孫 杰

（今創(chuàng)集團股份有限公司， 江蘇 常州 213101）

0 引言

城市軌道交通系統(tǒng)是現(xiàn)代城市的重要組成部分，因其快速、便捷、安全等特點，受到越來越多的人們的青睞。然而，在高峰期和換乘站等場所，站臺的噪音和空氣質(zhì)量等問題成為影響乘客舒適度和健康的重要因素。因此，站臺門降噪可調(diào)通風系統(tǒng)的應用成為解決這些問題的一種有效手段。

1 站臺門系統(tǒng)通風設計背景

19 世紀60 年代， 世界上第一條地鐵線路在英國倫敦建成開通，隨后世界各國的城市軌道交通迅速發(fā)展，巴黎、紐約、莫斯科等城市都陸續(xù)建成了各自的地鐵系統(tǒng)，經(jīng)過一個半世紀的發(fā)展， 目前數(shù)十個國家的兩百余座城市都開通了城市軌道交通， 累計建成了數(shù)萬公里的地鐵網(wǎng)絡，設站也達數(shù)萬座車站。我國的城市軌道建設起步于新中國成立后，六十年代末年才建成北京地鐵1 號線。隨后，又建設了上海地鐵、廣州地鐵等線路，截止目前國內(nèi)開通或正在建設城市軌道的城市達到43 座，線路總長度達到了8000km。 快速發(fā)展的城市軌道交通為城市環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展做出了重大貢獻。

相對飛機、汽車等交通工具，城市軌道交通的運力較大，載客更多，并且具有全天候運營的特點，基本不受天氣、環(huán)境的影響。 在城市軌道交通為人們提供出行便利的同時，也帶來巨大的能耗問題。對于普通的一條長度約30公里設置站點15 個車站的地鐵線路，在北方城市，如果車站內(nèi)不設置環(huán)控系統(tǒng)，每年能耗約9000 萬度，如果車站設置環(huán)控系統(tǒng)，每年能耗將達到1 億2000 萬度；而在比較炎熱潮濕的南方城市，車站普遍設置有環(huán)控系統(tǒng)，每年能耗更是多達1.5 億度。城市軌道交通作為城市的公共交通設施，有效降低其能耗十分必要及重要。

通過對國內(nèi)軌道交通系統(tǒng)環(huán)控能耗相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)， 地鐵車站的通風空調(diào)能耗與地鐵環(huán)控系統(tǒng)采用的形式緊密相關。 早期建設的地鐵未能充分考慮到環(huán)控問題， 往往站臺區(qū)與軌行區(qū)之間沒有有效的阻擋與隔斷， 地鐵列車在進站出站時由于隧道的活塞效應給站臺候車區(qū)域帶來比較大的活塞風， 并且夾雜著隧道中的塵土及鋼軌磨削的碎屑， 不能保證站臺上的乘客具有良好的候車環(huán)境。 同時，地鐵列車在制動過程產(chǎn)生的制動熱也會經(jīng)由活塞風帶入站臺，使車站候車區(qū)溫度增高。 因此僅僅依靠隧道風井及活塞風通風已無法排除車站及隧道內(nèi)的余熱， 需在軌行區(qū)增設通風系統(tǒng)及在車站增設空調(diào)系統(tǒng)才能有效降溫，才能保證比較良好的候車環(huán)境。 另外，隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人民生活水平的進一步提高， 對環(huán)境舒適的要求也日益增加， 城市軌道交通的發(fā)展所面臨及主要需解決的問題包括客運量的增加，發(fā)車頻次的提高，運行車速的加快， 都會使地鐵運營過程中產(chǎn)生更大的熱量排放。因此，在新建的地鐵線路都要求增設了通風系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)， 在后期的地鐵改造中也開始要求安裝通風系統(tǒng)來滿足排熱的要求。

由于地鐵環(huán)控系統(tǒng)的高能耗， 同時考慮乘客候車環(huán)境的安全，減少乘客跌落軌行區(qū)的風險，催生了站臺門系統(tǒng)的出現(xiàn)。 上世紀80 年代初，半高安全門系統(tǒng)在法國里爾地鐵率先應用，隨后，全高屏蔽門系統(tǒng)也在新加坡樟宜機場線首次應用。 國內(nèi)最早于2003 年在廣州地鐵2 號線應用了屏蔽門系統(tǒng)。 隨后國內(nèi)其它城市的地鐵線路也陸續(xù)開始應用安全門或屏蔽門系統(tǒng)， 使站臺門系統(tǒng)成為地鐵設備的標準配置。

