地鐵車站設備管理用房空調形式探討

鮮少華

地鐵車站設備管理用房空調形式探討

鮮少華

浙江省交通規劃設計研究院

結合工程實例，對目前地鐵車站設備管理用房普遍采用的空調系統——一次回風的全空氣系統進行了分析，指出了其存在的缺點和問題，如室內空氣質量及舒適性不高，系統可靠性不強，存在能源浪費等。提出采用干式風機盤管加新風系統，并就設計中應注意的相關問題進行了探討，包括新風處理，冷水供水，通風設計等，為地鐵車站設備管理用房空調系統的設計提供了一種思路。

地下車站全空氣系統干式風機盤管加新風系統設計

0引言

地鐵地下車站設備管理用房（以下簡稱“設備管理用房”）通常要設置空調系統，以排除余熱和余濕，保證室內溫濕度及空氣質量，滿足工作人員的舒適性要求和各種設備正常運轉的需要。空調系統的可靠性和舒適性直接關系到工作人員的身心健康和機電設備的正常運轉，理應引起足夠的重視。

1設備管理用房的組成及其特點

設備管理用房分為設備用房及管理用房，設備用房包括通信設備室、通信電源室、信號設備室等，管理用房包括值班室、更衣室、會議室等。根據地鐵車站的布局，設備管理用房一般布置在車站的兩端，其中大部分房間集中設置于車站一端，而另一端只設通風空調機房、環控電控室及配電間等設備用房。

設備管理用房根據使用功能劃分為多個獨立的房間，每個房間面積都不大，層高較低（凈高一般在3m左右），空間較狹小；房間沒有可以開啟的外窗，僅通過1～2扇門與走廊相通，密閉性較高。

圖1是杭州地鐵某地下車站設備集中端站廳層設備管理用房平面布置圖。

圖1杭州某地下車站設備管理用房平面布置圖

2設備管理用房空調負荷特點

設備管理用房的冷負荷主要由人員負荷、照明負荷、設備負荷、新風負荷組成。設備用房的余熱主要是設備散熱量，以顯熱為主，濕負荷可以忽略不計；管理用房濕負荷主要為人員散濕量；全年負荷比較穩定，受室外氣候變化的影響小。此外，各房間的使用時間也不相同，設備用房使用時間一般為24h，管理用房除值班房間外，均只在地鐵運營時間才有人值守。

3設備管理用房常用空調形式及其優缺點

3.1空調形式

目前國內已建成或在建的地鐵中，設備管理用房普遍采用雙風機一次回風全空氣空調系統（以下簡“全空氣系統”），受地下空間限制，多個設備管理用房合用一套空調系統，系統一般采用定風量運行，空調冷源一般采用冷水機組。圖1所示的設備管理用房全空氣系統原理圖見圖2。

圖2設備管理用房全空氣系統原理圖

3.2全空氣系統的優點

1）具備多工況運行的功能。

根據室外氣象參數的變化，全空氣系統可以實現三種運行模式：最小新風空調工況、全新風空調工況、以及通風工況。當室外空氣焓值＞空調回風焓值時，按最小新風空調工況運行；當室外空氣焓值≤空調回風焓值，且室外溫度≥空調送風溫度時，按全新風空調工況運行；當室外空氣溫度＜空調送風溫度時，按通風工況運行。在全新風空調工況和通風工況下，能充分利用室外新風作冷源，節約能源。全空氣系統還能完全兼容事故工況，可以兼作氣體滅火房間滅火后的通風換氣。

2）系統簡單，設備集中，房間內沒有空調設備和水管，徹底杜絕水患威脅。

3.3全空氣系統存在的問題

1）各房間的溫度不能獨立控制。全空氣系統無法獨立控制各房間的溫度，造成冷熱不均，部分房間難以達到設計參數。

2）系統可靠性不高。多個房間共用一套系統，當某臺設備出現故障時，整個空調系統都將停運，可靠性不高。

3）不同房間之間存在交叉污染，影響室內空氣品質。全空氣系統采用各個房間的回風集中起來與新風混合后再進行熱濕處理，由于部分機電設備會釋放有害物質，容易造成交叉污染，使管理用房的空氣品質降低，影響工作人員的身心健康和工作效率。

4）最小新風工況下新風量偏大，且新風不能按需分配。以圖1所示的車站為例，全空氣系統總送風量為20000m3/h。若按人員所需新風量（每個工作人員每小時新風量不小于30m3）及保持室內正壓所需風量計算，最小新風量為990m3/h，若按照新風量不小于系統總送風量的10%[1]，系統最小新風量為2000m3/h。采用全空氣系統時的最小新風量大大高于人員所需新風量，造成能源浪費。對于全空氣系統來說，各房間的送風量是按計算負荷來分配的，新風量也按相同的比例分配，而不是按房間新風量的需求分配，新風的需求與供給不匹配。對新風要求不高的設備用房會獲得較多的新風量，而對新風要求較高的管理用房則可能出現新風供給不足，人員所需新風量難以保證。

