閻正才

(上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院,200235,上海//高級工程師)

上海軌道交通12號線通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

閻正才

(上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院,200235,上海//高級工程師)

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行能耗巨大,其設(shè)計是城市軌道交通系統(tǒng)總體設(shè)計中的重中之重。基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能減排要求,確定了上海軌道交通12號線工程通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運行模式,并對區(qū)間隧道(含輔助線)通風(fēng)系統(tǒng)兼排煙系統(tǒng)、車站車軌區(qū)排熱兼排煙系統(tǒng)、車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)冷源及水系統(tǒng)的設(shè)計進行了詳細(xì)闡述。

上海軌道交通12號線; 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng); 節(jié)能減排

Author′s address Shanghai Tunnel Engineering & Rail Transit Design and Research Institute,200235,Shanghai,China

相關(guān)資料研究表明,在城市軌道交通的實際能耗中,環(huán)控系統(tǒng)的能耗占比較大。在北方地區(qū),環(huán)控系統(tǒng)能耗占比約為30%;在南方地區(qū),環(huán)控系統(tǒng)能耗占比約為50%[1]。而通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵環(huán)控系統(tǒng)的主要組成部分,其能耗占城市軌道交通車站能耗的70%以上,僅次于牽引系統(tǒng)能耗[2]。因此,城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計相當(dāng)重要。本文基于上海軌道交通12號線工程,詳細(xì)闡述了城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計研究。

1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計原則及依據(jù)

上海軌道交通12號線工程,起點為閔行區(qū)七莘路站,終點為浦東新區(qū)金海路站。線路全長40.417 km,共設(shè)32座車站(均為地下站);設(shè)2座定修段、1座主變電所、1座35 kV開關(guān)站及1個控制中心。

上海軌道交通12號線通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的基本設(shè)計原則為:對全線車站及相應(yīng)區(qū)間隧道內(nèi)溫度、濕度、風(fēng)速、噪聲和空氣質(zhì)量進行全面控制;在緊急工況下,能為人員安全疏散和救援提供一定的新風(fēng)量和保證一定的風(fēng)速;滿足設(shè)備對室內(nèi)環(huán)境的需求;在實現(xiàn)功能需求的基礎(chǔ)上,進一步滿足節(jié)能減排的需求。

設(shè)計的主要依據(jù)有:《上海市軌道交通12號線工程初步設(shè)計》、《上海市軌道交通12號線工程施工圖設(shè)計技術(shù)要求》、《上海市軌道交通12號線工程環(huán)評報告書》及上海申通地鐵集團有限公司下發(fā)的相關(guān)建設(shè)指導(dǎo)意見,以及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(見本文的參考文獻)。

2 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的形式及組成

根據(jù)上海的氣候特征及本工程的運能,地下車站采用站臺設(shè)置屏蔽門的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。上海軌道交通12號線通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的子系統(tǒng)主要包含:

(1) 區(qū)間隧道(含輔助線)通風(fēng)兼排煙系統(tǒng),簡稱區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng);

(2) 車站車軌區(qū)排熱兼排煙系統(tǒng),簡稱車軌區(qū)通風(fēng)系統(tǒng);

(3) 車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng),簡稱大系統(tǒng);

(4) 設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng),簡稱小系統(tǒng);

(5) 空調(diào)冷源及水系統(tǒng),簡稱水系統(tǒng)。

3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)上海軌道交通12號線通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的組成,基于基本設(shè)計原則,確定了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運行模式,并對各個子系統(tǒng)進行了詳細(xì)的設(shè)計。

3.1 區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

地下車站兩端上、下行線一般各設(shè)1個活塞(兼事故)通風(fēng)井(凈面積≥16 m2),設(shè)2臺事故通風(fēng)機。風(fēng)機計算風(fēng)量為60～75 m3/s。2臺風(fēng)機應(yīng)能互為備用,可逆轉(zhuǎn),耐受280 ℃/h高溫。典型車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 典型車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