站臺門系統(tǒng)不僅為乘客營造了安全舒適的候車環(huán)境， 也為地鐵環(huán)控系統(tǒng)帶來新的模式。 使用半高安全門時，地鐵車站候車區(qū)與軌行區(qū)在安全門上方區(qū)域互通，在春季、秋季時活塞風溫度與車站站廳溫度相差不大，通過活塞風的引入可增加車站通風。 并且活塞風可以通過風井從站外引入新風，降低通風耗能。而全高屏蔽門則將候車區(qū)及軌行區(qū)分隔為兩個獨立的部分， 在炎熱的夏季能夠阻斷軌行區(qū)內(nèi)由活塞風帶入車站的熱量， 節(jié)省車站環(huán)控系統(tǒng)的能耗，冬季避免站廳內(nèi)空調(diào)熱空氣的流失，也能降低環(huán)控系統(tǒng)消耗。 而后出現(xiàn)的可調(diào)通風型站臺門結合了半高、全高兩種形式站臺門的優(yōu)勢，在全高屏蔽門結構的基礎上，于門體上方位置增設可調(diào)節(jié)的通風風口，通過調(diào)節(jié)開啟角度， 根據(jù)所處季節(jié)及環(huán)境條件控制站臺區(qū)與軌行區(qū)的連通狀態(tài)，來降低能耗及利用活塞風通風。在三種結構形式的站臺門中， 這種可調(diào)通風型站臺門結合了兩種系統(tǒng)的優(yōu)點，具有很大的應用價值和研究價值。

2 站臺門系統(tǒng)常用通風方式

由于大多數(shù)地鐵線路在城市人口集中區(qū)穿行，所以地鐵車站一般都設置于地下，由軌行區(qū)、站臺區(qū)、站廳、隧道、通風井、通風道等部分組成。車站站廳、候車區(qū)和隧道一般距離地面幾米至幾十米。 軌行區(qū)與站臺區(qū)之間設置站臺門，站廳內(nèi)與站外一般只在車站出入口有連通。 地鐵列車在進站減速制動的過程中，車輪與軌道之間摩擦會產(chǎn)生金屬粉塵，同時，也會產(chǎn)生制動熱，使候車區(qū)溫度上升，空氣質(zhì)量下降，極大地影響到乘客候車環(huán)境。 為保障良好的候車環(huán)境，必須對站臺區(qū)、及軌行區(qū)等不同的功能區(qū)域的環(huán)境采用不同的調(diào)節(jié)控制。另外，在火災模式下，車站環(huán)控系統(tǒng)需要將火災產(chǎn)生的煙氣排除， 同時也要為乘客提供足夠的新風，保障乘客的安全，并為乘客提供疏散撤離的條件。

目前地鐵環(huán)控系統(tǒng)主要分為三大類，即全高屏蔽門，半高安全門及帶有可調(diào)通風的屏蔽門系統(tǒng)。

全高屏蔽門系統(tǒng)就是延站臺邊緣安裝并且在對應地鐵車輛車門?？课恢每梢曰瑒娱_閉形成上下車通道的門體，它將站臺區(qū)與軌行區(qū)空間完全分隔開。地鐵列車進出站時，屏蔽門的滑動門與車門對應同時打開或關閉，為乘客提供上下車的通道。通常情況下，站臺區(qū)環(huán)控系統(tǒng)與軌行區(qū)通風系統(tǒng)相互獨立設置。 車站環(huán)控系統(tǒng)控制站臺區(qū)環(huán)境， 軌行區(qū)通風系統(tǒng)通過利用列車運行時的活塞風與隧道風井通風共同作用控制并排除軌行區(qū)內(nèi)部的余熱與余濕。 由于全高屏蔽門系統(tǒng)能將軌行區(qū)與站臺區(qū)有效隔開，站臺區(qū)噪聲較低，也阻斷了活塞風影響，乘客的候車環(huán)境比較安靜舒適。 另外，由于全高屏蔽門系統(tǒng)的阻隔，也減少了列車制動熱進入站臺區(qū)， 降低了車站環(huán)控系統(tǒng)的冷負荷從而減少了車站環(huán)控系統(tǒng)的能耗。

