劉建芳

武漢地鐵集團(tuán)有限公司

0 引言

任何建筑配置的通風(fēng)空調(diào)工程最終均應(yīng)是在正常情況下能進(jìn)行環(huán)境控制，事故工況下達(dá)到防排煙等應(yīng)急運(yùn)行要求，而用來實(shí)現(xiàn)其目的的路徑是多樣化的，因而同樣或類似功能的建筑，其通風(fēng)空調(diào)工程呈現(xiàn)多樣化，地鐵亦是如此。

武漢軌道交通始建于上世紀(jì)90年代，第一條地下線為軌道交通2號(hào)線于2012年12月通車。目前已批復(fù)的武漢市城市軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃（2010-2017）總規(guī)模為215.3公里，包括已建成的軌道1、2、3、4、6 號(hào)線、及在建的軌道 5、7、8 號(hào)線及已建和在建的相關(guān)延長線等。遠(yuǎn)景年線網(wǎng)規(guī)劃方案線路數(shù)為25條，總長1045 km，站點(diǎn)603座。

武漢地鐵建設(shè)開始的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了大量的方案研究，吸收了其它地區(qū)建設(shè)過程的經(jīng)驗(yàn)，提出了一些不同于其它地區(qū)的做法并延用至現(xiàn)在，并有部分逐漸向全國其它地區(qū)推薦使用，本廣對(duì)這些做法進(jìn)行介紹，希望起到拋磚引玉的作用。

1 預(yù)裝式集成冷站

地鐵的設(shè)計(jì)也是需要考慮施工周期的，武漢地鐵車站供冷[1]方式通過研究確定采用分站式供冷，若按常規(guī)方式組織施工，難以實(shí)現(xiàn)按期通車，其主要原因是土建施工占用了大量的周期，且常受不可控的因素影響，因而只能壓縮機(jī)電施工周期或改進(jìn)方式來實(shí)現(xiàn)。為保證按期通車和施工質(zhì)量，并結(jié)合配電、控制和節(jié)能等要求，提出了預(yù)裝式集成冷站（圖1）的概念。

圖1 集成冷站三維效果圖

1）武漢地鐵集成冷站[2]給予的定義是以高效節(jié)能控制系統(tǒng)為核心，進(jìn)行各主要設(shè)備最優(yōu)選型匹配，在工廠預(yù)制、模塊運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品。其主要設(shè)備和部件有冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、分水器、集水器、水處理儀等設(shè)備及閥門、管道、配電設(shè)施和控制系統(tǒng)，室外設(shè)置冷卻塔等。

與常規(guī)冷站的主要區(qū)別是：①把冷站所有設(shè)備、配電和控制及管道線纜等當(dāng)成一個(gè)整體設(shè)備看待；②要求在工廠預(yù)制完成并能整體完全運(yùn)行；③由多個(gè)模塊組合，每個(gè)模塊適應(yīng)運(yùn)輸又保持一定的整體性，如水泵模塊，包括水泵、基礎(chǔ)、進(jìn)出口接頭、閥門、支管、匯合干管等；④模塊運(yùn)輸至地鐵冷水機(jī)房可現(xiàn)場(chǎng)拼裝，無需再運(yùn)用機(jī)械切割、焊接等設(shè)備。

2）主要內(nèi)容和要求：①機(jī)房?jī)?nèi)主要包括冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、水處理儀、定壓排氣補(bǔ)水裝置、冷凍站的配電和節(jié)能控制系統(tǒng)，以及分集水器、相關(guān)集成配套管道、閥門、基礎(chǔ)、支吊架等附件；②機(jī)房外：主要包括冷卻塔及其現(xiàn)場(chǎng)控制箱、吸垢儀、管道及相應(yīng)閥門、配件和線纜等；③承包商負(fù)責(zé)供貨、安裝、調(diào)試及售后等。

3）對(duì)設(shè)備或系統(tǒng)的特殊要求如下：

①系統(tǒng)采用一次泵變流量[3-4]系統(tǒng)；

②冷水機(jī)組要求是變流量型冷水機(jī)組（最低標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)組蒸發(fā)器端的流量變化率不小于30%/分鐘，流量變化范圍為50～100%，負(fù)荷在25%～100%范圍內(nèi)連續(xù)無級(jí)調(diào)節(jié)）；

③水泵、冷卻塔風(fēng)扇電機(jī)等均采用變頻電機(jī)，能適應(yīng)變頻調(diào)節(jié)運(yùn)行；

④配置節(jié)能控制系統(tǒng)，要求一方面能對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行配電供電，另一方面能控制管理所有設(shè)備節(jié)能運(yùn)行；

