王繼坡
(中鐵第六勘察設計院集團有限公司,天津 300308)
近些年,我國城市軌道交通發(fā)展迅速,新建地鐵城市越來越多。在地鐵車站的很多專業(yè)中,通風空調專業(yè)占有舉足輕重的地位。對公共區(qū)域的通風空調設計方案,在設計中普遍采用兩臺空調器分設兩端,分別負擔一半公共區(qū)冷負荷。該文將探討另一種空調器設置方法,即兩臺空調器均設置于單端,為公共區(qū)送風。并通過兩種方案的對比,對公共區(qū)的空調設計提供一些新建議。
牡丹橋站位于洛陽市九都西路與解放路交叉口,為地下兩層(局部三層)車站,車站長度189米,寬度21.1米。地下一層為站廳層,面積約1800m,地下二層為站臺層,面積約1350m。車站共設置四個出入口,其中三個出入口長度均超過60米,需要考慮設置防排煙和空調措施。公共區(qū)通風空調方案采用變風量全空氣一次回風,過度季節(jié)采用通風模式。出入口設置多聯(lián)機制冷。站廳層的布置圖如圖1所示。
圖1主要表達了小端通風空調機房和車站公共區(qū)的位置關系、小端機房的開間進深要求和大致面積需求。左端環(huán)控機房布置與站廳層上方(圖1中未顯示),而右端環(huán)控機房布置緊挨站廳公共區(qū),有利于通風空調設備布置。
圖1 站廳層布置圖
牡丹橋站公共區(qū)冷負荷562.9kW,站廳冷負荷302.3kW,站臺冷負荷260.6kW,設計兩臺水冷直接制冷式空調機組(單臺風量46100m/h,制冷量281.5kW,風壓500Pa),兩臺機組均設置于右端環(huán)控機房,左端不再設置空調機組。右端環(huán)控機房內,設置一排風機,用于過度季節(jié)通風換氣。左右端環(huán)控機房內各設置一臺排煙風機,滿足消防要求。
根據運營節(jié)能需求,公共區(qū)設一集中回風口,混風箱至混風室設連通管,空調季運營時,連通管打開,通過集中回風口進行回風,不再開啟排風機,新風量由新風閥連續(xù)調節(jié)進行補充;過度季節(jié)時,打開排風機,關閉集中回風口,由空調機組和排風機進行通風換氣。同時,兩臺機組之間設置旁通管,互為備用。環(huán)控機房設備布置如圖2所示。
圖2表示了單端送風方案時通風空調設備位置的布置。較為細致地表達了兩臺空調器的連接設置、排風機的設置和排煙風機的設置等問題,同時表達了公共區(qū)集中回風口的設置,為單獨送風提供了一個可參考的機房布置。
圖2 單端送風機組方案布置
對一個標準地鐵車站而言,公共區(qū)通風空調設備一般設置于車站兩端通風空調機房內,通風空調設備中組合式空調器的設備尺寸最大,通??蛇_到6米~7米,甚至部分設備長度可達到8米以上。考慮機組前后側接管、設備檢修和人員通行要求,兩端環(huán)控機房進深一般均要求在15米以上。對地鐵車站而言,兩端環(huán)控機房均為最大的設備用房,優(yōu)化其布置,對車站規(guī)模影響很大。
采用單端送風之后,最大的兩端組合式空調器均設置于小端機房內,小端機房滿足組合式空調器進深要求即可,大端機房內僅設置通風系統(tǒng),機房進深僅7米~8米即可滿足要求,可直接節(jié)約一跨長度,有效地縮減了車站規(guī)模。
大端通風空調機房內,僅設置為小系統(tǒng)服務的風機,不再考慮落地的冷水機組、水泵等水系統(tǒng),設備布置更加規(guī)整。可考慮將機房分為多個小機房,分開設置,更加有利于走管線。
對標準地鐵車站而言,車站小端一般設置環(huán)控機房、環(huán)控電控室、照明配電室、配電間和強弱電電井等房間。各個房間單獨設置,環(huán)控電控室、照明配電室等設置氣體滅火系統(tǒng)。小端房間一般較為富裕,會設置備品庫、備用間等小房間。