安全門系統(tǒng)是為了保障乘客的安全，防止乘客意外跌入軌行區(qū)，在站臺邊緣與軌行區(qū)區(qū)間隧道之間設置的站臺門，高度一般為1.5～1.7m。 其特點為軌行區(qū)與站臺區(qū)在安全門上方區(qū)域相互連通。根據(jù)車站站臺與站外環(huán)境連接形式區(qū)別，安全門系統(tǒng)分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩類。 閉式系統(tǒng)一般不在隧道內(nèi)延地鐵線路設置通風豎井，僅車站兩端的風井及車站出入口與站外連通。閉式系統(tǒng)通常配合設置空調(diào)系統(tǒng)，若站外空氣溫度比站內(nèi)空氣熱很多，將開啟站內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)并關閉所有站內(nèi)與站外通風的通風豎井，對站臺區(qū)與軌行區(qū)進行降溫。若站外空氣溫度低于或接近站內(nèi)溫度，則打開車站出入口處的通風井進行通風。 這種系統(tǒng)主要運用于最熱月的平均溫度高于25℃并且客運量較大的南方地區(qū)。開式系統(tǒng)則需要在軌行區(qū)內(nèi)延地鐵線路設置多處與站外相連的通風豎井，正常運行時，利用地鐵列車運行時的活塞風抽吸作用通過通風豎井將站外空氣引入隧道，同時將軌行區(qū)內(nèi)的濕熱空氣通過通風豎井排至站外，在溫度適宜的春季和秋季，可充分利用列車活塞風與外界換氣，減小能源消耗。隨著夏季外界環(huán)境氣溫的升高，當列車運行時的活塞風量不足將軌行區(qū)的余熱全部排出時，將開啟隧道風井風機，來控制軌行區(qū)溫度。開式系統(tǒng)比較適合于國內(nèi)北方夏季平均溫度不算太高并且客運量相對較小的城市地鐵系統(tǒng)， 而不適合夏季室外氣溫較高、濕度較大的南方地區(qū)，如果應用開式系統(tǒng)，軌行區(qū)及站臺區(qū)的空氣溫度及濕度將會超出人體的舒適范圍。

帶可調(diào)通風系統(tǒng)的站臺門系統(tǒng)在全高屏蔽門的基礎上增加了門體上部的可開啟的通風風口， 通過控制通風口開閉的大小實現(xiàn)兩種功能的切換。 在夏季和冬季將可調(diào)風口完全關閉作為全高屏蔽門系統(tǒng)運行， 通過阻斷站臺區(qū)和軌行區(qū)來降低環(huán)控系統(tǒng)的能耗， 在春季和秋季將可調(diào)風口打開，轉(zhuǎn)為安全門系統(tǒng)運行，利用列車活塞風進行通風，減少站臺區(qū)和軌行區(qū)的通風能耗。

3 可調(diào)通風系統(tǒng)的應用

結合屏蔽門及安全門兩種通風系統(tǒng)的優(yōu)點， 在全高屏蔽門上部加裝可調(diào)通風風口， 通過控制可調(diào)通風風口的開啟角度，在不同季節(jié)對運行模式進行切換。

全高屏蔽門主體結構包括框架結構、 滑動門、 應急門、固定門及端頭等部分?；瑒娱T、應急門、端門是可以移動的門體， 不宜設置通風口， 根據(jù)全高屏蔽門的結構特點，可調(diào)通風風口設置在屏蔽門門體上方頂蓋板位置。

可調(diào)通風風口開啟后， 列車進出站過程中產(chǎn)生的活塞風在列車車尾后部會形成負壓， 使站外空氣從隧道風井吸入到軌行區(qū)；車頭前部由于活塞擠壓效應形成正壓，將部分軌行區(qū)內(nèi)的空氣由軌行區(qū)通過可調(diào)通風口壓入車站站臺， 進入車站站臺的風量部分通過站臺對側屏蔽門上的可調(diào)通風口流回隧道。

根據(jù)相關規(guī)范， 對地下車站公共區(qū)溫度有著明確的規(guī)定。 夏季，車站環(huán)控系統(tǒng)采用通風系統(tǒng)時，站內(nèi)溫度應不高于30℃，且不高于站外環(huán)境溫度5℃，采用空調(diào)系統(tǒng)時，站內(nèi)溫度也應不高于30℃，且站臺區(qū)溫度應比站外環(huán)境溫度低2～3℃。 冬季，站臺區(qū)溫度應高于12℃。

