淺談地鐵車站通風空調系統的優化設計

梁志恒

（無錫地鐵集團有限公司，江蘇 無錫 214231）

淺談地鐵車站通風空調系統的優化設計

梁志恒

（無錫地鐵集團有限公司，江蘇 無錫 214231）

摘 要：隨著社會經濟水平的提高，城市建設速度的加快，地鐵逐漸成為城市主要的交通工具之一。地鐵車站是一個特殊的場所，每天有大量的乘客進出，這就對車站環境提出了很高的要求。本文結合實際案例重點分析了常見的地鐵通風空調系統的優化設計，同時也對地鐵空調通風系統的噪聲控制進行了相關的探討。

關鍵詞：地鐵車站；通風空調系統；噪聲控制；優化設計

1 地鐵空調通風系統概述

地鐵車站內的通風空調系統的主要作用是對車站環境的溫度、濕度以及風速等進行調節，從而提高車站環境質量，使乘客感覺舒適。然而，通風空調系統在創造舒適環境的同時也在消耗著大量的電能。據統計，地鐵運行所消耗的電能有接近一半是由空調系統消耗的，甚至超過了列車驅動消耗的電能。因此，為減少地鐵能源消耗，提高地鐵運行的經濟效益，需要對地鐵現有的空調系統進行優化設計。在此之前，我們要了解當前地鐵空調系統的構成以及工作原理。

整個車站的空調系統由兩個分系統組成，其中一個系統又分為空調大系統與小系統，因此車站空調系統是由大系統、小系統以及水系統組成的。車站大、小系統負責控制車站內環境溫度、濕度等參數，實現車站的通風以及排風；而水系統主要負責對空氣進行制冷。

車站空調系統在工作時，空調新風機將車站外的新風送入站內，同時組合空調機組對新風進行冷卻處理，從而使新風溫度達到要求。組合空調機組與水系統通過冷卻水回路相連，在機組內完成冷熱交換的帶有熱負荷的冷卻水循環回水系統，通過冷卻塔將熱量排放到外界環境中。同時，冷水機將未經冷熱交換的冷卻水循環到空調機組內，從而實現冷卻水的循環利用。另外，回排風機會將隧道內由于車輛運行而產生的熱量排到室外。

2 常見的地鐵車站空調系統分析

2.1 閉式系統

閉式系統是指將送風管沿著車站長度方向布置在站臺兩側，向下輸送新風的通風系統，其排風系統設置在軌道頂端或者站臺頂端。閉式系統之所以被稱為“閉式”，是因為采用這一系統的車站與外部空氣基本處于斷絕狀態。該系統的工作狀態受到室外空氣焓值與空調回風焓值的影響。例如：室外空氣溫度大于空調回風溫度，且室外空氣焓值小于回風焓值時，空調系統會采用全新風系統，否則只會向站內提供最小新風。一般情況下，閉式系統多用在夏季月平均氣溫在25℃以上，且運量交大的地鐵系統。另外，該系統還可以滿足車站運行的消防要求。

2.2 開式系統

開式系統是一種將車站與隧道聯系在一起進行通風的系統。開式系統一般存在帶空調以及不帶空調兩種形式。所謂帶空調系統就是在車站內設置空調，通過空調與車站內的通風井實現站內與站外的空氣交流；而不帶空調系統是指車站沒有空調，只在隧道內設置多座豎向通風井，并通過機械動力實現隧道內與外界空氣的交流，同時利用列車行駛產生的“活塞效應”將隧道內的新風帶到車站內，從而降低車站內的溫度。

開式系統大多運用在夏季平均溫度在25℃以下，且客流量較小的地鐵系統中。然而，早期的地鐵系統大多都使用開式空調系統，但是隨著地鐵建設規模的擴大，開式空調系統已經無法適應人們的要求，從而開始被閉式系統以及屏蔽門式系統取代。

2.3 屏蔽門式系統

所謂屏蔽門系統就是在車站與隧道之間安裝屏蔽門，隔斷車站與隧道環境，同時在車站內安裝空調系統，并且采用機械通風井的方式對隧道進行通風。屏蔽門系統不但能夠達到車站環境的通風制冷要求，而且屏蔽門還會減少列車行駛對車站造成的氣流噪音影響，避免跌落站臺等危險事故的發生，給旅客提供更加舒適安全的候車環境。

采用屏蔽門系統后，車站空調制冷負責的范圍大大減少，從而降低空調負荷，減少電能消耗，具有良好的節能效果。正是出于這一考慮，在我國南方城市地鐵線路改造以及新建工程中，屏蔽門系統得到了十分廣泛的應用。

3 工程案例分析——無錫地鐵車站通風空調系統優化設計

3.1 通風空調系統優化設計

3.1.1 采用大小系統分設冷源，小系統采用變頻多聯機

無錫地鐵通風空調系統模式為，大系統采用空調水系統，白天為公共區服務，夜間空調水系統停止運行，降低了冷卻塔夜間運行帶來的擾民隱患，同時，提高了設備的使用壽命，整個系統簡單、調試方便，后期維護量小。

設備及人員管理房間采用變頻多聯機+小新風模式，系統高度集成，運行調試簡單，因該系統完全獨立于大系統，因此在無錫2號線5月份開始冷滑、熱滑以及空載運行時，變頻多聯機先于空調水系統實施完成，有效的保證了在炎熱夏季重要設備用房、管理用房人員進駐的室內工作環境。