當把兩臺組合式空調器均設置與一端后,通風空調機房直接由原來的約200平方米,增加至約380平方米,而直接將原來的環(huán)控電控柜,放置于環(huán)控機房內,強弱電井等小房間也盡量通過夾層設置于機房內。將面積規(guī)模較小的照明配電室、配線間等單獨設置。兩臺空調器集中設置在一端機房內,更加有利于運營管理,且機房面積較大,空調器的運輸檢修更加方便。
房間調整后,環(huán)控電控室、照明配電室將不再設置氣體滅火系統(tǒng),環(huán)控電控室的散熱量可以直接通過環(huán)控機房的通風系統(tǒng)進行排出。而其他小房間僅通過一臺單獨的小排風機即可滿足通風要求。對環(huán)控機房,緊挨公共區(qū),有利于集中回風、縮短送風距離。小端通風空調機房內,落地設備除兩臺空調器外,水系統(tǒng)僅有兩臺冷卻水泵和水處理儀,其余設備均為吊裝風機,機房更加整齊美觀。
對標準車站而言,為了地面美觀需求,一般情況下小端新排風井面積基本和大端相當,即使車站小端,新風井一般面積在12㎡左右,排風井面積在16㎡左右。而實際運營中,小端的風量是遠小于大端的,風道內風速很小,這就造成了小端土建風井的浪費。
采用單端送風后,左右兩端送排風總量基本相當,左右端風井面積相差不大,可同時縮減兩端新排風井面積,兩端新風井面積要求10㎡、排風井面積14㎡即可滿足要求,更加合理充分的利用土建風井。
采用單端送風后,大系統(tǒng)兩臺空調器緊挨公共區(qū),通過連通管,在緊挨機房隔墻處公共區(qū)設置集中回風口,在空調季節(jié),可直接關閉回排風機,通過兩臺水冷直接制冷機組的負壓即可實現(xiàn)公共區(qū)的回風,與標準車站相比,一端一臺的回排風機(功率約15kW)直接減少了兩臺風機的運行。
冷源及末端設備的選擇。對標準車站,均會選擇自建冷站,根據《地鐵設計規(guī)范》GB50157-2013和《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB50736-2012,冷凍機房應設置在靠近空調負荷中心的位置,在大端機房設置冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵及其配套設備,地面設置冷卻塔,通過制備冷水來實現(xiàn)車站的大小系統(tǒng)制冷。
采用單端送風后,僅公共區(qū)采用水制冷,不再設置冷水機房。公共區(qū)通風空調設備選用兩臺水冷直接制冷式空調機組,分別服務站廳層和站臺層,并在機房設置旁通管,可實現(xiàn)互為備用。兩臺機組直接實現(xiàn)冷水的制備和空氣的處理,并能直接向公共區(qū)進行送風。環(huán)控機房內設置冷卻水泵和冷卻水系統(tǒng),地面設置冷卻塔。冷凍水系統(tǒng)已直接集成在機組內,通風空調機房內不設冷凍水泵及冷凍水系統(tǒng)。
由于不再自建冷站,車站小系統(tǒng)不再采用全空氣一次回風系統(tǒng)。電氣設備用房和管理用房采用多聯(lián)機+送排風系統(tǒng),過度季節(jié)和冬季,開啟送排風降溫,空調季節(jié)開啟多聯(lián)機系統(tǒng),人員房間同時開啟小新風。不利影響是設備用房采用多聯(lián)機系統(tǒng),多聯(lián)機外機數(shù)量較多,需要在地面考慮多聯(lián)機外機用地,會對地面景觀造成影響。
對超長出入口等需要單獨制冷的區(qū)域,由于不再設置冷水系統(tǒng),因此只能選擇多聯(lián)機進行制冷。該站的1、3、4號出入口均單獨設置多聯(lián)機系統(tǒng)。多聯(lián)機系統(tǒng)設備分布較為分散,對運營檢修較為不利。
對標準車站,多聯(lián)機外機較少,可直接考慮設置于排風井底部,室外僅設置冷卻塔,對地面景觀十分有利。標準車站的超長出入口等其他需要設置空調的區(qū)域,都可直接通過設置風機盤管處理,不必過多設置多聯(lián)機系統(tǒng)。此處差異較大,選擇方案時須分外重視。
