昆明地鐵標準地下車站通風空調大系統設計

熊勝益

摘要:本文以巫家壩站為例，介紹了昆明地鐵標準地下車站的大系統設計思路。結合昆明的建筑熱工分區特點，全地下線采用站臺設置全高安全門的開式通風(含活塞通風)系統，并闡明了車站公共區不設空調系統的原因。大系統采用送風兼排煙的方式，不僅可降低分設系統的投資成本及控制難度，還能節省公共區有限的空間資源。大系統設計應根據公共區的余熱分布和建筑防火分區特點，結合裝修吊頂造型，合理劃分防煙分區及布設風口，做到設備選型合理有據，并輔以適當的系統控制策略，取得功能與美觀統一的設計效果。

關鍵詞:開式通風系統，公共區，送風兼排煙，風量計算，控制策略

The Design of Ventilation and Air Conditioning System for Standard Metro Station in Kunming

Xiong Shengyi

(China Railway Siyuan Group Southwest Survey and Design Group CO. LTD., Kunming, China)

Abstract: In this paper, take Wujiaba station as an example to introduce the design thoughts of ventilation and air conditioning system in Kunming standard metro station. Based on the characteristics of building thermal design zones in Kunming, the open ventilation system with tunnel piston wind, the high safety doors is set on the station platform, is used in the whole metro line. The reason why public area is not used air conditioning system in metro station is analyzed. And the ventilation system of mechanical air supply plus smoke exhaust can obviously reduce investment cost of ventilation system, difficulties of control strategy, and save space resource. According on the characteristics of waste heat distributions, fire compartments and decoration form, it is important to reasonably divided smoke prevention compartment, set up tuyeres and select equipment, and necessarily make proper control strategy to achieve excellent design effect that unitying function and beauty to a high degree

Keywords: open ventilation system，public area，air supply plus smoke exhaust，calculation of ventilation load，control strategy

中圖分類號： TD724文獻標識碼： A

0引言

地鐵是一種特殊的城市公共交通設施，具有速度快、運量大和正點率高等諸多優點，可有力解決日益突出的城市交通擁堵問題。地鐵車站是供乘客活動、乘車和候車的場所，公共區良好的通風空調系統可提供乘客舒適、清潔和安全的環境。相比車站建設總投資而言，通風空調系統設備投資所占比例僅為8%～10%，但其運行能耗所占車站總能耗的比例則達到40%左右[1]。對車站通風空調系統進行合理的設計及選型，成為有效降低車站總運行能耗的關鍵之處。

行業上習慣將車站公共區通風空調系統稱作大系統。國內大多數城市的地鐵車站公共區普遍采用閉式和屏蔽門式一次回風變風量全空氣系統[2]，而昆明城市氣候與眾不同，屬于溫和地區，年平均溫度為15℃[3]，具有“四季如春”的特點，于此，為昆明地鐵適宜地設計出一套技術經濟合理的大系統顯得尤為必要。通過分析溫和地區的各項指標，設計采用全地下線車站的站臺設置全高安全門的通風系統（含活塞通風），開式運行的環控制式，公共區不設空調系統，不僅能滿足乘客的舒適性要求，還能節省空調系統的投資成本及運行能耗，節能效果突出。本文下面將以昆明地鐵巫家壩站為例，具體闡述標準地下車站大系統的設計思路。

1建筑概況

巫家壩站為昆明地鐵首期工程第18個車站，位于官渡區巫家壩機場環島南側，飛機場候機樓西側，沿南北方向布置。本站為地下兩層明挖島式車站，站臺寬度11m，地下一、二層分別為站廳、站臺層，同層兩端為設備區，業內稱其為“標準車站”。車站外包長為177.22m，總建筑面積為9990.47㎡（含主體建筑面積7314.12㎡，附屬建筑面積2676.35㎡），共設4個出入口。本站公共區裝修效果見圖1，站內建筑布局見圖2。

