朱明亮 楊 雙

(海軍東海工程設(shè)計(jì)院，上海 200083)

0 引言

地鐵作為現(xiàn)代文明的標(biāo)志，為城市的發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的機(jī)遇，地鐵的建設(shè)在改善城市環(huán)境，緩解交通壓力方面已經(jīng)成為現(xiàn)代化城市的必備條件之一。在為城市提供出行便利的情況下，地鐵作為如此大的人口密集的場(chǎng)所，安全運(yùn)營(yíng)保障市民的人身安全是最為關(guān)鍵的因素。地鐵大部分是地下密閉空間，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要地鐵的通風(fēng)系統(tǒng)保證地下空間的通風(fēng)換氣，特別是在火災(zāi)時(shí)，需要有效地排出煙氣以利于人員疏散。因此，對(duì)地鐵環(huán)控系統(tǒng)在火災(zāi)工況下開展分析研究，對(duì)地鐵運(yùn)行以及人員的安全都有著重大的意義。本項(xiàng)目結(jié)合某市地鐵3號(hào)線的環(huán)控系統(tǒng)運(yùn)行情況，分別對(duì)各地鐵站的環(huán)控風(fēng)機(jī)在火災(zāi)工況下運(yùn)行頻率、風(fēng)量、風(fēng)壓和能耗進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬分析，為環(huán)控系統(tǒng)故障診斷及運(yùn)行管理提供了重要依據(jù)。

1 地鐵環(huán)控風(fēng)機(jī)流場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

1.1 地鐵環(huán)控系統(tǒng)介紹

該市地鐵3號(hào)線的28個(gè)地下站站臺(tái)均采用安全門系統(tǒng)，環(huán)控系統(tǒng)采用集成式系統(tǒng)，如圖1所示。集成式空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)系統(tǒng)通常分別設(shè)置在車站兩側(cè)的兩個(gè)機(jī)房中，兩側(cè)的機(jī)組分別控制一半公共區(qū)的環(huán)境溫濕度，與機(jī)組相應(yīng)布置回排風(fēng)機(jī)。站廳和站臺(tái)分別設(shè)置送風(fēng)管道和排風(fēng)管道，區(qū)間設(shè)置送風(fēng)口和排風(fēng)口。

1.2 環(huán)控流場(chǎng)測(cè)試結(jié)果與分析

對(duì)新莊站、雞鳴寺站、浮橋站和大行宮站的環(huán)控系統(tǒng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試工況分別為空調(diào)工況、區(qū)間隧道火災(zāi)工況和區(qū)間站臺(tái)火災(zāi)工況?？照{(diào)工況下送排風(fēng)機(jī)均為正轉(zhuǎn)，送風(fēng)機(jī)頻率為40 Hz，風(fēng)量約180 000 m3/h，排風(fēng)機(jī)頻率為35 Hz，風(fēng)量約144 000 m3/h；送排風(fēng)機(jī)開啟時(shí)，同時(shí)開啟區(qū)間送風(fēng)、站臺(tái)送風(fēng)和站廳送風(fēng)。區(qū)間隧道火災(zāi)工況和區(qū)間站臺(tái)火災(zāi)工況下送排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率為50 Hz。

1.2.1區(qū)間隧道火災(zāi)工況流場(chǎng)

區(qū)間隧道火災(zāi)工況下，新莊站A端和B端風(fēng)機(jī)和區(qū)間風(fēng)口風(fēng)量測(cè)試結(jié)果見表1，表2。從表1和表2中可以得到，新莊站區(qū)間隧道火災(zāi)工況下，風(fēng)機(jī)風(fēng)量幾乎全部進(jìn)入?yún)^(qū)間，且風(fēng)量值未超過額定閾值。

表1 新莊站區(qū)間隧道火災(zāi)送風(fēng)量

表2 新莊站區(qū)間隧道火災(zāi)排風(fēng)量

1.2.2區(qū)間站臺(tái)火災(zāi)工況流場(chǎng)

區(qū)間站臺(tái)火災(zāi)工況下，新莊站A端和B端風(fēng)機(jī)和區(qū)間風(fēng)口風(fēng)量測(cè)試結(jié)果見表3。從表3中可以得到，新莊站區(qū)間站臺(tái)火災(zāi)工況下，風(fēng)機(jī)風(fēng)量與進(jìn)入?yún)^(qū)間和站臺(tái)的風(fēng)量基本持平，未出現(xiàn)風(fēng)量不平衡的異常現(xiàn)象。

2 CFD環(huán)控流場(chǎng)模擬

表3 新莊站區(qū)間站臺(tái)火災(zāi)排風(fēng)量

2.1 模型建立

選取新莊站、雞鳴寺站、浮橋站和大行宮站4個(gè)站風(fēng)機(jī)機(jī)房的土建參數(shù)和布局構(gòu)造，構(gòu)建出了相應(yīng)的CFD幾何模型。風(fēng)機(jī)機(jī)房簡(jiǎn)化為長(zhǎng)為23 m，寬為6.5 m，高為4.6 m的長(zhǎng)方體。風(fēng)機(jī)布置在機(jī)房的兩端。送、排風(fēng)口分為站臺(tái)、區(qū)間和站廳，其中通往站臺(tái)和區(qū)間的送、排風(fēng)口位于風(fēng)機(jī)機(jī)房的底部，通往站廳的送、排風(fēng)口位于風(fēng)機(jī)機(jī)房的側(cè)面。本次模擬采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程模型。

2.2 環(huán)控流場(chǎng)模擬結(jié)果

2.2.1區(qū)間隧道火災(zāi)工況流場(chǎng)