水冷直接制冷式空調機組風壓的選取是單端制冷方案選擇的關鍵。對空調器而言,送風管需跨越整個公共區(qū),最遠端送風口距離達到130米,而最近的送風口距離僅20米左右,如何實現(xiàn)最遠端送風口有風、如何實現(xiàn)送風口均勻送風是設計的關鍵。該文將以站廳層一送風管為例,說明設計思路。
選取風管長度92米,共設置方形散流器送風口16個,單個尺寸400mm×400mm。總送風量22144m3/h,單個風口送風量1384m3/h,風口平均風速=2.4m/s。
空氣在流動時,靜壓p=?ρv,動壓p=?ρv,孔口出流角tg=v/v,孔口平均速度:=μv(取0.239)。
V/V(風口靜壓流速/實際風管)應大于1.732,有難度時要保證不小于1.2。站廳風口布置圖如圖3所示。
圖3 站廳風口布置圖
站廳支管共設計16個送風口,將風管分為16個斷面,逐一對斷面風量、風速就行計算。對1斷面處:
風口靜壓流速如式(1)所示。
風口平均流速的計算公式適用于方形散流器,如果采用矩形散流器,需要將公式中的6.2改為5.7。
風口靜壓如式(2)所示。
風管實際管內風速如式(3)所示。
管內動壓如式(4)所示。
全壓=P+P=74.75Pa。
計算結果見表1。
表1 單端送風風壓計算表
從表1可以看出,可通過適當調整風管管徑,實現(xiàn)兩個風口之間壓力降低約等于兩個風口之間的壓力損失,基本可實現(xiàn)所有風口風速在2.4m/s左右,即可實現(xiàn)均勻送風。而從第一個風口到最末端風口的壓力損失約為75Pa左右。通過調整風管設計,可以實現(xiàn)在設備小風壓的前提下滿足通風效果。站臺層共設置風口28個,采用同樣的方法進行計算。然后綜合確定設備風壓。
消防系統(tǒng)的影響。對大端排煙系統(tǒng),消防排煙風機需要單獨設置,供消防專用,直接上IBP盤,更有利于控制;對小端,由于設置閥門較多,存在更多控制問題,因此需要多加注意。
單端送風系統(tǒng)對其他專業(yè)的影響主要體現(xiàn)在以下4個方面。1) 有利于綜合管線布置。對地鐵車站而言,大端設備區(qū)是所有管線密集區(qū)域,管線布置異常困難。一般情況下,標準站內走道管線布置完成后,已無上人檢修空間。采用單端送風后,穿越大端設備區(qū)的大系統(tǒng)管線的僅有排煙風管一根,非常有利于管線布置。根據2號線現(xiàn)場情況,基本可保證任何一處上人檢修。小端公共區(qū)第一跨緊挨機房,為管線最復雜處,須與建筑認真配合,留好管線位置。2)有利于運營管理。公共區(qū)的設備集中放置,且緊挨公共區(qū),更加方便運營管理??照{機房內,落地設備少,機房空間大,更有利于設備檢修、維護。3) 設備運輸路徑更好設置。兩臺機組設置與小端,大端沒有大型設備,僅考慮風機運輸路徑即可,一般情況下,僅需考慮2000mm×2500mm的運輸路徑即可滿足要求。而小端一般設備較少,兩臺機組一起考慮運輸路徑,更好優(yōu)化路徑布置。4) 對給排水專業(yè),落地空調器集中布置,補水及排水更加方便,可僅考慮在小端空調機房設置清洗水池。車站僅大系統(tǒng)采用冷水制冷,水容量較小。對FASBAS等專業(yè),設備的集中布置也非常有利。
該文將牡丹橋站單端送風方案與標準車站全空氣送風進行了對比,從土建規(guī)模、設備布置、運營管理等多個方面,進行了全方位的比較。有利于對此方案有一個系統(tǒng)的了解。
地鐵車站作為一種特殊的地下公共建筑,通風空調方案選擇需要慎重。單端送風方案雖然目前并沒有大規(guī)模采用,但是其作為一個選擇,會被越來越多的城市考慮。在方案布置階段,應結合車站實際情況進行考慮,將該方案作為一個參考選型。