地鐵通風空調系統現狀及改進可行性研究

文 _ 朱俊亮 中鐵第六勘察設計院集團有限公司

地鐵建設需要很多資金注入，為使地鐵縮短投資回收期，降低成本和運營費用至關重要。據統計，地鐵通風空調系統的能耗約占運行總能耗的50%。因此，通風空調系統的優化是重中之重。本文通過對國內地鐵通風空調系統設計現狀和存在問題深度剖析，針對實際工程提出地鐵通風空調系統的節能方法，如回收利用余熱、優化控制措施、大溫差送風、充分利用自然能源、簡化系統等，以期達到節約能源、降低成本和運行費用的目的。

1 國內設計現狀

地鐵通風系統分為隧道和車站兩部分。隧道通風系統分為區間隧道和車站隧道兩部分，主要考慮其平時活塞通風、事故通風以及火災時的排煙和補風；車站部分則考慮到其各類功能區的布設，需設置通風、空調、防排煙系統。

1.1 隧道通風兼排煙系統（圖1）

1.1.1 區間隧道通風系統

地鐵一般在車站兩端設置雙活塞風井，條件受限時設置單活塞風井。為滿足系統要求，對應于每條活塞風道設置可逆轉運行的隧道風機和相應風閥。根據要求隧道風機的布置既可滿足獨立運行，又可相互備用或同時向同一側隧道送風或排風。活塞風道、隧道風機上設有組合式風閥，通過風閥的轉換滿足正常、阻塞、火災工況的轉換。

1.1.2 車站隧道通風系統（排熱系統）

車站隧道內設置排風（兼排煙）系統，車站兩端分別設置排熱風機。軌頂、軌底排風道采用土建風道，通過排熱風室左右線軌頂的排風道匯合，通過風閥的開度調節左右線排風道風量各為50%。

1.2 公共區通風空調兼排煙系統（圖2）

車站公共區包括站廳和站臺，設置雙風機全空氣一次回風系統，通風空調機房設于車站兩端設備管理用房區內，每個機房設置1臺組合式空調器、1臺空調新風機、1臺回排風機、1臺排煙專用風機和相應的風閥，負擔整個車站公共區的空調送風、回排風及排煙。

圖1 隧道通風系統原理圖

圖2 車站公共區通風空調系統原理圖

1.3 設備管理用房通風空調兼排煙系統

車站的設備管理用房根據布置分為設備集中端和非集中端，設備集中端一般設置3套全空氣一次回風系統；設備非集中端設置1套全空氣一次回風系統。需要排煙的房間，排煙管盡量與排風管合用，排煙風機與排風機獨立設置。

1.4 空調制冷循環水系統

地鐵車站空調冷負荷一般在800～1600kW之間，基本都是選擇2臺螺桿制冷劑配橫流式冷卻塔的冷源形式。冷凍水供回水溫度分別為7～12℃，冷卻水供回水溫度分別為32～37℃。

車站空調水系統（圖3）采用一次泵變流量系統，管道采用異程式布置，車站兩端公共區共用供回水管道，車站兩端設備區共用供回水管道，各供回水環路分別從分、集水器上接出。

2 存在問題

2.1 隧道通風兼排煙系統

隧道通風系統是區間隧道活塞風不能運行、事故以及火災時啟動，完成其通風和防災的目的。目前隧道通風系統的設計都是按照經驗去選取設備，然后利用地鐵熱環境模擬軟件SES或STESS驗證。設計過程中往往擴大富裕量，增加設備投資和運行費用，且會造成土建規模增大。

隧道通風系統設置排熱風機，一是解決列車進站后空調冷凝熱的排放；二是將列車剎車產生的熱能帶走。但根據研究，排熱系統的設置未達到其預期效果。目前地鐵多選擇雙活塞風井，造成很多規劃的不協調和用地的浪費。在地鐵車站設置單活塞風井，完全可以滿足其通風和排煙要求，尤其是北方地區。

2.2 公共區通風空調兼排煙系統

地鐵公共區體量大，其冷負荷的計算大都基于經驗值，選取的設備型號往往超過功能需要，不僅要求機房面積特別大，而且增加土建規模。公共區大、小里程端分別獨立設置2臺空調機組、回排風機和排煙風機，設備設置冗雜多余，造成土建、設備投資和運營的浪費。

設備應按照近遠期分期設置，設計院為避免麻煩，一次設計到位，按照遠期的冷負荷選用設備。不但近期造成能源的浪費，而且到了遠期設備也都達到了使用壽命，造成了設備初投資的浪費。

地鐵全部設置屏蔽門，不考慮地域差異。造成大量投入設備的浪費，而且限制了活塞風天然的通風模式利用，使自然冷源的效果得不到發揮。

2.3 設備管理用房通風空調兼排煙系統

目前，對于所有的設備管理用房都設置全空氣一次回風空調系統，極不合理。設備管理用房的發熱量都是按照超出實際散熱量提資，造成暖通專業的計算負荷和設備選型都很大。根據國內各民用建筑設計院多年的實際經驗，絕大部分的設備房間無需設置空調，設置通風系統足夠滿足房間功能需求，因為全國大部分地方全年的通風溫度都是很低的。