上海軌道交通12號線工程存車線、渡線、折返線等均結(jié)合車站設(shè)計,在車站主體結(jié)構(gòu)范圍之內(nèi)。配線最主要的不利影響在于：當(dāng)區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)處于事故工況運行時,影響區(qū)間正線氣流組織。城市軌道交通環(huán)境模擬軟件SES4.1的模擬結(jié)果表明：將含配線車站的站端事故風(fēng)機設(shè)置在靠近正線區(qū)間端,并采用較大容量的事故風(fēng)機,通過車站事故風(fēng)機聯(lián)合運行的形式,可保證配線相鄰的正線區(qū)間通風(fēng)需求。當(dāng)站內(nèi)設(shè)存車線時,因存車線列車中無乘客,其正常和火災(zāi)工況下的通風(fēng)可由車軌通風(fēng)排熱系統(tǒng)和站端區(qū)間通風(fēng)系統(tǒng)兼容。當(dāng)站端配線長度≥60 m時,設(shè)置專用排煙風(fēng)管,并接至排熱小室,由排熱風(fēng)機兼容排煙。七莘路站站端至中春路停車場以及金海路站后至金橋停車場地下出、入場線區(qū)間內(nèi)均設(shè)置射流風(fēng)機,用于出、入場線內(nèi)事故工況及事故工況下配合正線組織氣流。

正常工況時,利用列車行駛的活塞風(fēng)以及車站的排熱系統(tǒng)排除區(qū)間內(nèi)列車散熱,對地下區(qū)間進行通風(fēng)換氣,為車載乘客提供良好的乘車環(huán)境。區(qū)間阻塞和火災(zāi)工況時,要根據(jù)火災(zāi)位置確定通風(fēng)方向,運行相關(guān)的事故風(fēng)機和排熱風(fēng)機,形成區(qū)間一定的氣流速度。夜間通風(fēng)時,車站運行事故風(fēng)機隔站送、排風(fēng)。

3.2 車站車軌區(qū)排熱兼排煙系統(tǒng)設(shè)計

在車站每端各設(shè)1臺排熱風(fēng)機,單機容量為50～55 m3/s,能夠耐受280 ℃/h高溫;排熱風(fēng)道設(shè)在車站車行道上部和站臺下部,均采用結(jié)構(gòu)風(fēng)道。車行道上部排熱風(fēng)道風(fēng)口正對列車空調(diào)冷凝散熱器,站臺下部排熱風(fēng)道風(fēng)口正對列車下部散熱元件,有效排除列車停站散熱。

正常工況時,排除列車停站產(chǎn)熱,與列車活塞通風(fēng)共同保證區(qū)間隧道風(fēng)量和風(fēng)溫達設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),并兼顧車行區(qū)排煙。區(qū)間阻塞或發(fā)生火災(zāi)工況時,與事故風(fēng)機聯(lián)合運行,保證區(qū)間事故通風(fēng)要求;車站站臺發(fā)生火災(zāi)時,該系統(tǒng)通過風(fēng)閥切換進行站臺排煙。

3.3 車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用全空氣集中式空調(diào)系統(tǒng),設(shè)2個空調(diào)系統(tǒng),每個系統(tǒng)負(fù)擔(dān)一半站廳負(fù)荷和一半站臺負(fù)荷,采用變頻調(diào)節(jié)方式,可根據(jù)負(fù)荷大小實現(xiàn)自動調(diào)節(jié),節(jié)約運行能耗。氣流組織采用上送上回形式。

車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用全空氣低速系統(tǒng),由組合式空調(diào)機組、空調(diào)新風(fēng)機、回/排風(fēng)機，以及相應(yīng)的管道、風(fēng)道、新風(fēng)井(亭)、排風(fēng)井(亭)和各種閥門組成。該系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有空氣凈化除菌裝置。

車站公共區(qū)的空調(diào)通風(fēng)設(shè)備集中布置在站廳層兩端(根據(jù)建筑布置也可設(shè)在車站中部)。原則上每端設(shè)2臺空調(diào)箱、1臺空調(diào)新風(fēng)機和2臺回/排風(fēng)機(兼排煙風(fēng)機),負(fù)擔(dān)一半站廳和一半站臺的負(fù)荷?？照{(diào)的回風(fēng)和新風(fēng)通過新回風(fēng)混合靜壓室進入空調(diào)箱,排風(fēng)直接排到與排熱風(fēng)機合用的車站排風(fēng)井。

