地鐵設備管理用房全空氣通風空調系統方案優化研究

王暉

(中鐵十一局集團電務工程有限公司,湖北武漢 430073)

地鐵設備管理用房全空氣通風空調系統方案優化研究

王暉

(中鐵十一局集團電務工程有限公司,湖北武漢 430073)

地鐵已經成為了我國城市大運量公交系統的首要選擇,在解決城市交通問題方面有著十分明顯的優勢。相對于其他交通工具而言,其具有節省土地、減少噪音、節約能源、減少干擾、減少污染等顯著優點,但是在節能減排、運行效率方面仍有進一步提升的空間和需要。本文主要圍繞地鐵設備管理用房全空氣通風空調系統的方案優化為中心展開,首先對整個地鐵空調系統以及地鐵設備管理用房空調通風要求進行了闡述,然后對地鐵設備管理用房全空氣通風空調系統進行了全面的剖析,最終提出一個優化的解決方案,旨在為實際的建設工作提供科學、可行的理論參考。

地鐵設備管理 全空氣通風空調系統 方案優化

由于地鐵屬于一個相對封閉的空間，加上人流量大，想要與外界進行空氣交換就只能通過車站的出入口和有限的隧道風井。因此，必須對整個的地鐵通風空調系統進行設計與優化，從而保證為地鐵站內的人員提供一個適宜的溫度、濕度以及空氣流速等。再者，我國的地鐵建設處于快速發展時期，前期建設成本高，投入時間長。投入運營后，整個地鐵的能源消耗也是巨大的，特別是通風空調系統的耗電量相對較大，而車站設備管理用房又是整個地鐵運營的核心部位，因此對通風空調系統的方案進行優化設計，就顯得十分重要。

1 地鐵通風空調系統

圖1 全空氣通風系統原理示意圖

表1 工藝性空調的送風溫差

地鐵通風空調系統主要包含了隧道通風系統和車站通風空調系統。其中，車站通風空調系統又可以劃分為空調水系統、車站公共區通風空調系統(大系統)和設備管理用房空調系統(小系統)。隧道通風系統可以分為區間隧道通風系統和站內隧道通風系統，該系統能夠實現列車在正常、阻塞和火災等突發情況下的各種控制要求。針對地鐵設備管理用房通風空調系統，在正常運行的情況下，其能夠為車站的工作人員提供一個較為舒適的工作環境，同時也能夠為地鐵站內的各種設備運行提供一個良好的運行環境。而一旦發生了火災，該系統中包含的防排煙系統能夠及時的將煙氣排出，或者是進行防火防煙隔離，有效保證人員與設備的安全。針對小系統的負荷情況，其主要包含人體散熱、散濕的負荷，照明、設備發熱負荷，以及圍護結構的散熱與散濕負荷。其中，人體散熱散濕負荷是由工作人員的相關工作活動造成的[1]；照明、設備發熱負荷是由各種照明設備、變電房、地鐵動力用房、通信機房等設備的發熱造成的；圍護結構的散熱與散濕負荷是在小系統中的變電房、通風房間與空調房間之間的溫差穩定傳熱。

2 地鐵設備管理用房空調通風要求

不同的地鐵設備管理用房，其所需的空調通風要求也不盡相同[2]。地鐵的設備管理用房，一般分為管理用房和設備用房兩種。其中，管理用房包括車控室、警務室、站長室、票務室、會議室、更衣室等，設備用房包括牽引變電所、環控電控室、通信設備室、信號設備室、綜合監控設備室、屏蔽門控制室等。一般而言，小系統的設備管理用房當中，其設備負荷的比例要遠遠高出其他房間的負荷。

(1)針對通信設備室、信號設備室、綜合監控設備室、屏蔽門控制室等，其對環境溫度的要求較高，溫度需要嚴格控制在24℃至27℃之間，空氣濕度保持在40%至70%之間。由于該類房間的設備整體發熱量大，運行環境要求高，所以必須24小時換氣運行，防止出現設備過熱導致的火災或設備故障。(2)車控室、站長室、會議室、值班室、更衣室等地鐵工作人員休息辦公的房間，該類用房發熱量較小，只需滿足工作人員的基本溫度要求即可。夏季保持25℃至27℃，空氣相對濕度保持在40%至60%之間；冬季維持在18℃左右，實行6小時一次的換氣頻率。考慮到個別用房的特殊要求針對性的實行24小時運行即可。(3)整流變壓器室、開關柜室、照明配電室等類型房間，其環境要求不高，維持在0℃至36℃之間，空氣相對濕度不高于90%即可。該類房間雖然環境溫度要求不高，但是發熱量較大，也需要進行24小時換氣運行。(4)茶水間、清掃間、備用間等房間其發熱量小，對環境溫度的要求也較低，只需要針對實際情況進行通風、換氣即可。