⑤冷水機(jī)組適應(yīng)冷卻塔的名義工況，即冷卻水系統(tǒng)均采用32/37℃，冷水機(jī)組的實(shí)際能效不是其名義工況下的指標(biāo)；

⑥與BAS（環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）系統(tǒng)只一個(gè)總接口，可由BAS系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)總啟停，BAS系統(tǒng)不進(jìn)行具體的管理控制，但可根據(jù)需要監(jiān)視所有的數(shù)據(jù)；

⑦分集水器間的壓差旁通流量不同于常規(guī)冷站：理論上應(yīng)是系統(tǒng)冷凍水總量不能小于1臺(tái)冷水機(jī)組額定流量的50%；

⑧在最不利環(huán)路應(yīng)設(shè)壓差傳感器用于控制冷凍水泵的變頻運(yùn)行。

4）節(jié)能控制[3-4]系統(tǒng)要求

①基本功能：配電、管理、控制、自優(yōu)節(jié)能運(yùn)行。控制系統(tǒng)是要求基于實(shí)時(shí)負(fù)荷需求控制運(yùn)行，并自動(dòng)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)冷水機(jī)組節(jié)能控制、冷凍水、冷卻水變流量運(yùn)行等功能，維持系統(tǒng)在整體能效比最高的工況下運(yùn)行（如年均能效水平COP應(yīng)優(yōu)于4.1 kW/kW）。

②安全保護(hù)與監(jiān)控及故障診斷和報(bào)警：配備中文或圖形液晶顯示類用戶界面，相應(yīng)完整的硬軟件來實(shí)現(xiàn)高低溫、高低壓差、低流量及所有的電氣等保護(hù)。冷站內(nèi)接地，室外冷卻塔防雷。

③智能功能：具有智能控制功能，為地鐵集中空調(diào)特點(diǎn)定制；應(yīng)具有豐富的工程管理經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自尋優(yōu)和自適應(yīng)等優(yōu)化控制功能，以適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境及負(fù)荷的變化擇優(yōu)選擇最佳的運(yùn)行參量和控制方案，能實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能運(yùn)行；主監(jiān)控界面宜采用3D圖呈現(xiàn)方式，提供直觀友好的人機(jī)界面，并能輸出各種使用數(shù)據(jù)形成報(bào)表。

2 地面變電所機(jī)械通風(fēng)與冷風(fēng)降溫的組合配置和全自動(dòng)聯(lián)合運(yùn)行

武漢氣候有其特殊性，夏天部分時(shí)間在城區(qū)里高溫高濕，僅靠通風(fēng)難以保證變電所的環(huán)境溫度，過大的機(jī)械通風(fēng)量配置綜合考慮也不經(jīng)濟(jì)，因而采用了機(jī)械通風(fēng)+冷風(fēng)降溫的方式。該方式首先在理論上按全年不超過20%的時(shí)間可使用冷風(fēng)降溫方式（如采用多聯(lián)空調(diào)），其余80%的時(shí)間采用機(jī)械通風(fēng)方式排除余熱，保證室內(nèi)工藝要求的環(huán)境溫度。根據(jù)對(duì)氣象參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，機(jī)械通風(fēng)室外溫度取值為26.5℃進(jìn)行計(jì)算時(shí)（統(tǒng)計(jì)年平均干球溫度超過26.5℃的小時(shí)數(shù)約為19%），可滿足80%的時(shí)間段內(nèi)通過機(jī)械通風(fēng)方式就能滿足工藝環(huán)境要求，其風(fēng)量配置只占按規(guī)范采用夏季通風(fēng)室外計(jì)算溫度32.0℃時(shí)的通風(fēng)量的42.1%。通風(fēng)+冷風(fēng)降溫的配置優(yōu)點(diǎn)是通風(fēng)機(jī)配小后全年運(yùn)行節(jié)能，極高溫天氣下多聯(lián)機(jī)仍能保證室內(nèi)環(huán)境要求。

要實(shí)現(xiàn)按要求的策略運(yùn)行需要借助自動(dòng)化控制技術(shù)。在武漢軌道交通2號(hào)線中采用了溫度控制箱來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)和多聯(lián)機(jī)的組合配置以無人值守方式全年全自動(dòng)切換運(yùn)行。對(duì)溫度控制箱我們提出了以下要求：

