西安地鐵二號線鐘樓站通風空調系統設計

張 鵬，林 迪，申 健

(1.廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010;2.中國新時代國際工程公司，陜西 西安 710054;3.西安建筑科技大學，陜西 西安 710055)

0 引言

隨著我國經濟的高速發展，城市化程度越來越高，城市交通問題成為許多大、中城市非常突出的問題。地鐵具有運量大、速度快、污染小、占用資源少、能耗低、乘坐方便舒適等特點，必將成為城市人口優先選擇的出行方式。目前我國地鐵建設正步入高速發展時期，我國地鐵的建設規模和承載的客流量都是世界最大的，而地鐵巨大的投資和運營成本卻成為制約軌道交通發展的主要因素。如何有效降低工程投資和運營成本，建設節約型地鐵，既是建設節約型社會的要求，更是軌道交通自身可持續發展的需要。通風空調系統在地鐵車站中占用的面積和空間相對較大，一般地下車站通風空調機房面積占地下車站總面積的12%-30%，通風空調系統的運行能耗約占地鐵工程總能耗的1/3［1－2］。同時，通風空調系統形式與設備布置對地下車站方案及接口專業影響也較大，涵蓋正常、阻塞、火災等一系列功能，運行模式復雜。因此，在車站中有效合理地布置通風空調系統，對減小土建規模、降低造價、降低地鐵長期運營的能耗及對環境的影響都有很好效果。筆者從通風空調專業的角度出發，以西安地鐵二號線鐘樓站為例，對通風空調方案設計與實施過程進行分析，為將來地鐵車站設計提供參考。

1 鐘樓站概況

鐘樓站是西安地鐵2號線的第11座車站［3］，也是重點車站，由于其特殊的地理位置及重要性，車站的造價也較高。鐘樓站地處西安城區中心，位于老城核心商業區。在東、西及南北大街交匯處為國家級文物保護單位鐘樓，距離鐘樓外邊30 m均為其保護范圍。因此，線路在穿越鐘樓處采取鐘樓兩側繞行。2號線由北大街到南大街南北向敷設，6號線由西大街到東大街東西向敷設，2條線在該處實現換乘［4］。同時，鐘樓站也是城區旅游熱點。特殊的地域環境與人文景觀，對車站設計提出了更高要求，復雜的周邊環境增加了車站與線路的設計難度。鐘樓站總平面圖見圖1。

圖1 鐘樓站總平面圖Fig.1 Plan of Zhonglou station

針對鐘樓站的特殊條件，土建采用了中間明挖站廳、兩側暗挖站臺的分離島式站臺方案，相當于普通兩層明挖車站與暗挖分離島式站臺車站的結合體，二者取其各自優點，形成特殊的鐘樓站方案。由于與站臺分離，站廳規模得以擺脫軌行區的限制，使方案具有完整的乘客乘降空間，客流組織、運營管理以及運營成本因此得以有效控制，而站臺暗挖也有效避免了對道路兩側建筑物的影響，暗挖隧道的明挖豎井也兼顧了隧道通風的功能需求，功能整合性較好。車站站廳層平面圖見圖2，站臺層平面圖見圖3。

2 通風空調系統

鐘樓站通風空調系統按站臺設置屏蔽門［5］。通風空調系統主要由以下幾部分組成:車站兩端區間隧道活塞通風系統和機械通風系統兼排煙系統(簡稱車站隧道通風系統);車站屏蔽門外軌道排熱系統兼排煙系統(簡稱車站軌道排熱系統);車站站廳和站臺公共區空調通風系統兼排煙系統(簡稱大系統);車站設備管理用房空調通風兼排煙系統(簡稱小系統);車站空調冷凍、冷卻水系統(簡稱水系統)。下面就每個系統的功能及布置形式進行分析。

2.1 車站隧道通風系統

車站隧道通風系統的功能是保證區間隧道通風要求，正常運行時通過列車活塞效應通風換氣，事故情況下根據全線統一運行管理要求由區間風機排除隧道內空氣或向隧道內送風。地鐵隧道通風系統的進風應直接來自大氣，排風應直接排出地面［6］。鐘樓站采用單活塞系統，在車站兩端的區間通風機房內各設2臺可逆轉耐高溫軸流風機，風機前后設置擴散筒、消聲器及相應的風閥。通過相關風閥的啟閉，系統可進行活塞通風或機械通風的轉換，每端2臺風機也可實現并聯運轉或相互備用。車站隧道通風系統原理見圖4。

