受的。

6 結(jié)語

受設(shè)備初投資、后期運行維護的影響，蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)的使用受到一定的限制，常規(guī)冷卻塔使用仍然是主流，本文從地鐵車站空調(diào)運行的最不利工況出發(fā)，結(jié)合其運行特點，對常規(guī)冷卻塔結(jié)合地鐵車站新、排風(fēng)道設(shè)置于地下進行分析計算，得出：

1）結(jié)合土建設(shè)計，將常規(guī)冷卻塔放在地下是可行的，土建投資規(guī)模不會受到大的影響，同時可以有效地提高地鐵空間的利用率；

2）冷卻塔地下式布置可以解決常規(guī)冷卻塔布置在地面帶來的地面征地困難、與城市景觀不協(xié)調(diào)、噪音擾民等一系列的矛盾；

3）冷卻塔地下式布置可以有效地利用車站的新、排風(fēng)井，提高其利用率。

[1]許巍,王懷良,羅碩成.蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用[J].暖通空調(diào),2011,41(6):43-46

[2]吳允昌.蒸發(fā)式冷凝機組在地鐵車站的應(yīng)用分析[J].都市快軌交通,2012,25(4):119-122

[3]北京城建設(shè)計研究總院.地鐵設(shè)計規(guī)范(GB50157-2003)[S].北京:中國建筑出版社,2003

[4]莊煒茜.武漢地區(qū)地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能控制研究[J].暖通空調(diào),2010,40(5):39-43

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1003-0344（2014）02-090-3

2013-3-15

蔡亞橋（1981～），男，碩士，工程師；武漢市武昌區(qū)和平大道745號中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司城地院暖通所（430063）；E-mail:303292202@qq.com