①每個(gè)溫度控制箱（具有配電功能和帶PLC模塊）是一個(gè)自動(dòng)控制設(shè)備單元，統(tǒng)一控制單元內(nèi)（如一間房）的多臺(tái)多聯(lián)機(jī)與風(fēng)機(jī)，能全年根據(jù)室外環(huán)境溫度和室內(nèi)溫度自動(dòng)切換兩種設(shè)備節(jié)能運(yùn)行，無需人工值班手動(dòng)管理。

②運(yùn)行控制邏輯關(guān)系及其它要求（溫度值都是可以在控制面板上根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定）如下：

a）當(dāng)室外溫度小于32℃（如先設(shè)一個(gè)默認(rèn)值）時(shí)：優(yōu)先啟動(dòng)通風(fēng)模式，按室內(nèi)溫度大于35℃（默認(rèn)值）啟動(dòng)溫控風(fēng)機(jī)通風(fēng)。會(huì)出現(xiàn)兩種工況，一種工況是通過通風(fēng)換氣，室內(nèi)溫下降到32℃（默認(rèn)值）以下，風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止，不給多聯(lián)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)。另外一種工況是溫度繼續(xù)升高到37℃（默認(rèn)值）時(shí)，啟動(dòng)多聯(lián)機(jī)，停止溫控風(fēng)機(jī)和相應(yīng)啟動(dòng)模式。當(dāng)室溫下降到32℃（默認(rèn)值）時(shí)使多聯(lián)停機(jī)，讓溫控風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式接管（根據(jù)室溫判斷來運(yùn)行，如室內(nèi)溫度大于35℃（默認(rèn)值）啟動(dòng)溫控風(fēng)機(jī)通風(fēng)），同時(shí)不給多聯(lián)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)。

b）當(dāng)室外溫度大于32℃（默認(rèn)值）時(shí)；室內(nèi)溫度大于36℃（默認(rèn)值）啟動(dòng)多聯(lián)機(jī)。當(dāng)室內(nèi)溫下降到33℃（默認(rèn)值）以下，多聯(lián)機(jī)自動(dòng)停止，溫控風(fēng)機(jī)模式接管，直到通風(fēng)模式的室內(nèi)環(huán)境溫度又達(dá)到37℃時(shí)，多聯(lián)機(jī)運(yùn)行模式接管。

c）設(shè)備接口要求：多聯(lián)室內(nèi)機(jī)設(shè)置有啟停接口（無源接點(diǎn)），啟停接口由風(fēng)機(jī)的溫控箱控制。信號(hào)閉合，多聯(lián)機(jī)運(yùn)行，信號(hào)斷開，多聯(lián)機(jī)停止。多聯(lián)機(jī)聯(lián)動(dòng)接口要求在端子排上。

d）當(dāng)在火災(zāi)工況下，BAS通過I/0模塊輸出火災(zāi)信號(hào)（無源接點(diǎn)），啟動(dòng)相應(yīng)溫控風(fēng)機(jī)（做為排煙、補(bǔ)風(fēng)用），其它風(fēng)機(jī)停止。

e）車站其它部分溫控風(fēng)機(jī)火災(zāi)工況停機(jī)，由低壓配電實(shí)現(xiàn)。

f）BAS向溫控風(fēng)機(jī)提供火災(zāi)信號(hào)運(yùn)行模式點(diǎn)表。工程中運(yùn)行控制邏輯關(guān)系提出的室外溫度分界點(diǎn)默認(rèn)值取32℃而不是理論配置設(shè)備的26.5℃，是考慮到實(shí)際房間設(shè)備發(fā)熱量大多數(shù)情況下低于理論值，尤其是在夜間，而配置設(shè)備是按滿負(fù)荷條件計(jì)算的，因而取值較高。在實(shí)際運(yùn)營中根據(jù)變電所使用情況可調(diào)低該值，以保證室內(nèi)環(huán)境溫度不超標(biāo)，也不至于頻繁切換。本文重在介紹組合配置和自動(dòng)切換運(yùn)行的設(shè)置方案，對(duì)于溫度切換具體值的設(shè)定是可以通過進(jìn)一步研究和管理經(jīng)驗(yàn)來優(yōu)化的。

武漢地區(qū)地面變電所采用該方式，是提高了供電房屋環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)來保證運(yùn)營供電的可靠性，從配置方案上減少因供電環(huán)境溫度過高跳閘時(shí)引起的停運(yùn)現(xiàn)象。