3 地鐵設備管理用房全空氣通風空調系統概述

整個小系統由冷凍水泵、水管、風管、水處理器、組合空調箱、風冷冷水機組等組成。當火災情況時，小系統同時也充當排煙系統，因此就有正常工況和排煙工況兩種模式[3]。其中，正常工況下空調運行模式分為最小新風模式、全新新風模式、通風模式和新風預熱模式。地鐵設備管理用房全空氣通風空調系統其突出的優點就是能夠實現全新風的空調工況以及通風工況，在最小新風模式下，其既能夠保證空氣清新又能夠減少能耗，在全新新風模式與通風模式下能夠保證室內空氣品質，而采用新風預熱模式其能夠對新風進行加熱。但是這種空調系統也存在一定的缺點，主要表現為：整個系統安裝與運營和維護存在一定的復雜性，其中的風冷機組需要設置在地

面，而整個風道比較復雜，管道的設計長、斷面大需要占用大量的低下建筑面積，導致地鐵建設的費用相應增加；當部分設備管理用房不需要空調運作時，整個空調系統仍然在運轉，導致耗電量增加等，因此對全空氣通風空調系統進行優化設計就顯得十分必要。

4 地鐵設備管理用房全空氣通風空調系統的具體優化方案

4.1 地鐵環境模擬計算軟件

之所以采用地鐵環境模擬計算軟件，主要是由于地鐵環境的復雜性，使得采用全空氣通風空調系統在地鐵設計中占有十分重要的地位。傳統的計算方式難以準確描述地鐵環境，因此利用模擬計算軟件提高設計效率，有一定積極作用[4]。通過地鐵環境模擬計算軟件能夠在全空氣通風空調系統的方案選擇、確定全空氣空調系統的設備容量以及優化全空氣通風空調系統的設計方面有著十分重要的幫助。其中比較典型的是SES(Subway Environment Simulation)地鐵環境模擬計算軟件，該軟件能夠選擇不同的環控方案分別進行模擬計算，最后將計算的結果進行比較分析，選擇出最合適的方案。另外，還能夠模擬火災等意外情況，從而選擇出最佳的控制煙氣流動的方案，給工作人員與乘客提供一個安全有效的疏散、逃生路徑，同時還能夠保證防火工作的順利進行。針對SES地鐵環境模擬計算軟件的另一個功能既通風系統性能評價的分析工具，能夠為地鐵設備管理用房全空氣通風空調系統的優化帶來一定的幫助。

4.2 變風量空調系統

目前我國地鐵設備管理用房中主要采用的是全空氣一次回風定風空調系統，具體原理見圖1。

這種空調方式存在著以下幾種問題；第一，在地鐵停運的幾個小時之內，有部分設備用房的設備仍然處于待機狀態，設備發熱量減少，但是通風空調系統并沒有因為發熱量的減少而做出相應的調整，導致利用率下降。第二，該系統不能夠進行單獨調節，部分設備用房或者管理用房不需要最低溫度，這樣一來造成大部分房間溫度過低，浪費能源。針對這種情況采用變風量空調系統能夠大大改善上述兩種情況。該系統既適合辦公、商用建筑，在民用建筑中的使用也十分廣泛[5]。該系統主要的組成部分由空調器、風機、自動控制系統以及變風量末端裝置等組成，當設備管理用房中的負荷發生變化時，變風量的末端裝置會根據房內溫度對送風量進行調節，將房內溫度調節在最適合的溫度。從經濟性的角度分析，在地鐵設備管理用房全空氣通風系統中加入變風量空調系統其工作原理具體表示為：當空調送風經過變風量末端時，通過房間內的溫度控制器，控制末端進風口多葉調節風閥的開閉，在不改變送風溫度的基礎上改變送風量，這樣一來就能夠減少風機以及制冷機的負荷，同時也能到保證房間內的適宜溫度。整個系統的聯合能夠實現每個房間溫度的單獨控制，并且空氣的質量良好[6]。根據這些特點能夠較好的適應地鐵設備管理用房的空調需求。