圖1巫家壩站公共區裝修效果圖

圖2巫家壩站主體建筑平面圖

2設計依據

本站以《地鐵設計規范》（GB50157-2003）、《建筑設計防火規范》（GB50016-2006）、《云南省民用建筑節能設計標準》(DBJ53/T-39-2011)及《城市軌道交通技術規范》（GB 50490-2009），昆明當地氣象參數，客流量，建筑裝修圖等作為大系統設計的依據。

3設計參數

3.1室外設計氣象參數[3]，見表1。

表1 昆明室外計算參數

車站公共區、區間隧道

夏季通風計算干球溫度 20.8℃ 冬季通風計算干球溫度 8.9℃

設備及管理用房

夏季空調計算干球溫度 26.3℃ 夏季通風計算干球溫度 23.1℃

夏季空調計算濕球溫度 19.9℃ 冬季通風計算干球溫度 4.9℃

3.2室內設計氣象參數

站內公共區空氣計算溫度和相對濕度應符合《地鐵設計規范》的要求，且滿足每個乘客小時供應的新風量不少于30m3，控制CO2和PM10的日平均濃度分別小于1.5‰和0.25mg/m3。另外，公共區同時在站人數、在站時間及高峰系數，乘客及設備散熱量等設計輸入參數由相關專業負責提供。

3.3客流量設計參數

巫家壩站公共區乘客人數按遠期(2039年)預測運營晚高峰小時客流量確定，見表2。

表22039年遠期運營高峰小時客流量表(人/小時)

預測客流 上行 下行

上車 斷面客流 下車 上車 斷面客流 下車

流量 早高峰 3743 32473 1958 970 29694 5553

34561 25111

晚高峰 5088 19455 865 1779 32714 3371

22840 31122

4大系統設計

4.1不設空調系統的原因

《地鐵設計規范》強調地鐵的大系統宜優先采用站內通風系統結合活塞通風的方式，并將“當地最熱月的平均溫度”和“高峰小時的行車對數和列車車輛數的乘積”作為衡量站內公共區是否設置空調系統的重要技術指標，且規定具體的參數控制標準，“在夏季當地最熱月的平均溫度超過25℃，全年平均溫度超過15℃，且地鐵高峰時間內每小時的行車對數和每列車車輛數的乘積大于120，應采用空調系統”[4]。昆明地鐵運營列車考慮采購B型空調車6輛編組，2039年高峰小時的行車對數為15對，二者的乘積為90。昆明屬于建筑熱工分區中的溫和中區，當地最熱月平均氣溫為18℃～23℃，年平均溫度為15℃[3]，具備不設空調系統的條件。當列車在隧道內高速運行時會產生可觀的活塞風量，應優先利用這種清潔免費的能源，活塞氣流通過全高安全門上沿約0.6m高的條縫帶進入站臺公共區，以公共區機械通風結合活塞通風和出入口自然通風的方式實現車站公共區的通風降溫作用。

此外，需借助地鐵環控模擬軟件（Subway Environment System，簡稱“SES”）計算當全地下線采用開式運行且公共區不設空調系統時，地鐵隧道夏季的最高溫度是否超過35℃，冬季的平均溫度是否低于地層的自然溫度，并將最低溫度控制在5℃以上。經計算，冬夏季的隧道溫度變化幅度均滿足規范要求，這里屬于地鐵隧道通風系統設計的范疇，本文不作細述。

4.2通風系統設計

4.2.1 設計思路

大系統設計應滿足運營時通風降溫和火災時迅速排煙的需求，分為平時通風系統和防排煙系統。平時通風系統采用機械進風，出入口自然排風的通風方式。進風直接采自大氣，新風經站廳層兩端新風井由新風道進入，經除塵消聲后由大系統新風機通過風管送入公共區，可集中控制進站新風的含塵濃度，控制通風設備傳到公共區的噪聲水平低于≤70dB（A）。為增強公共區的排煙效果，大系統采用送風兼排煙的方式，可減少分設系統的投資成本，降低控制工藝難度及節省站內空間資源。主要的設計考慮如下：