設備管理用房在設置全空氣一次回風空調系統的情況下，同時設置備用變頻多聯機系統，且設置的房間特別多，造成設備投資增加和后期管線綜合施工難度增大。設備房間還存在引入新風的情況，也是能源的浪費。

圖3 車站水系統原理圖

2.4 空調制冷循環水系統

基于公共區和設備管理用房區空調負荷的計算值過大，導致機組選型也是超過實際用量，且未按照近遠期的設計原則進行設置。

水系統的節能主要體現在控制上，目今地鐵的控制系統形同虛設，只是簡單提出一次泵變流量控制，實際的綜合監控和運行根本達不到節能的目的，各設備承包商也是按照最簡單、最便宜的控制系統安裝，對于節能起不到任何作用。

3 優化建議

3.1 隧道通風兼排煙系統

根據多年的研究經驗和成果，建議取消排熱系統，取消軌頂、軌底排風道，直接降低土建造價和設備投資，由隧道風機兼做排煙、排熱功效。

提高風道風速、降低風道截面積，降低土建造價和出地面風井對周圍建筑和景觀的影響。

盡量采用設置單活塞風井，降低地鐵建設用地的協調難度和投資成本。

3.2 公共區通風空調兼排煙系統

對公共區負荷計算應結合地鐵特點進行優化，嚴禁按照經驗值計算。建議結合監測CO2濃度控制新風電動閥開度，盡量減少新風引入，降低新風負荷。

結合建筑特點，地鐵作為與外界直接連通的大空間，可考慮取消回排風機，無論是最小新風還是全新風運行，地鐵車站會設置2～4個出入口直接與室外相通，出入口的截面積風速足以滿足舒適要求，所以完全可以優化為單風機形式。另外，常規系統設計未從實際運行效果考慮，空調小新風機的設置基本起不到作用，且增加了控制復雜程度，建議取消。系統簡化為一方面可以節省土建投資，也可以降低能耗和控制的復雜性。

基于空調系統的高能耗和規范要求，空調機組必須按照近遠期分期設置。以節省設備投資和運行費用。

屏蔽門應盡可能采用可開閉式，可通風屏蔽門制式集成了屏蔽門系統和開閉式系統的優點，基本適合各種溫度區，具有明顯的優勢和可行性，應大力推廣。

3.3 設備管理用房通風空調兼排煙系統

設備管理用房僅有人房間考慮設置新風空調系統，其余設備房間應該盡量使用通風系統。配備變頻多聯機空調系統，每個房間盡量設置偶數臺室內機，且分系統設置，保證其相應的備用功能。通風加變頻多聯機系統合理設計完全可以滿足設備管理用房區的溫度、濕度要求。

3.4 空調制冷循環水系統

對于空調冷熱源系統，建議對風系統和水系統進行聯合控制。根據客流負荷調節循環風量和新風量，根據環境溫度負荷調節水量，以便達到降低能耗，實現節能調節控制的目標。如果相對變化量水系統能耗降低的多，則原則上優先調降水系統；負荷增加時則優先調增風量。

4 結論

地鐵的通風空調系統節能空間巨大，通過對每個子系統的剖析，得出結論以下。

①目前地鐵通風空調系統的設置普遍富裕系數過大，且系統的設置形式也是不計成本。作為舒適性空調，人流短暫停留區域，通風空調的設計標準應該適當放寬，以期降低車站規模、設備投資和后期的運營費用。

②地鐵作為人流的大量集散地，事故或者火災發生時，容易造成較大的人員傷亡，因此地鐵的通風和防排煙設施應該嚴格按照規范標準執行。

③地鐵通風空調的設計局限于業內，阻礙其系統的改進和優化，應該加強與工業建筑和民用建筑等其他行業的設計交流。作為能耗大戶，應該積極地進行革新和優化。

[1]董志周, 吳喜平. 地鐵車站熱環境分析[J]. 上海節能, 2003(5):36-40.

[2]董書蕓. 寒冷地區地鐵通風空調系統節能研究[J]. 廣州大學學報(自然科學版), 2010(2): 57-61.

[3]陸建東. 地鐵通風空調系統節能的實現研究與思考[J]. 科技創新與應用, 2017(18): 155-156.

[4]姜金言, 王海霞. 地鐵通風空調系統節能分析[J]. 施工技術,2016(8): 111-115.

[5]趙杰. 地鐵通風空調系統能耗分析與研究[D]. 武漢理工大學,2014.

[6]朱培根, 陳雷等. 南京地鐵南延線通風空調運行方案優化[J]. 暖通空調, 2015(1): 100-104.

[7]朱建章, 孫兆軍. 地鐵通風空調新觀點[J]. 暖通空調, 2015(7):1-5.

[8]楊智華. 屏蔽門系統單活塞風道方案研究[D]. 天津大學, 2010.

[9]毛宇豐. 地鐵自動化系統BAS和ISCS對環控系統的控制策略[R]. 2017.