5）空調系統送風量偏大，材料和動力消耗增加。從性質上來說，管理用房屬于舒適性空調，而設備用房可以看作工藝性空調，二者的負荷特性不一樣，對送風溫差的要求也不同。根據規范，管理用房最大送風溫差為10℃，設備用房最大送風溫差可以達到15℃[2]，如果二者合用一個系統，則送風溫差不能超過10℃，加之設備用房的冷負荷比管理用房大得多，這樣就會導致空調送風量增加，材料和動力消耗也隨之增加。

6）在通風工況下，某些房間的溫度會低于設計溫度，需要采取輔助加熱措施。當室外空氣溫度低于調送風溫度時，系統將轉入通風工況，對于室內余熱較小的管理用房來說，直接引入大量的室外溫度較低的新風，會使房間溫度持續降低，需要采用輔助加熱設施來保持室內溫度，不利于節能。

針對全空氣空調系統應用于設備管理用房的諸多弊端，筆者建議考慮采用干式風機盤管加新風空調系統（以下簡稱“干盤管加新風系統）。

4干盤管加新風系統及適用性分析

4.1干盤管加新風系統的基本原理及特點

干盤管加新風系統是溫濕度獨立控制系統的一種形式，干式風機盤管作為末端設備，負擔空調區的全部顯熱負荷，經處理的新風負擔空調區全部散濕量。該系統具有以下特點：

1）風機盤管處于干工況運行，室內無冷凝水產生，避免了霉菌滋生和冷凝水泄漏，有利于室內空氣質量的保證。

2）不采用回風，可以避免房間之間的交叉污染，衛生條件好。

3）新風直接送入室內，途徑污染少，新風品質好。

4）新風系統獨立設置，新風量根據各個房間的要求按需供應。

5）各房間溫度可以獨立控制和調節，舒適度好，節約能源。

6）系統可靠性較高，當某個空調設備出現故障時，其余房間的設備仍可繼續運行。

4.2干盤管加新風系統對于設備管理用房的適用性分析

規范[2]第7.3.9條規定：空調區較多，建筑層高較低且各區溫度要求獨立控制時，宜采用風機盤管加新風空調系統。第7.3.10條規定：對于風機盤管加新風空調系統，當空氣質量標準要求較高時，新風宜負擔空調區的全部散濕量。

地鐵設備管理用房獨立房間較多，層高較低，空間狹小；工作人員長期在封閉環境下工作，對空氣質量要求高，要求各房間溫度能單獨調節；設備用房的各種電氣設備對于保證地鐵安全運營至關重要，其可靠性要求高。若采用常規的風機盤管加新風空調系統，由于風機盤管在濕工況下運行，會產生冷凝水，存在霉菌滋生和冷凝水泄漏的問題，前者會影響室內空氣質量，后者會對電氣設備的運行產生威脅。采用干盤管加新風空調系統，是克服以上弊端的有效途徑。風機盤管干工況運行，新風負擔空調區的全部散濕量，室內無冷凝水產生，可避免濕工況下盤管的表面積存濕垢、產生霉菌的問題，有利于提高室內空氣質量，保證工作人員的身心健康，同時可以防止冷凝水滴漏對電氣設備的威脅，保證設備的正常運轉和地鐵的安全運營。此外，干盤管加新風空調系統不設冷凝水管，對于管線眾多且錯綜復雜的設備管理用房來說，可以在一定程度上降低綜合管線布置的難度。

5干盤管加新風系統與全空氣系統的比較

二者應用于設備管理用房的對比分析見表1。

表1兩種空調形式應用于設備管理用房的比較

6地鐵設備管理用房采用干盤管加新風系統相關問題探討

6.1新風量及新風處理

新風量應按不小于人員所需新風量，保持空調區空氣壓力所需新風量，以及新風除濕所需新風量中的最大值確定[2]。

由于設備管理用房散濕量很小，由新風負擔空調區的全部散濕量，對新風機組的的選擇及新風處理方式并沒有太高的要求。新風處理方式應根據夏季空調室外計算濕球溫度和露點溫度、新風送風狀態點要求等，經技術經濟比較確定。優先考慮冷卻除濕，當采用常規冷水不能滿足新風處理要求時，可以考慮采用直接蒸發式新風機組提供新風。