4.3 針對工藝性空調的送風溫差優化設計

從表1可以看出，想要從經濟性的角度解決送風溫差的優化設計問題，就需要對夏季送風溫差進行有效調節。當送風溫差加大一倍，整個空調系統的送風量就能夠減少一半，而其中關于材料的消耗也能夠節省出一筆比較可觀的費用。

針對設備用房的送風溫差進行對比分析可以發現，該類房間對溫差的要求并不高，因此不必按照送風溫差所要求的8℃至10℃的范圍內。只需要將其送風溫差規定在15℃之內就可以達到溫度要求，這樣一來就能夠有效減少其中的耗電量。設備用房之所以不需要高精度的送風溫差，主要是因為該類房間內人員不會長期停留，沒有太多熱量的消耗。而其散濕量主要是來源于端墻、頂板以及外圍護結構，因此只需要計算該結構的散濕量就能夠確定該類房間所需的送風溫差及相對濕度，達到其規范標準。

優化設計后我們可以得出，采用這種系統分設的方式，一方面能夠將整個空調系統的風管尺寸縮小，節約空間占用面積；另一方面由于優化了送風量的數據，整個空調系統的耗電量也隨之降低，節省了一筆不小的費用。再者，該類設備用房屬于氣體消防滅火房間，不需要增設排煙系統，這樣一來能夠降低整個防排煙工作的難度，整體提高工作效率。

4.4 VRV管加上新風空調系統

該系統具備風機盤管系統所有的優點，且VRV系統更加簡單，占用空間更小，在運行的過程中表現出更加出色的性能。VRV系統采用獨立的冷熱源，能夠對負荷的變化采用變頻控制，保證在負荷變化之內壓縮機都能夠保持較好的效率運轉。另外，VRV系統還可以通過新風換氣機提供新風，將室內的排風與新風通過全熱交換器回收排風的部分能量，回收效率能夠達到60%至70%之間。VRV系統還擁有獨立并且完善的控制系統，對于地鐵而言，VRV系統可以設置在室外地面，不需要占用機房的空間，其中采用的冷媒管和少量凝結水管，其冷媒管柔性好，能夠在施工的過程降低布置的難度，提高施工效率，這對于節省地鐵的造價具有十分重要的意義。

5 結語

總之，對地鐵設備管理用房全空氣通風空調系統進行優化具有一定經濟效益和實踐效益。這是進行優化設計基本考慮的問題。雖然全空氣通風空調系統有一定的優勢，但是針對其在占用地下空間、系統控制復雜方面還有一定的優化與改良的空間，因此借助以往的經驗加上先進的技術有效提升全空氣空調系統的性能具有一定意義，同樣對提高全空氣系統的運行效率也有一定幫助。

[1]龔偉,宋潔.上海軌道交通車站設備用房通風空調系統問題的調查研究[J].城市軌道交通研究,2013(1):102.

[2]王翠艷,張耕寧,曹學峰等.城市軌道交通車輛空調系統噪聲試驗研究[J].城市軌道交通研究,2010(7):222.

[3]陳佳,劉葉弟,臧建彬.上海地鐵一號線乘客散熱負荷的節能潛力分析[J].制冷空調與電力機械,2010(2):196-197.

[4]徐光燁.廣州市地鐵地下車站通風空調工程的特點及其施工中應注意的問題[J].建材與裝飾(中旬刊),2013(10):149.

[5]王季樓,閆征.有回風全空氣空調系統全新風運行送風的可行性研究[J].北京建筑工程學院學報,2012(2):239-240.

[6]翁廟成,余龍星,劉方.地鐵區間隧道的煙氣逆流長度與臨界風速[J].華南理工大學學報(自然科學版),2014(6):157.

[7]林放,陳壽根,張恒,周澤林.基于SES的地鐵環控通風節能技術[J].解放軍理工大學學報(自然科學版),2014(5):189-190.