3 電控復(fù)位防火閥的應(yīng)用

地鐵工程用到的各種防火閥基本均為常開型，例如安裝在非排煙管道上的防火閥：常開，70℃感溫自動(dòng)關(guān)閉，手動(dòng)關(guān)閉和復(fù)位，無源觸點(diǎn)閥門開/關(guān)信號(hào)輸出；對(duì)于安裝在排煙功能管道上的排煙防火閥：常開，280℃感溫自動(dòng)關(guān)閉，手動(dòng)復(fù)位，無源觸點(diǎn)開/關(guān)信號(hào)輸出。對(duì)于為氣體滅火保護(hù)房間服務(wù)的送/回風(fēng)管上設(shè)置的防火閥，進(jìn)一步要求可接受電訊號(hào)進(jìn)行主動(dòng)關(guān)閉。

對(duì)于防火閥具有手動(dòng)復(fù)位功能是基本要求，考慮到地下空間緊張、管道復(fù)雜、閥門眾多，往往難以進(jìn)入較高空間或較危險(xiǎn)空間（變電所、氣體滅火后待恢復(fù)前等）進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，這種不方便表現(xiàn)在調(diào)試階段、誤動(dòng)作、故障和事故，特別在調(diào)試階段和誤動(dòng)作。因此提出采用可電動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的防火閥（圖2），并擴(kuò)大使用范圍，這樣就不一定非要進(jìn)入閥體位置而進(jìn)行復(fù)位。

圖2 電控復(fù)位防火閥

武漢地鐵用到的電控復(fù)位防火閥如下：

①全自動(dòng)防煙防火閥：常開型，DC24V供電，70℃感溫自動(dòng)關(guān)閉，手動(dòng)關(guān)閉和復(fù)位，DC24V電源控制關(guān)閉、復(fù)位，無源觸點(diǎn)閥門開/關(guān)信號(hào)輸出，可聯(lián)鎖相關(guān)設(shè)備關(guān)閉。主要應(yīng)用在氣體滅火保護(hù)房間和不便復(fù)位的高空、危險(xiǎn)區(qū)域和管線密集處。

②全自動(dòng)排煙防火閥：常開型，DC24V供電，280℃感溫自動(dòng)關(guān)閉，手動(dòng)關(guān)閉和復(fù)位，DC24V電源控制關(guān)閉、復(fù)位，無源觸點(diǎn)閥門開/關(guān)信號(hào)輸出，可聯(lián)鎖相關(guān)設(shè)備關(guān)閉。主要應(yīng)用在不便復(fù)位的高空、危險(xiǎn)區(qū)域和管線密集處。

4 火災(zāi)工況下要求轉(zhuǎn)換的模式中所有設(shè)備必須接受一遍執(zhí)行指令

地鐵工程的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備控制是由BAS或FAS（火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)）系統(tǒng)來完成，在各種模式切換中，對(duì)于多個(gè)模式時(shí)某個(gè)設(shè)備（如風(fēng)閥）可能狀態(tài)不發(fā)生改變，傳統(tǒng)的操作指令是不對(duì)該設(shè)備進(jìn)行操作，以視默認(rèn)保持原狀態(tài)，這種操作從理論上是可行的。

在實(shí)際運(yùn)營過程中，各設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)本體可能已發(fā)生改變，特別是在正常工況下，如風(fēng)閥本應(yīng)是“關(guān)”狀態(tài)卻以“開”狀態(tài)存在，而BAS或FAS系統(tǒng)也不能判斷或沒有判斷，若轉(zhuǎn)為火災(zāi)工況時(shí)本應(yīng)是“關(guān)”狀態(tài)卻呈“開”狀態(tài)就可能會(huì)引發(fā)次生災(zāi)害。這種現(xiàn)象是在調(diào)試和煙氣試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)的，如出現(xiàn)竄煙、排煙不足等，在正常工況運(yùn)行可能存在卻還不易被發(fā)現(xiàn)。

經(jīng)與相關(guān)專業(yè)溝通和研究及聽取意見后我們采用了對(duì)所有設(shè)備執(zhí)行一次該模式下應(yīng)處于的狀態(tài)指令是比較有效的方法。也就是說要編制運(yùn)行模式表時(shí)，不宜有保持原狀態(tài)的標(biāo)識(shí)，即使原狀態(tài)是“關(guān)”，轉(zhuǎn)為相應(yīng)模式還是“關(guān)”時(shí)，控制系統(tǒng)也發(fā)送一次關(guān)閉該設(shè)備的指令。