目前地鐵空調系統設計中新風都是通過新風亭，由土建風道引入。由于風道的施工質量問題，加上風道內往往還鋪設有一些管線，新風存在途徑污染。采用干盤管加新風系統，空調新風量較小，建議在風道內設置專用的進風管，直接從室外進風，減少途徑污染。

6.2冷水供應

采用冷卻除濕方式時，新風機組的供水溫度應低于室內空氣的露點溫度，而干式風機盤管的供水溫度應低于室內空氣的干球溫度，并高于室內空氣的露點溫度，使風機盤管無冷凝水出現，二者對冷水供水溫度的要求不同。

設備管理用房室內空氣干球溫度為27℃，相對濕度為50%，對應的露點溫度為15.7℃，干式風機盤管的供回水溫度取16℃/21℃。在滿足新風處理要求的條件下，新風機組直接采用冷水機組提供的冷水，干式風機盤管的冷水供應采用以下兩種方式：

方式一：采用文獻[3]給出的冷水系統方案1，即通過使新風機組回水和風機盤管回水混合后進入三通閥，再與冷水機組提供的7℃冷水相混合，得到16℃的中溫冷水，供給干式風機盤管，通過控制冷水機組提供的冷凍水水量來穩定供水溫度。

方式二：通過水-水換熱器，直接制取16℃的中溫冷水，其原理圖見圖3。

圖3干式風機盤管冷水系統方式二原理圖

6.3過渡季節通風及氣體滅火房間通風

干盤管加新風系統不具備過渡季節通風運行的條件，不能充分利用新風作冷源。

地鐵設備管理用房中部分房間設有氣體滅火系統，根據規定，這些房間需要設置機械排風裝置，在氣體滅火結束后，對防護區進行通風換氣，換氣次數可按5次/h考慮[4]。

為了利用新風作冷源以節約能源，同時解決氣體滅火房間事故工況下的通風換氣問題，建議在干盤管加新風系統基礎上增加通風工況用的送、排風系統。

由于過渡季節通風量大，而干盤管加新風系統的新風量小，二者一般不能匹配。以圖1所示的地鐵車站為例，按換氣次數確定的通風量為9000m3/h，而干盤管加新風系統新風機組的風量僅為990m3/h，二者相差懸殊。因此要單設送風機和送風管，考慮系統風量平衡，還要設排風口、排風管和排風機等排風設施。

圖4干盤管加新風系統結合通風系統原理圖

地鐵車站設備管理用房采用干盤管加新風系統，增設送、排風系統后，就具備了過渡季節通風及氣體滅火房間事后排風功能。其系統原理圖見圖4。該系統將通風工況的排風系統與走道機械排煙系統合用，節省了管道占用的空間。

7結語

目前地鐵地下車站設備管理用房普遍采用全空氣系統，存在室內空氣品質和舒適性不高，系統可靠性不強，能耗偏大等問題。

采用干盤管加新風系統，可以有效地克服全空氣系統的弊端，提高人員的舒適度和室內空氣品質，增強系統的可靠性，并能在一定程度上降低能耗。通過適當的措施，可以實現全新風運行，并且兼顧氣體滅火房間的通風換氣。對于地鐵設備管理用房來說，干盤管加新風系統與全空氣系統相比，在技術上具有比較明顯的優勢，值得推廣應用。

[1]北京城建設計研究總院.地鐵設計規范(GB50157-2003)[S].北京:中國計劃出版社,2003

[2]中華人共和國住房和城鄉建設部.民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范(GB50736-2012)[S].北京:中國建筑工業出版社, 2012

[3]殷平.獨立新風系統（DOAS）)研究(3)：常規風機盤管獨立新風系統[J].暖通空調,2005,35(3):69-76

[4]公安部天津消防研究所.氣體滅火系統設計規范(GB50370-20 05)[S].北京:中國計劃出版社,2006

Dis c us s on Air Conditioning Mode of Ma na ge m e nt a nd Equipm e nt Room s in Subw a y Sta tions

XIAN Shao-hua
Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning,Design&Research

On basis of project example,the characteristic of total air system with primary return-air was analyzed,which is the main type of air conditioning system in management and equipment rooms in Subway Stations.Its shortcomings and deficiencies in indoor air quality,comfort,reliability and energy saving were pointed out.Fan coil unit in dry cooling condition with fresh air system should be considered under this circumstance.Some crucial issues which should be concerned in design were analyzed and discussed,including fresh air handling,chilled water supply,ventilation design. A new way for the air conditioning system design of management and equipment rooms in subway stations was provided.

underground station,total air system with primary return-air,dry cooling fan coil unit plus fresh air system, design

1003-0344（2014）05-081-4

2013-7-15

鮮少華（1972～），男，大學，高工；杭州市環城西路89號武林大廈3樓（310006）；0571-89709328；E-mail:shxian325@163.com