3.4 設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計需考慮夏季排熱以及過渡季與冬季的通風(fēng)。當(dāng)采用通風(fēng)系統(tǒng),夏季室內(nèi)溫度標(biāo)準(zhǔn)不能達標(biāo)或通風(fēng)量過大時,應(yīng)設(shè)制冷空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)備管理用房排煙宜由通風(fēng)系統(tǒng)兼容。各站根據(jù)車站建筑布局和房間環(huán)境要求,劃分通風(fēng)空調(diào)和防排煙系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計在滿足功能前提下,應(yīng)力求簡潔。

根據(jù)設(shè)備管理用房室內(nèi)環(huán)境要求,設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)基本上分為三大類:

(1) 地下車站變電所:因其發(fā)熱量較大,要求室內(nèi)溫度不高于36 ℃,一般采用空調(diào)系統(tǒng)。變電所房間為氣體保護房間,發(fā)生火災(zāi)時,根據(jù)氣體滅火程序,滅火期間風(fēng)管系統(tǒng)關(guān)閉，滅火后開啟通風(fēng)系統(tǒng)對房間進行通風(fēng)換氣。變電所內(nèi)所用風(fēng)機均為常溫風(fēng)機。

(2) 其它電氣設(shè)備用房(如弱電設(shè)備綜合用房、通信機械室、車站綜合控制室等)以及管理辦公用房(如站長室、站務(wù)室、會議室、公安室、售票處、銀行、更衣室、休息室等)：該類用房室內(nèi)空氣溫度標(biāo)準(zhǔn)要求較高(夏季約24～27 ℃,冬季約16 ℃),因此,僅靠機械通風(fēng)不能保證,須設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)。若系統(tǒng)中包含電氣用房,應(yīng)采用全空氣集中空調(diào)系統(tǒng)。若僅為管理用房,可采用風(fēng)機盤管系統(tǒng)。全空氣集中空調(diào)系統(tǒng)由小型空氣處理機組、回/排風(fēng)機和空調(diào)小新風(fēng)機等組成。夏季時,根據(jù)室外空氣焓值采用最小新風(fēng)及全新風(fēng)運行,冷水系統(tǒng)開啟。通風(fēng)季節(jié)時,水系統(tǒng)關(guān)閉,轉(zhuǎn)入通風(fēng)模式 。該類系統(tǒng)排風(fēng)機可兼顧排煙,氣體保護房間火災(zāi)時空調(diào)系統(tǒng)的運行模式同牽降變電所。其余房間,由排風(fēng)機運轉(zhuǎn)排煙,補充50%新風(fēng)。

(3) 環(huán)控機房、泵房、車站備品庫、茶水間、清掃工具間等:該類用房對溫度要求不高,可僅設(shè)置機械通風(fēng)系統(tǒng),排風(fēng)系統(tǒng)可兼容排煙;其中廁所、污水泵房需設(shè)獨立排風(fēng)系統(tǒng)。

3.5 空調(diào)冷源及水系統(tǒng)設(shè)計

大系統(tǒng)和小系統(tǒng)分設(shè)冷源。冷源采用螺桿式冷水機組,其配置采用2大1小的形式,以滿足部分設(shè)備房間夜間列車停運時段的供冷需求。冷水供水溫度為7 ℃,回水溫度為12 ℃。3臺冷水機組與3臺冷凍水泵、3臺冷卻水泵、3臺冷卻塔一一對應(yīng)。水系統(tǒng)設(shè)計為閉式機械循環(huán)。

3.6 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式

區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)運行模式為正常、夜間通風(fēng)、阻塞和火災(zāi)模式。車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式為正常和火災(zāi)模式。

車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)正常運行模式有最小新風(fēng)量、全新風(fēng)和通風(fēng)3種運行工況。當(dāng)室外空氣焓值高于回風(fēng)焓值時,系統(tǒng)采用最小新風(fēng)量運行工況;當(dāng)室外空氣焓值小于等于車站回風(fēng)焓值,系統(tǒng)轉(zhuǎn)為全新風(fēng)運行工況,冷凍機運行;當(dāng)進入過渡季節(jié),系統(tǒng)采用通風(fēng)運行工況,冷凍機關(guān)閉,開啟車站送、排風(fēng)機,采用機械送、排風(fēng),也可采用機械送、自然排，或機械排、自然進風(fēng)的節(jié)能運行模式。