圖4 車站隧道通風系統原理圖Fig.4 Principle of ventilation system of station tunnel

由于鐘樓站特殊的車站明、暗挖形式及地面風亭的限制，車站兩端的區間通風機房分別設置在車站的西北角和東北角明挖施工豎井內。施工豎井是為施工暗挖隧道而設置的垂直通道，在工程施工完成后，如不加以利用，通常是回填或恢復綠地等原有功能［7］。

鐘樓站有效利用施工豎井作隧道通風井，不必單設區間通風機房，且避免了施工豎井的回填浪費，節省了大量的土建費用。這種做法風道短，通風效果好，但同時會存在左、右線兩端的活塞、機械風被車站分隔開來的情況。因此，利用站臺板下的空間，專門針對隧道通風系統做了下穿的暗挖風道，將左、右線通過風閥連通，通過風閥的轉換實現其對應的功能。同時，充分利用明挖施工豎井高度較高的優勢，在車站兩端的區間通風機房均設置夾層風道，使風道的距離縮短，優化了空間布置。區間隧道通風機房的平面布置見圖1。下穿暗挖風道平面圖見圖5。

圖5 下穿暗挖風道平面圖Fig.5 Plan of mined ventilation tunnel

2.2 車站軌道排熱系統

為了排除列車制動和停站過程中冷凝器產生的熱量，同時提高排熱效率，應盡量避免熱量進入區間隧道，在車站軌行區的站臺下部和軌道上部設置軌頂、軌底排風系統對列車產熱進行集中排放［8］。軌道排熱風機變頻運行。在正常工況下，對車軌區進行排熱通風，軌頂排風占60%，站臺下排風占40%。在車站兩端均設置軌道排熱風機，軌頂和站臺板下分別設置土建風道，每端的風道通過風閥與風機連通，軌頂排風道設置開口向下的排風口，站臺下排風道設置朝向軌道的排風口。

標準車站一般采用在車站兩端設置排風井，雙端排熱，左、右線排熱風量均衡。而鐘樓站左、右線軌道排熱被車站分隔開來:左線受制于室外條件，在車站西北角設置左線軌道排熱機房。考慮到阻力平衡、均勻排風，把左線軌頂和軌底風道各分為兩段，分別負責前半部分和后半部分排熱，在西北角軌道排熱機房匯合;右線在車站中部排風道內設置軌道排熱機房，分別解決兩側軌頂和軌底排熱風，軌頂和軌底風道在中間匯合。由此可知，在滿足功能的前提條件下，應根據車站實際情況，選擇不同的布置方案。

車站軌道排熱系統平面圖見圖2，原理圖見圖6。

圖6 車站軌道排熱系統原理圖Fig.6 Principle of heat releasing system of station tracks

2.3 車站大系統

車站大系統的功能是控制車站公共區(站廳、站臺及通道)的溫度、濕度及其他衛生、舒適條件;保證車站環境參數在設計范圍之內;發生火災時能及時排出煙氣。具體設計參數如表1所示。

表1 車站公共區通風空調設計參數Table 1 Design parameters of ventilation and air conditioning system of public area of Metro station

車站公共區通風空調大系統采用一次回風全空氣系統，主要由空調新風機、組合式空調器、車站回/排風機、排煙風機、消聲器、風閥和風道等組成，其中組合式空調器及回排風機根據負荷變化變頻運行。

一般地鐵車站大系統通風空調主要布置在車站站廳層兩側，在中板開風孔下站臺層，雙端送、排風。鐘樓站站廳層大部分為公共區，只有一部分區域為設備管理用房，無專門的通風空調機房及風井，無條件設置大系統通風空調設備。因此，將大系統通風空調設備集中布置在站臺層中間的通風空調機房內，負擔車站公共區的通風空調負荷。站臺層通風空調機房位于公共區的中心區域，將大系統機房布置在公共區的中間，使全站的大系統的送風距離最短。風管從中間成發射狀向站廳及站臺送風，不僅輸送距離短、管路短、輸送能耗節省、設備噪聲小，而且運行費用低。同時，充分利用站臺層5.2 m的高度，大系統設備在通風空調機房內上下分層布置，共享檢修空間，節省了機房面積。具體做法是將風機吊在2臺組合式空調器共享的檢修空間上方，利用此檢修空間作為風機的檢修空間。同時，送風管與回/排風管完全避開，防止管線交叉干擾。大系統通風空調設備布置見圖7。

圖7 大系統通風空調設備布置Fig.7 Layout of ventilation and air conditioning equipment of“big system”