發(fā)生區(qū)間隧道火災(zāi)，新莊站開啟風(fēng)機(jī)排煙時(shí)，模擬得到車站風(fēng)機(jī)機(jī)房A，B端的排煙速度場(chǎng)：A，B端各機(jī)房?jī)?nèi)的流場(chǎng)類似，僅在各口部風(fēng)速上存在差異。A端風(fēng)機(jī)機(jī)房1在風(fēng)機(jī)口處的排煙風(fēng)速約為9.9 m/s，區(qū)間排煙口部的風(fēng)速約為8.7 m/s；A端風(fēng)機(jī)機(jī)房2在風(fēng)機(jī)口處的排煙風(fēng)速約為10.5 m/s，區(qū)間排煙口部的風(fēng)速約為9.3 m/s；B端風(fēng)機(jī)機(jī)房1在風(fēng)機(jī)口處的排煙風(fēng)速約為10.5 m/s，區(qū)間排煙口部的風(fēng)速約為9.2 m/s；B端風(fēng)機(jī)機(jī)房2在風(fēng)機(jī)口處的排煙風(fēng)速約為8.6 m/s，區(qū)間排煙口部的風(fēng)速約為8.0 m/s。區(qū)間隧道火災(zāi)時(shí)，僅開啟區(qū)間火災(zāi)風(fēng)閥，區(qū)間隧道煙氣只經(jīng)過區(qū)間風(fēng)閥進(jìn)入風(fēng)機(jī)房，其余風(fēng)閥均關(guān)閉，相應(yīng)部位的風(fēng)速基本為0，形成“滯止區(qū)”。

利用Airpak對(duì)新莊站A端和B端機(jī)房各口部的風(fēng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表4所示?？梢钥闯?，各口部的風(fēng)量與實(shí)測(cè)結(jié)果接近，風(fēng)量基本平衡。

綜上可以得到，風(fēng)機(jī)流場(chǎng)穩(wěn)定，機(jī)房?jī)?nèi)的風(fēng)道走向設(shè)計(jì)與布局合理，并未出現(xiàn)渦流和影響排風(fēng)效果的現(xiàn)象，且風(fēng)機(jī)工作穩(wěn)定，風(fēng)量與風(fēng)速符合要求。

表4 新莊站區(qū)間隧道火災(zāi)模擬排風(fēng)量

2.2.2區(qū)間站臺(tái)火災(zāi)工況流場(chǎng)

發(fā)生區(qū)間站臺(tái)火災(zāi)，新莊站開啟風(fēng)機(jī)排煙時(shí)，模擬得到車站風(fēng)機(jī)機(jī)房A，B端的排煙速度場(chǎng)：A，B端各機(jī)房?jī)?nèi)的流場(chǎng)類似，僅在各口部風(fēng)速上存在差異。A端風(fēng)機(jī)機(jī)房1在風(fēng)機(jī)口處的排煙風(fēng)速約為8.0 m/s，站臺(tái)排煙口部的風(fēng)速約為9.6 m/s，區(qū)間排煙口部的風(fēng)速約為10.5 m/s；A端風(fēng)機(jī)機(jī)房2在風(fēng)機(jī)口處的排煙風(fēng)速約為11.2 m/s，站臺(tái)排煙口部的風(fēng)速約為13.6 m/s，區(qū)間排煙口部的風(fēng)速約為14.8 m/s；B端風(fēng)機(jī)機(jī)房1在風(fēng)機(jī)口處的排煙風(fēng)速約為15.0 m/s，站臺(tái)排煙口部的風(fēng)速約為17.4 m/s，區(qū)間排煙口部的風(fēng)速約為18.7 m/s；B端風(fēng)機(jī)機(jī)房2在風(fēng)機(jī)口處的排煙風(fēng)速約為9.5 m/s，站臺(tái)排煙口部的風(fēng)速約為11.2 m/s，區(qū)間排煙口部的風(fēng)速約為12.1 m/s。

利用Airpak對(duì)新莊站A端和B端機(jī)房各口部的風(fēng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表5所示?？梢钥闯?，各口部的風(fēng)量與實(shí)測(cè)結(jié)果接近，風(fēng)量基本平衡。

綜上可以得到，風(fēng)機(jī)流場(chǎng)穩(wěn)定，機(jī)房?jī)?nèi)的風(fēng)道走向設(shè)計(jì)與布局合理，并未出現(xiàn)渦流和影響送風(fēng)效果的現(xiàn)象，且風(fēng)機(jī)工作穩(wěn)定，風(fēng)量與風(fēng)速符合要求。

表5 新莊站區(qū)間站臺(tái)火災(zāi)模擬排風(fēng)量

3 結(jié)語

本項(xiàng)目對(duì)某市地鐵3號(hào)線28個(gè)地下站的環(huán)控系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析，并選取新莊、雞鳴寺、浮橋和大行宮4個(gè)地鐵站風(fēng)機(jī)流場(chǎng)作為主要研究對(duì)象，利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和風(fēng)機(jī)流動(dòng)特性理論，建立了在火災(zāi)工況下的CFD風(fēng)機(jī)流場(chǎng)模擬模型，并在火災(zāi)工況下，依據(jù)設(shè)計(jì)模式表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，除了東大成賢學(xué)院站和泰馮路站外，其余各站所有的火災(zāi)工況時(shí)環(huán)控風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，環(huán)控流場(chǎng)穩(wěn)定，事故斷面排煙風(fēng)速均滿足地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范要求，無風(fēng)機(jī)燒毀現(xiàn)象。這為后期地鐵的環(huán)控系統(tǒng)故障診斷以及制定合理高效的運(yùn)行方案提供了重要的依據(jù)。