實(shí)際調(diào)試檢驗(yàn)證明該方法是有效的。

5 風(fēng)道土建夾層的設(shè)置要求

地鐵工程至少有土建新風(fēng)道和排風(fēng)道各一條伸進(jìn)通風(fēng)空調(diào)機(jī)房，而地鐵的特點(diǎn)是狹小的地下空間使得通風(fēng)空調(diào)引風(fēng)和排風(fēng)接管不可能像地面建筑或者其它地下建筑那樣布置在不同方位，基本是從同一端有數(shù)條至數(shù)十條新風(fēng)和排風(fēng)接管，往往是交叉重疊。新、排風(fēng)管與新風(fēng)道、排風(fēng)道的連接示意如圖3所示。

地鐵新風(fēng)道可能存在加壓送風(fēng)系統(tǒng)的取風(fēng)，排風(fēng)道是兼做排煙道[5-6]。圖3（a）布置方式在國內(nèi)較普遍，當(dāng)有排風(fēng)（煙）管穿新風(fēng)道時(shí)，采用外包防火板來滿足耐火等級(jí)要求，并在從機(jī)房通過新風(fēng)道和排風(fēng)道的隔墻處設(shè)兩處防火閥，理論上是能將新風(fēng)與煙道分隔。該方式存在的問題是受施工質(zhì)量影響難以保證完全的防火防煙分隔，墻上開洞過多，縫隙過多，在調(diào)試和放煙試驗(yàn)過程中都出現(xiàn)煙氣進(jìn)入新風(fēng)道，再經(jīng)新風(fēng)道取風(fēng)的加壓風(fēng)機(jī)或補(bǔ)風(fēng)機(jī)送入安全區(qū)域，存在很大的安全隱患，只要進(jìn)行真實(shí)的煙氣試驗(yàn)，各地都或有存在此現(xiàn)象的可能。

圖3 新排風(fēng)管與土建風(fēng)道連接剖面圖

圖3（b）的布置方式為武漢地鐵改進(jìn)后的通用做法，該方式減少了防火閥的設(shè)置數(shù)量，減少了新/排風(fēng)道間墻上的開孔，降低了機(jī)電施工的難度，使安全隱患降低。

6 其它

1）武漢地鐵車站的設(shè)備吊裝孔基本以敞開式為主，即無需設(shè)置蓋板，也不影響防火分隔和功能使用，且吊裝孔上方配置有吊裝滑軌和葫蘆，能極大方便運(yùn)營的維護(hù)使用，且避免了開啟重型蓋板的不便，避免了蓋板的密封不嚴(yán)而漏跑煙氣等隱患。

2）對(duì)車站重要的電氣和管理用房設(shè)置有冗余多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，其室外機(jī)放置在排風(fēng)井下，配置沖洗水栓，避免放置室外的擾民和被盜，且由于排風(fēng)道存在24小時(shí)有排風(fēng)現(xiàn)象，也能保證室外機(jī)的通風(fēng)環(huán)境要求。

3）彩鋼復(fù)合風(fēng)管應(yīng)用在地鐵的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，均考慮采用雙面彩鋼復(fù)合風(fēng)管，主要是避免單面彩鋼復(fù)合風(fēng)管內(nèi)層鋁泊易被施工弄傷后，而在空調(diào)冷風(fēng)與通風(fēng)交替作用、也會(huì)因停運(yùn)后潮濕空氣進(jìn)入結(jié)露等綜合作用下使內(nèi)層鋁泊與酚醛脫層，減少使用壽命；同時(shí)采用統(tǒng)一的板材會(huì)避免風(fēng)管的誤裝，提高了可靠性。

7 結(jié)語

全國地鐵建設(shè)的城市有數(shù)十個(gè)，通車和運(yùn)營線路有上百條，運(yùn)營公里達(dá)數(shù)千公里，通風(fēng)空調(diào)的工程做法不盡相同。本文將武漢地鐵不同于其它地區(qū)的做法提出供大家批評(píng)指正，更好的提升城市軌道交通工程的設(shè)計(jì)水平。歸納起來主要做法是預(yù)裝式集成冷站、地面變電所機(jī)械通風(fēng)與冷風(fēng)降溫的組合配置及設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行轉(zhuǎn)換、包含電控復(fù)位功能防火閥的廣泛應(yīng)用、火災(zāi)工況模式中所有設(shè)備必須接受一遍執(zhí)行指令、避免新/排風(fēng)（煙）管互穿排/新風(fēng)道的土建夾層風(fēng)道解決方案、配吊裝滑軌的敞開式吊裝孔、多聯(lián)空調(diào)室外機(jī)內(nèi)置車站地下排風(fēng)井、雙面彩鋼復(fù)合風(fēng)管的應(yīng)用等，以上做法都通過了施工和運(yùn)營驗(yàn)證，也是在后續(xù)工程中繼續(xù)采用的做法。