翁雪飛

北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司

地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施及發(fā)展趨勢

翁雪飛

北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司

本文就地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的功能及組成、特點進行了簡述，分析了目前存在問題，介紹了近年來針對存在問題而出現(xiàn)的新的通風空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施，指出了安全、節(jié)能、綠色地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

地鐵 通風空調(diào) 優(yōu)化措施 發(fā)展

1 地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的功能及組成

通風空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵中的重要設(shè)備系統(tǒng)之一，擔負著對地鐵內(nèi)部的空氣溫度、濕度、空氣流速、空氣壓力和空氣品質(zhì)進行控制的任務(wù)，平時為車站提供一個適宜的環(huán)境；當列車阻塞在區(qū)間隧道時，向阻塞區(qū)間提供一定的通風量，保證列車空調(diào)等設(shè)備正常工作，維持車廂內(nèi)乘客在短時間內(nèi)能接受的環(huán)境條件；當發(fā)生火災事故時，提供迅速有效的排煙手段和足夠的新鮮空氣，并形成一定的迎面風速，引導乘客安全迅速地撤離火災現(xiàn)場；也為各種設(shè)備提供必要的空氣溫度、濕度以及潔凈度等條件，保證其正常運轉(zhuǎn)。

地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)主要由以下四個子系統(tǒng)組成（其中前三個為風系統(tǒng)）：①公共區(qū)通風空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；②設(shè)備管理用房通風空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；③隧道通風兼排煙系統(tǒng)；④空調(diào)制冷循環(huán)水系統(tǒng)。

2 地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的特點

1）地下部分內(nèi)部空間相對閉塞，與外界的空氣交換只能通過車站的出入口和有限的隧道、車站通風亭口部來進行。

2）地下線路內(nèi)部有顯著的內(nèi)熱源，地鐵站的負荷特性決定其全年需要供冷。

3）地鐵站存在嚴重的污染源，如列車剎車閘瓦產(chǎn)生大量的粉塵、人們新陳代謝產(chǎn)生的CO2氣體等污染物。

4）列車運行產(chǎn)生活塞通風效應。

3 地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)存在的問題

現(xiàn)有的通風空調(diào)系統(tǒng)最主要的問題：

1）系統(tǒng)操作復雜、繁瑣，控制運行不便；

2）系統(tǒng)龐大，設(shè)備眾多，機房占用面積過大，一般在1200～2500m2左右；

3）系統(tǒng)運行能耗高，達到了地鐵總能耗的40%左右；

4）在市區(qū)，大量的地面進、排風亭（風口），其用地、美觀、噪聲處理等諸多方面，都與周邊環(huán)境存在較難協(xié)調(diào)等不利情況。

4 地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施

4.1 采用冷水機組群控系統(tǒng)

冷水機組的群控是指利用自動控制技術(shù)對制冷站內(nèi)部的相關(guān)設(shè)備（冷水機組、水泵、冷卻塔、閥門等）進行自動化監(jiān)控，使制冷站內(nèi)的設(shè)備達到最高效的運行狀態(tài)[1]。群控系統(tǒng)會采集和控制各類輸入輸出信號，實現(xiàn)多臺冷水機組的遠程管理控制，同時也把冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔等聯(lián)鎖控制納入管理。群控系統(tǒng)可根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)，監(jiān)控和管理空調(diào)系統(tǒng)，使系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)和最少的能源消耗。每座地鐵車站冷水機組系統(tǒng)獨立設(shè)置一套群控系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控功能和連鎖保護功能。群控系統(tǒng)的控制界面如圖1所示。

圖1 北京地鐵某線群控系統(tǒng)控制界面

近幾年開通的北京地鐵新線，采用了冷水機組群控系統(tǒng)，做到了空調(diào)系統(tǒng)的智能自動化監(jiān)控，將車站溫度控制在合理區(qū)域內(nèi)，避免了傳統(tǒng)控制方式下按時間表開啟冷水機組、風機、水泵等設(shè)備，使車站溫度過低而造成的能源浪費，實現(xiàn)節(jié)能運行。