變頻多聯機系統充分利用該系統的變頻特性、根據室內負荷自主調節的特點，有效彌補了設備房間發熱量動態變化、發熱量不準確帶來運行能耗過大、設備及人員管理房間過冷的難題。

多聯機室外機充分考慮與室外景觀、構筑物的結合，保證了室外的景觀效果。大、小系統分開后，減小了空調機房的占用面積，節省了土建投資。大、小系統分開后，有效的增加了日常設備的檢修天窗時間，對于整個系統的檢修、維護提供了便利，同時保證了整個系統的穩定、可靠，提升了系統的服務質量

3.1.2 屏蔽門轉換裝置

將梁溪大橋站進行試點，在其屏蔽門上方設置可開啟的轉換裝置，可實現過渡季節利用活塞風對車站進行通風，減少空調系統的運行能耗。

3.1.3 采用自然通風/排煙

對高架車站團結路、紡織城站的地下附屬用房，將原初步設計設計的機械通風、排煙系統設計為自然通風、排煙，即利用吊裝孔、采光通風孔進行自然通風機自然排煙，減小了設備投資及后期設備的運行能耗及維護。

3.1.4 站臺公共區排煙模式

針對屏蔽門系統，站臺公共區排煙效果差的問題，提出并采取了開啟屏蔽門首尾滑動門及中部滑動門、利用隧道風機、排熱風機輔助排煙的模式，一次性通過了由中國安全生產科學研究院組織的熱煙測試，取得了理想的測試效果，為后續線路的建設提供了重要的參考經驗。

3.1.5 效益

采用屏蔽門系統，與閉式系統相比全線可節省初投資1148萬元，年運行費用節省1086萬元。采用雙活塞通風模式，與單活塞模式相比年運行費用節省683萬元。大、小系統冷源分開設置，提高了設備的使用壽命，節省投資及設備更新費用1500萬元。大、小系統冷源分開設置，減小了空調機房的占用面積，節省了土建投資1100萬元。采用大、小系統冷源分開設置及多種節能控制措施后，年運行費用可節省355萬元。

3.2 空調系統噪聲分析及優化設計

3.2.1 概述

冷卻塔在循環水系統中的功能是將循環水系統工程帶出的熱水予以冷卻，以供重復循環使用。目前，已廣泛于樓宇、賓館、商場、地鐵工程空調系統中。

在空調工程中，應用最為廣泛的是玻璃鋼冷卻塔，依靠機械通風冷卻循環熱水。用水泵將循環熱水送至水分布器噴出，水沿著填料下淋至水池。由風機將冷空氣引入與下淋熱水接觸，進行熱交換，將水冷卻。

3.2.2 冷卻塔的噪聲分析

據調查，冷卻塔通常布置在樓宇的裙房上，又受市政規劃的限制，很多機組布置在稠密的居民區或離民宅近在咫尺的地盤之中，成為一個攏民的噪聲污染源，近年來，民民投訴事件已屢見不鮮。

冷卻塔噪聲聲功率級Lw的估算

根據I·Dyer 等人研究提出了Lw的近似計算公式。

Lw=105+101gHP dB

式中：HP為風機馬力（kW）。

對于玻璃鋼冷卻塔的噪聲測量，最低限度是在塔頂四個側向和頂部45方向距風機出風口1.5m處，測定其聲壓級再求出聲功率級。若根據《玻璃纖維增強塑料冷卻塔》（GB7190-88）規定。在測點取塔徑一倍距離（Dm）處測得其聲壓級。

（2）冷水塔噪聲源分析：內容述及噪聲發生機理。包括風機噪聲、機械噪聲、電動機噪聲、淋水噪聲、水泵噪聲等等。經噪聲源分析及現場噪聲測定，可以判斷塔頂風機噪聲是冷水塔最主要的噪聲源。且其噪聲頻響的低、中頻成份尤為突出，其次為淋水聲。故隆噪治理應首先測重于控制上述兩大聲源的噪聲。

（3）冷卻塔噪聲控制的優化措施

①控制聲源噪聲。可通過用大葉輪、闊葉孤形葉片、風機端平的平整度及動平衡低轉速電動機，低噪聲軸承等等措施，能有效地降低風機噪聲。

②在風機頂端安裝消聲導流筒、ZP型阻性消聲器、導流消聲彎頭等措施降低風機噪聲，且能改變噴淋水、噴霧方向，即背離人群經過的場合。

③采用DZ型通風消聲百葉屏，將塔體四側或三側向遮擋起來，以確保有足夠的新風進入塔體內部，又能有效地降低淋水噪聲以及從塔體側壁傳至外部的淋水噪聲。

④在通風消聲百葉屏頂端朝塔身方向伸展吸隔聲防雨障板，能有效地控制塔體與消聲百葉之間空間轉至外界的噪聲。

結語

地鐵車站空調系統是確保車站環境質量的重要設備，直接影響到乘客的舒適度體驗。然而，當前很多地鐵車站空調系統都有能源消耗大、節能效果差、噪聲污染等問題，這些問題既增加了地鐵運營成本，也不利于地鐵行業的發展。因此，文章結合某一工程實例對車站空調系統進行了優化設計的相關分析，有效的解決了以上問題，為地鐵工程建設改造提供了理論和實踐的參考。

參考文獻

[1]楊長艷.地鐵車站通風空調系統優化設計探討[J].中國高新技術企業，2015 （07）.

中圖分類號：U231

文獻標識碼：A