車站火災(zāi)運行模式根據(jù)著火地點的不同有不同的運行模式。當(dāng)站廳發(fā)生火災(zāi)時,車站送風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉,車站排風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入排煙模式,僅從站廳排煙;當(dāng)站臺發(fā)生火災(zāi)時,車站送風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉,排熱風(fēng)機通過風(fēng)閥轉(zhuǎn)換,從站臺屏蔽門內(nèi)側(cè)候車區(qū)排煙,同時車站排風(fēng)系統(tǒng)僅從站臺排煙,共同形成站臺負(fù)壓,保證站廳、站臺樓梯口有大于1.5 m/s的風(fēng)速;當(dāng)站臺車軌區(qū)發(fā)生火災(zāi)時,打開屏蔽門,關(guān)閉公共區(qū)回/排風(fēng)系統(tǒng)和站臺送風(fēng)系統(tǒng),并關(guān)閉車軌區(qū)下排風(fēng)道的閥門,開啟車站兩端TVF(隧道風(fēng)機)和UOF(排熱風(fēng)機)共同組織排煙;設(shè)備管理用房發(fā)生火災(zāi)時,轉(zhuǎn)入相關(guān)排煙模式,排煙并補充50%新風(fēng)。受氣體保護房間火災(zāi)時的運行模式按氣體滅火程序進行。

4 結(jié)語

基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能減排要求,確定了上海軌道交通12號線工程通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運行模式,對區(qū)間隧道(含輔助線)通風(fēng)系統(tǒng)兼排煙系統(tǒng)、車站車軌區(qū)排熱兼排煙系統(tǒng)、車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)冷源及水系統(tǒng)的設(shè)計進行了詳細(xì)闡述,對城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

[1] 江億.從實際運行數(shù)據(jù)出發(fā)開展地鐵站節(jié)能工作[J].中國軌道交通,2015,56:12-14.

[2] 李倬,李彪,梅琪,等.北京地鐵1號線國貿(mào)站通風(fēng)空調(diào)智能降耗控制系統(tǒng)[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2012(6):16-18.

[3] 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.地鐵設(shè)計規(guī)范:GB 50157—2013 [S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[4] 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市軌道交通技術(shù)規(guī)范:GB 50490—2009[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014.

[5] 上海市建設(shè)和交通管理委員會.城市軌道交通設(shè)計規(guī)范DGJ 08-109—2004[S].北京:人民交通出版社,2004.

[6] 中華人民共和國建設(shè)部.采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范:GB 50019—2003[S].北京:中國計劃出版社,2004.

[7] 中華人民共和國建設(shè)部.公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn):GB 50189—2005[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[8] 中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.人民防空工程設(shè)計防火規(guī)范:GB 50098—2009[S].北京:中國計劃出版社,2009.

[9] 中華人民共和國環(huán)境保護部,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):GB 3096—2008[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2008.

[10] 中國國家環(huán)境保護局.大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):GB 3095—1996[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.

[11] 中華人民共和國衛(wèi)生部.工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn):GBZ 1—2010[S].北京:人民衛(wèi)生出版社,2010.

[12] 中華人民共和國建設(shè)部.建筑設(shè)計防火規(guī)范:GB 50016—2006 [S].北京:中國計劃出版社,2006.

[13] 上海市建設(shè)和交通管理委員會.建筑防排煙技術(shù)規(guī)程:DGJ 08-88—2006[S].北京:人民交通出版社,2004.

Design of Ventilation and Air Conditioning System for Shanghai Rail Transit Line 12

YAN Zhengcai

The energy consumption of ventilation and air conditioning system in urban rail transit is huge, its design occupies an important position in the overall design of rail transit system. Based on the relevant standards about energy-saving and emission-reduction, the system operating mode of Shanghai rail transit Line 12 is determined. Then, the interval tunnel(including auxiliary lines) ventilation system and smoke exhaust system, heat and smoke exhaust system in station rail area, ventilation and air conditioning system in station public area, ventilation and air conditioning system in equipment management rooms, the design of cold source of air conditioning and water system are expounded in detail.

Shanghai Rail Transit Line 12; ventilation and air conditioning system; energy saving and emission reduction

U 270.38+3

10.16037/j.1007-869x.2017.01.034

2016-09-20)