4.2 采用合適的空氣凈化器

在地鐵車站中，空氣處理設(shè)備主要由初效過濾器、空氣凈化器、表冷器、風機、消聲器和風管組成，其中起凈化消毒作用的是空氣凈化器段。當空氣凈化選擇靜電凈化技術(shù)時，一般將靜電凈化器放置在初效過濾器后，空氣處理流程為初效過濾器--靜電凈化器--表冷器--風機--消聲器--送風[2]。也可以選擇靜電凈化與紫外線疊加技術(shù)，即初效過濾器--靜電凈化器--紫外線消毒--表冷器--風機--消聲器--送風。靜電凈化是利用電暈放電原理，使空氣中的粉塵帶上電荷，利用庫侖力的作用將帶電粒子捕集在集塵設(shè)備上，通過氣體電離、粉塵荷電、粉塵沉降和清灰四個階段實現(xiàn)顆粒污染物與氣流的分離，達到除塵和凈化空氣的目的?？諝鈨艋^程如圖2所示。

圖2 靜電凈化設(shè)備的空氣凈化過程

靜電凈化對于可吸入顆粒物、有機污染物、CO、CO2、細菌、微生物等都有很好的去除效果，因為粉塵、灰塵等是微生物賴以生存的載體，因此使用該設(shè)備后，間接起到殺菌效果。同時該設(shè)備在電場電離過程中可以釋放出對人體健康極有好處的負離子。非常適合于灰塵量較大的地鐵中央空調(diào)的空氣凈化和除塵。

4.3 采用新型通風空調(diào)集成系統(tǒng)

地鐵中傳統(tǒng)的通風空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成較為復雜，各系統(tǒng)的設(shè)置相互獨立，在運行方面也具有相對的獨立性。對于區(qū)間隧道的通風系統(tǒng)設(shè)備，只在區(qū)間事故情況下運行，平時長時間閑置，造成浪費。由于傳統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成復雜，所以系統(tǒng)對機房面積的需求大大增加，占用了大量寶貴的地下空間，導致車站規(guī)模大。從工況分析可以看出，區(qū)間隧道與車站公共區(qū)兩個獨立的系統(tǒng)不存在同時使用的情況，即車站公共區(qū)系統(tǒng)運行時，區(qū)間隧道系統(tǒng)是關(guān)閉的，反之亦然。同時，車站公共區(qū)系統(tǒng)常年運行，而區(qū)間隧道系統(tǒng)則長時間的閑置。另外，地鐵線路通常在規(guī)劃道路下面，風亭要控制在道路紅線以外的合適位置，風道一般很長，少則三四十米，多則七八十米。傳統(tǒng)系統(tǒng)中風道內(nèi)部的空間不能很好地加以利用。

傳統(tǒng)系統(tǒng)的區(qū)間隧道與車站公共區(qū)的通風空調(diào)機房一般都設(shè)置在車站兩端，位置相鄰。區(qū)間隧道風機與車站公共區(qū)系統(tǒng)風量相近，采用變頻技術(shù)可以將兩個系統(tǒng)的風機合用，滿足不同風量、風壓要求。從兩個系統(tǒng)的通風方向看，一個向隧道且方向可逆轉(zhuǎn)，一個向車站有送有排，風機合用后設(shè)置在風道內(nèi)，通過風機及風閥的轉(zhuǎn)換即可分別實現(xiàn)對隧道和車站通風。車站公共區(qū)的空氣處理設(shè)備，取消空氣處理機組，將表冷器、過濾器通過改裝后設(shè)置在風道中[3]。這樣就將隧道與車站公共區(qū)通風系統(tǒng)完全合并設(shè)置在風道中，既解決了隧道風機的閑置問題，又有效地利用了風道內(nèi)的空間。

新型通風空調(diào)集成系統(tǒng)已在北京地鐵5號線、10號線等工程中成功應用，減小了地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)機房占地面積、節(jié)省了土建成本，保證了系統(tǒng)功能要求。