1）送風口兼作排煙口使用時，送風口數量不宜過多，風口風速應根據兩種工況的風量進行匹配，風口尺寸選取應滿足各自風速要求，且風口須帶風量調節閥。風口的布設應結合公共區裝修的吊頂造型，如采用鋁板和格柵結合的形式，風口考慮均勻設置于格柵上方，盡量不在鋁板上開風口，維持吊頂造型美觀。對于巫家壩站而言，吊頂采用大塊的方形鋁板單元格柱網拼接，單元格中部隆起的簡潔造型，風口應于鋁板上開孔，但具體的開口位置應與裝修專業協商，取得功能與美觀的統一。

2）車站站廳與站臺公共區作為一個防火分區，面積為2764㎡，其中站廳為1591㎡，站臺為1173㎡。防煙分區的劃分原則按不超過2000㎡控制[5]，站廳和站臺的防火分區面積均小于2000㎡，可各自劃分為一個防煙分區。當站廳公共區防火分區面積超過2000㎡時，必須設置擋煙垂壁或垂簾進行防煙分區分隔。由于本站公共區為橫向單柱結構，可將風口布設于柱邊區域，如若為橫向雙柱結構，需在雙柱間頂部區域加設風口而防止聚煙，風口位置與自動扶梯疏散口部的距離不宜過近。

3）車站防排煙設計標準按全線同一時間內發生一次火災考慮。公共區以有效站臺中心里程為分界，分別將站廳和站臺的防煙分區分為兩個面積相當的排煙區域，使各風口的排煙量均衡，實現均勻排煙。車站同端區域的站廳和站臺層風管進行并聯，每端管路分別連接新風機及排煙風機，采用兩端同送同排的通風方式。風管穿越設備及管理用房區時，風管上靠防火墻設排煙防火閥，并在服務于站廳和站臺公共區的風管上設電動風閥，具體的管路及閥門設置情況見圖3。因本站4個地鐵出入口通道連續長度均未超過60m，故不需設排煙設施。

4）公共區風口間距應兼顧風口的有效送風范圍和排煙距離，按6m左右控制。各排煙區域內的風口面積和數量應保持相等，才能取得均勻送排風的良好效果。根據壓力平衡計算結果，對分支管設置必要的手動風閥，方便進行系統調試。風管管材采用鍍鋅鋼板，厚度按排煙管尺寸選取，公共區內的風管外涂防火涂料，跨越設備及管理用房區的大系統風管外包耐火極限不低于1h的防火板。

5）站廳及站臺公共區的溫度及CO2傳感器應布置在與吊頂同高度的位置，可真實反映公共區溫度及CO2濃度的變化情況，準確控制大系統新風機隨負荷變化變頻運行。

注：TK-通風空調大系統；TEF-排熱風機；SF-大系統送風機；PY-大系統排煙風機；DT-電動多葉調節閥；FP2-280℃手動排煙防火閥；FF2-70℃手動排煙防火閥；CCQ-靜電除塵裝置；A-車站小里程端；B-車站大里程端；SAD-送風管；EAD-排風管；SED-排煙管；118-地鐵1號線第12個車站。

圖3車站大系統原理圖

4.2.2風量計算

本站公共區負荷分為消除余熱通風量和火災排煙量，大系統新風機和排煙風機的風量計算如下：

1）大系統應按預測的遠期客流和最大通過能力配置新風量，主要體現在消除晚高峰客流、照明燈具、廣告指示牌、自動售票機、電扶梯及安全門等余熱所需的通風量。具體的計算結果見表3，計算得到公共區所需通風量為133397m3/h，車站兩端大系統新風機各負擔一半的風量。大系統新風機近、遠期的配置需求通過變頻運行實現。

表32039年遠期運營高峰小時客流量表(人/小時)