根據(jù)當?shù)貧庀髼l件，按站外環(huán)境溫度從低到高的順序，可調(diào)通風口屏蔽門環(huán)控系統(tǒng)可分為以下運行模式： 活塞風補充新風通風模式、活塞風通風模式、活塞風與軌行區(qū)通風組合模式、軌行區(qū)通風系統(tǒng)模式、環(huán)控空調(diào)模式模式。

（1）當車站內(nèi)溫度小于12℃時，小角度開啟可調(diào)通風口，新風由列車活塞風帶入，風量僅需保證車站內(nèi)乘客需求，避免過多站外冷空氣進入車站導致溫度過低，運行活塞風補充新風通風模式。

（2）站外溫度升高，車站內(nèi)溫度大于12℃時，完全開啟可調(diào)通風口， 充分利用活塞風為站臺區(qū)與軌行區(qū)通風換氣，降低通風系統(tǒng)能耗，運行活塞風通風模式。

（3）站外溫度繼續(xù)升高，只通過活塞風通風無法保持站臺區(qū)的適宜溫度時，開啟軌行區(qū)通風系統(tǒng)，通過活塞風與軌行區(qū)通風系統(tǒng)共同作用保持站臺區(qū)的適宜溫度，運行活塞風與軌行區(qū)通風組合模式。

（4）站外溫度升高至由活塞風帶入的站外新風溫度高于軌行區(qū)的溫度時，如果繼續(xù)開啟可調(diào)通風口將增大通風系統(tǒng)能耗。此時關閉可調(diào)通風口，開啟通風系統(tǒng)，運行通風模式。

（5） 站外溫度繼續(xù)升高至只依靠軌行區(qū)通風系統(tǒng)也不能以維持站臺區(qū)溫度時，此時關閉可調(diào)通風口，開啟空調(diào)系統(tǒng)，運行環(huán)控空調(diào)模式。

4 站臺門降噪可調(diào)通風系統(tǒng)的節(jié)能效果分析

根據(jù)相關資料表明， 目前各城市地鐵用電價略有差異，例如廣州地鐵電價為0.7 元/度，杭州地鐵電價為0.74元/度，合肥地鐵電價為0.74 元/度0.6 元/度等，且都不執(zhí)行峰谷電價。 根據(jù)在不同氣候條件下的地區(qū)城市采用傳統(tǒng)屏蔽門環(huán)控系統(tǒng)及可調(diào)通風口屏蔽門環(huán)控系統(tǒng)兩種方案下年運行費用對比顯示， 以平均值約0.7 元/度進行估算，在氣候溫和的地區(qū)每年可節(jié)省更多的運行費用，例如成都、 寧波兩城市地鐵每站每年可分別節(jié)省運行費9.05萬元及9.39 萬元。 在夏熱冬暖的南方地區(qū)， 由于夏季漫長，可開啟可調(diào)通風口進行通風的時間不長，每年可節(jié)省年運行費用就較低。 例如廣州及深圳這兩座典型南方城市，每站每年只能節(jié)省運行費5.59 萬元及5.68 萬元。

由此可見， 環(huán)控系統(tǒng)采用屏蔽門可調(diào)通風口進行通風時間越長，節(jié)能效果越好，但無論所處地區(qū)及氣候，使用可調(diào)通風口屏蔽門的環(huán)控系統(tǒng)相比使用傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)的環(huán)控系統(tǒng)均可以產(chǎn)生不同程度的節(jié)能效果。

對于增加的初期投資， 屏蔽門系統(tǒng)增加可調(diào)通風口后，每單元屏蔽門系統(tǒng)價格需增加約0.8 萬元。 按通常的6B 車型，共增加48 組可調(diào)通風口，相對傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)形式，每個車站共需增加初期投資39 萬元。 在氣候溫和的地區(qū)4～5 年就可以收回投資， 即使在夏熱冬暖的南方地區(qū)，7～8 年也可收回投資。

5 結束語

隨著城市軌道交通的發(fā)展， 地鐵環(huán)控系統(tǒng)是其中的一個重要組成部分，承擔著通風、制冷、排煙等功能，直接影響乘客舒適度。地鐵環(huán)控系統(tǒng)作為耗能大戶，其節(jié)能問題越來越受到重視。 可調(diào)風口屏蔽門環(huán)控系統(tǒng)相對傳統(tǒng)屏蔽門系統(tǒng)能夠顯著降低運行能耗， 能夠有效地解決城市軌道交通站臺的節(jié)能問題。因此，在城市軌道交通站臺的應用具有重要的意義。 未來，隨著技術的不斷進步，該系統(tǒng)的性能和效果將得到進一步提升和完善。