4.4 采用新型可調(diào)通風型屏蔽門

地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)能耗的高低不僅與自身系統(tǒng)完善度有關(guān)，還與站臺門的型式關(guān)系密切。在空調(diào)季節(jié)，采用全封閉屏蔽門的通風空調(diào)系統(tǒng)負荷小，與設(shè)置安全門的閉式通風空調(diào)系統(tǒng)相比具有節(jié)能的優(yōu)勢。但在非空調(diào)季節(jié)，由于設(shè)置屏蔽門后無法利用列車活塞風對車站進行自然通風，使得其通風能耗高于設(shè)置安全門的車站。根據(jù)通風空調(diào)系統(tǒng)的需求，新型屏蔽門綜合了全高封閉式屏蔽門和全高非封閉式屏蔽門的特點，即從型式上采用上下固定方式的全高非封閉式屏蔽門，在門體的適當位置（上部或下部）設(shè)置開口，開口采用活動式，根據(jù)通風空調(diào)系統(tǒng)的需求必要時將開口關(guān)閉，則實現(xiàn)全高封閉式屏蔽門的功能。

新型開口式屏蔽門相對于傳統(tǒng)全封閉屏蔽門，從屏蔽門自身的功能特點——也就是說和列車車門一一對應同步開啟方面沒有本質(zhì)的區(qū)別，不同之處只是在不影響滑動門開、關(guān)的適當位置設(shè)置必要的活動式開口，并根據(jù)通風空調(diào)系統(tǒng)的具體需要將開口關(guān)閉或打開[4]。屏蔽門樣式如圖3所示。

圖3 新型可調(diào)通風型屏蔽門

軌道交通新型節(jié)能環(huán)控系統(tǒng)，不僅包括通風空調(diào)專業(yè)，還包含了屏蔽門、FAS/BAS、供電、建筑等相關(guān)專業(yè)。它是以通風空調(diào)為基礎(chǔ)，密切結(jié)合屏蔽門而創(chuàng)建的一種新型節(jié)能環(huán)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠滿足軌道交通中的傳統(tǒng)通風空調(diào)系統(tǒng)的功能要求，而且可以適應不同地區(qū)的氣象參數(shù)，能夠滿足更多地區(qū)的軌道交通要求。

該系統(tǒng)最大的優(yōu)點是節(jié)約能耗。對比傳統(tǒng)的通風空調(diào)系統(tǒng)而言，在過渡季及冬季，可以充分利用活塞風，滿足車站公共區(qū)及隧道區(qū)間的溫濕度要求，從而節(jié)約車站公共區(qū)風機能耗、區(qū)間風機能耗，達到節(jié)約能源的目的。

目前，該系統(tǒng)還未應用到北京新建的地鐵線上，其具體的數(shù)據(jù)還有待實施后驗證。

5 地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

地鐵作為一個城市的標志性公共基礎(chǔ)建筑，憑借著強大的人員分流能力，已成為各大中城市重點發(fā)展的對象。隨著地鐵建設(shè)規(guī)模的日益壯大，技術(shù)水平的不斷提高，通風空調(diào)系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢必然是安全、節(jié)能、綠色。

1）安全。通風空調(diào)系統(tǒng)擔負著地鐵內(nèi)部的空氣環(huán)境控制的重任，事關(guān)乘客和工作人員的健康與安全，系統(tǒng)設(shè)置和設(shè)備配置上一定要以安全為本。地鐵的地下部分相對較為閉塞，隨著人們健康意識的提高，對地下空間的空氣環(huán)境將提出越來越高的要求。地鐵車輛在隧道內(nèi)運行，運行中因電刷、閘瓦制動產(chǎn)生的粉末及隧道內(nèi)灰塵，通過活塞風效應進入車站。人員的龐雜及上下流動性較大，對車站塵埃也有很大的影響，空氣中布滿細微顆粒物。人們在享受地鐵帶來的交通便利的同時，也要承受污濁的空氣環(huán)境。采用靜電式空氣凈化器能夠解決部分空氣質(zhì)量問題，但同時對于地下車站過濾器的清理難度較高、清理工作量較大等實際問題，還需要研究相應的自動清洗或半自動清洗裝置，對過濾器和其他設(shè)備進行清洗。