車站名稱 巫家壩站 站廳 站臺

公

共

區

余

熱

量

/kW 乘客產熱量 25.11 18.72

照明燈具 15.91 11.73

廣告燈箱、指示牌 20 10

自動售檢票機 15.36 0

自動扶梯 13 5

垂直電梯 2.5 2.5

全高安全門 0 29.6

熱庫 -4 0

其它 10 10

消除余熱所需送風量(m3/h) 70414 62983

2）《建筑設計防火規范》和《城市軌道交通技術規范》關于車站公共區單位排煙量的規定基本是一致的，即當排煙設備負擔1個防煙分區時，火災時的排煙量應根據防煙分區的建筑面積按1m3/（㎡·min）計算[5-6]。站廳、站臺的計算排煙量分別為95460和70380m3/h。因車站防排煙設計標準按全線同一時間內發生一次火災計，故大系統排煙風機應按站廳、站臺單獨發生火災考慮，而不是按同時擔負2個及2個以上防煙分區的情況來計算排煙量?？紤]到站廳防煙分區的面積大于站臺，排煙風機的排煙量應以站廳的防煙分區面積作為計算標準，為95460 m3/h，兩端大系統排煙風機各負擔一半的排煙量。

經水力計算后，可確定兩種系統的全壓損失，因大系統屬一般送排風系統，故新風機和排煙風機各需附加10%的漏風量。大系統風機設備的主要選型參數見表4。

表4大系統風機設備的主要選型參數表

風機名稱 設備編號 風機型號

NXT-17 風量

m3/s 全壓Pa 功率kW 備注

新風機 SF-A1 No12.5A 20.83 520 18.5 常溫變頻

SF-B1 No12.5A 20.83 480 15 常溫變頻

排煙風機 PY-A1 No11.2A 14.72 700 15 250℃/1h

PY-B1 No11.2A 14.72 600 15 250℃/1h

5系統控制策略

本站通風系統采用三級控制：就地控制、車控室控制和中央控制，大系統設備采用前二級控制，三級顯示。中央控制室對大系統新風及排煙設備進行狀態顯示，車控室對大系統設備及電動控制風閥進行顯示和控制，就地對所設的各種設備及電動控制風閥進行控制與顯示，就地控制具有優先權。

本站通過控制電動風閥開關實現公共區由平時通風轉換為火災排煙模式。FAS/BAS系統借助溫度和CO2傳感器探頭，感知公共區溫度和濃度的變化而控制新風機變頻運行。當車控室接收到站廳或站臺的火災報警信號后，通過按下與火災區域對應的IBP盤按鈕，控制排煙風機和電動風閥聯動進行排煙。當與排煙風機聯鎖的任一排煙防火閥因熔斷關閉后，排煙風機則停止運行。大系統風機與硬聯鎖電動風閥的控制關系為“風閥開-風機開，風機關-風閥關”。站廳和站臺火災切非后，應保證大系統設備的聯動控制動作準備無誤。

當站廳公共區任一區域火災時，關閉新風機和站臺風管，關閉車站兩端U/O系統（軌頂和軌底排熱系統）和設備區通風子系統，開啟排煙風機，出入口自然引風。當站臺公共區發生火災時，關閉新風機和站廳風管，開啟排煙風機，同時開啟車站兩端的U/O風機以及隧道風機，且關閉兩端設備區通風子系統，開啟軌頂風道，關閉軌底風道，輔助站臺公共區排煙。站廳和站臺火災時均滿足乘客迎風疏散的要求。夜間停運時，大系統風機全部關閉，開啟隧道通風系統對區間進行通風換氣，這里本文不作細述。

6結語

本文以巫家壩站為例，闡明了標準地下車站公共區不設空調系統的原因，并介紹了大系統的設計思路和系統控制策略，可為國內其他城市的后續地鐵車站設計提供工程參考案例。具有如下優點：

1）車站公共區不設空調系統，采用站臺設置全高安全門開式運行的環控制式，可顯著節省大系統的空調投資成本和運行能耗，節能效果明顯。

2）大系統采用送風兼排煙的方式，不僅能降低分設系統的投資成本及控制難度，又為車站公共區節省空間資源。

3）大系統設計根據公共區建筑防火分區的特點，進行了合理的防煙分區劃分、風口布設及設備選型，取得均勻送風及排煙效果的同時，獲得了功能與美觀的統一。

參考文獻：

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