公共區風管均布置在吊頂內，回/排風管兼做排煙風管。站廳層公共區采用中間上部由上向下均勻送風、兩側回/排風方式，送風管設在車站中間上部，回/排風管分別設在上部兩側。由于站臺為側式站臺，所以站臺層公共區也采用上送上回氣流組織方式。站廳、站臺回/排風口的布置均滿足排煙要求。大系統通風空調原理見圖8。

圖8 大系統通風空調原理圖Fig.8 Principle of ventilation and air conditioning of“big system”

2.4 車站小系統

車站小系統的主要功能是控制車站設備管理用房的溫度、濕度及其他必要的衛生條件，保證其環境滿足設計要求，與公共區通風空調系統獨立設置，發生火災時排出煙氣。由于設備管理用房對冷凝水有嚴格限制，因此車站小系統也采用一次回風全空氣系統。

柜式空調機組、回/排風機等設備主要集中在站臺層北端及中部的通風空調機房內，距各設備管理用房近，因此風管距離短、阻力小、風管尺寸小。同時，由于與車站大系統風管分開設置，避免了交叉打架，優化了管線布置。車站小系統設計參數見表2。

表2 車站小系統通風空調設計參數Table 2 Design parameters of ventilation and air conditioning of“small system”

2.5 車站水系統

車站水系統的功能是為車站空調系統提供冷凍水。空調冷凍水溫度:供水7℃，回水12℃;冷卻水溫度:供水32℃，回水37℃［9］。車站公共區空調通風系統與車站設備管理用房空調通風系統合用冷源，冷源由2臺水冷螺桿式冷水機組提供。冷水機組集中布置在站臺層中間的制冷機房內，靠近負荷中心，管路短。冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔均按2臺設計，與冷水機組一一對應。冷卻塔、膨脹水箱布置在室外裙房屋面上。

3 結論與建議

隨著科技的發展和人們生活水平的提高，人們對地鐵乘車環境的舒適性和安全可靠性的要求越來越高，致使地鐵通風空調系統日益復雜，并導致地鐵的土建規模、投資以及運行能耗日益增加［10］。如何在滿足地鐵通風空調系統功能的前提下，減小土建規模，降低運行費用，一直是設計人員重點關注的問題。國內目前對車站的節能分析已經有很多研究，也提出了寶貴的意見和方法。但是，特殊地鐵車站受制于室外條件、設備用房位置等諸多因素，往往無法達到預期效果。本文對鐘樓站通風空調系統設備的布置進行分析，根據其自身特點，對車站的系統方案進行了優化，為以后特殊車站提供了一些合理化建議。但是，在實施過程中，受制于土建及室外條件，也存在一些遺憾。因此，希望今后在土建初期方案階段，設備專業能提前介入，提出合理化建議。相信隨著地鐵建設的發展，合理選擇通風空調系統模式，優化設備布置，必將成為地鐵設計人員不懈努力的方向。

［1］ 李國慶.城市軌道交通通風空調多功能設備集成系統［J］.暖通空調，2009，39(5):31 － 32.(LI Guoqing.Multi-function integrated ventilating and air conditioning system for the urban rail traffic［J］.Heating Ventilating ＆ Air Conditioning，2009，39(5):31 －32.(in Chinese))

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［3］ 鐵道第一勘察設計院.西安市城市快速軌道交通2號線(鐵路北客站—韋曲段)工程可行性研究報告［R］.西安:鐵道第一勘察設計院，2006.(The First Survey＆Design Institute of Railways.Xi’an Urban Rapid Rail Transit Line 2(North Railway Station—Wei Qu Section)project feasibility study report［R］.Xi’an:The First Survey ＆ Design Institute of Railways，2006.(in Chinese))

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［6］ 北京城建設計研究院.GB50157—2003地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.(Beijing Urban Engineering Design ＆ Research Institute.GB50157—2003 Code for design of Metro［S］.Beijing:China Planning Press，2003.(in Chinese))

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［9］ 中國有色工程設計研究總院.GB 50019—2003采暖通風與空氣調節設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2004.(China Nonferrous Engineering and Research Institute.GB 50019—2003 Code for design of heating ventilation and air conditioning［S］.Beijing:China Planning Press，2004.(in Chinese))

［10］ 姚景生.地鐵車站通風空調系統設計［C］//鐵路暖通空調專業2006年學術交流會論文集.成都:西南交通大學出版社，2006:31 －32.(YAO Jingsheng.The design of ventilation and air conditioning system for subway station［C］ //Railway HVAC 2006 academic exchanges.Chengdu:Southwest Jiaotong University Publishing House，2006:31－32.(in Chinese))