2）節(jié)能。傳統(tǒng)的地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)存在突出特點就是運行能耗高，占運行總能耗的40%左右。在正在進行的地鐵建設(shè)中，北京已經(jīng)將通風空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化和變頻技術(shù)加以采用，如上所說的采用冷水機組群控、采用新型通風空調(diào)集成系統(tǒng)以及采用新型可調(diào)通風型屏蔽門等方式，都會為能耗的降低做出較大的貢獻。從系統(tǒng)制式的選擇上看，合理的系統(tǒng)方式設(shè)置對節(jié)省所占用的土建空間和運營節(jié)能至關(guān)重要。其中可調(diào)通風型站臺門通風空調(diào)系統(tǒng)有很好的發(fā)展前景，提供了適用于不同氣候條件的新型環(huán)控系統(tǒng)形式，能夠滿足城市軌道交通各種正常及事故工況下通風空調(diào)系統(tǒng)的全部功能需求，節(jié)能效果顯著；同時，還可以有效解決嚴寒地區(qū)冬季地鐵站內(nèi)溫度偏低的技術(shù)難題。

3）綠色。通風空調(diào)系統(tǒng)要合理利用能源，充分利用自然能源，如果可能盡量重點利用低品位能源，同時兼顧熱回收。降低冷量輸送能耗，例如將風輸送改為水輸送、制冷劑輸送等。從城市景觀角度考慮，凸出地面的風亭和設(shè)置在地面的冷卻塔、風冷機組等設(shè)施與設(shè)備會對城市景觀造成一定的影響，尤其是在一些敏感區(qū)域和道路。為了減小冷卻塔對城市景觀的影響，降低運行噪聲，在布置方式上，目前已經(jīng)有了非常規(guī)方式的探索和應用,主要有:下沉式、半下沉式、風道進風式、綠化隱藏式等幾種。為滿足環(huán)保的要求，通風空調(diào)設(shè)備盡量選擇超低噪聲、低振動的產(chǎn)品。

6 結(jié)語

通過前面的總結(jié)可以看出，現(xiàn)有地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)形式、資源利用、設(shè)置理念以及運行管理等方面都有了一定程度的改進。但由于地鐵內(nèi)部空間的局限性和特殊性，一些適用于地上建筑的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝在地鐵中的適用性研究還有待研發(fā)。通過地鐵建設(shè)各參與方的努力，實現(xiàn)通風空調(diào)技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的進一步發(fā)展。

[1]翁雪飛.冷水機組群控系統(tǒng)在北京地鐵的應用[J].都市快軌交通,2012,25(5):118-121

[2]翁雪飛.空氣凈化設(shè)備在地鐵中的適應性比選[J].都市快軌交通,2014,27(1):120-123

[3]王奕然,李國慶,史柯峰.地鐵通風空調(diào)集成系統(tǒng)與電動開啟式表冷器[J].暖通空調(diào),2011,41(6):35-39

[4]李國慶,張春生.城市軌道交通發(fā)展中的屏蔽門創(chuàng)新[J].都市快軌交通,2007,20(5):81-84

Optim iza tion Me a s ure s a nd De ve lopm e nt Tre nd of Subw a y Ve ntila tion a nd Air Conditioning Sys te m

WENG Xue-fei
Beijing Rail Transit Construction and Management Co.,Ltd.

The function and composition,characteristics of subway ventilation and air conditioning system was introduced briefly,and the existing problems was analyzed.The optimization measures of ventilation and air conditioning system in recent years were introduced in view of the existing problems,and the development tendency of safety,energy saving,green subway ventilation and air conditioning system was put forward.

subway,ventilation and air conditioning,optimization measures,development

1003-0344（2015）05-057-4

2014-6-8

翁雪飛（1971～），女，高工；北京市豐臺區(qū)公益西橋西800米北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司910室（100037）；E-mail:seesaw@163.com