嚴寒地區地鐵區間和車站冬季新風研究

陳克松

（大連軌道交通設計院，遼寧 大連 116021）

嚴寒地區地鐵包括沈陽、長春、哈爾濱、呼和浩特以及烏魯木齊地鐵，均設置了開式通風系統，冬季均執行閉式運行，且設置了機械送新風系統，其目的是解決冬季閉式運行階段人員新風量不足問題。目前對新風量的設置缺少統一定義和算法，實際工程設計中，設計人員很難對其精準把握。基于此，文章主要研究地下車站冬季新風相關問題。

1 人員新風量

1.1 規范規定

《地鐵設計規范》（GB 50157-2013）和《城市軌道交通通風空氣調節與供暖設計標準》（GB/T 51357-2019）對區間隧道和車站公共區空氣質量規定為運營期間的CO2日均濃度小于1500mg/L，每個乘客每小時需供應的新鮮空氣量不應少于12.6m3。

1.2 車站及區間隧道新風途徑

地鐵地下車站和區間隧道聯通，形成一個縱向狹長的地下空間，如圖1所示。圖1中的紅色箭頭表示列車運行活塞風引起的新風進入車站和區間隧道的流動方向。

1.3 新風量概念

規范上從人均體積量和CO2日均濃度兩個方面規定新風量，這兩者關系規范上并沒有說明，不過卻給了研究新風的思路。

人均體積量比較直觀，但是定量研究很困難，這是因為站外新風經過圖1中的A、B、C、D途徑到達區間隧道的過程中，不斷地與車站和區間隧道內既有空氣進行混合，很難確定沿途不同位置的新風體積占比。國內一些研究機構采用模擬和復雜的測試來探索新風的混合比例問題，但結論并沒有推廣。

圖1 嚴寒地區冬季閉式運行時段地下車站和區間新風途徑示意圖

CO2日均濃度概念可以理解成只要CO2日均濃度不超標，即可視為“新風”，這樣可通過站廳、站臺、區間隧道各處CO2日均濃度測量和客流數據推算其是否是“新風”。

2 客流

地鐵地下線工程中，新風量是為人員服務的，討論新風量之前必須認識各區域人員分布規律（客流）。客流可以分配到站廳、站臺和區間三個區域，又分初、近、遠期全日客流和高峰小時客流，圖1標注的客流是遠期高峰小時客流，為工程最大客流量，實際測量的客流均小于圖中數值。

3 CO2濃度測量

冬季閉式運行時段某站及其同側兩端區間隧道CO2全天數據如圖2所示。

4 測量結果分析

由圖2可得出以下信息：

（1）各區域CO2濃度接近、區間隧道縱向濃度差別很小，說明列車活塞風與閉式運行時的地下空間空氣“混合”劇烈，區間隧道縱向濃度差別很小。

（2）區間隧道CO2濃度小于站廳、站臺，說明活塞風道漏風量比較大，但溫度并不低（有實測數據），可見冬季活塞風道適當的漏風量有利于降低CO2濃度，對提高地下空間空氣新鮮度有益。

（3）站廳、站臺、區間隧道各區域CO2濃度曲線形狀相似，且極值點位置近似、各區域濃度基本同步，運營時段濃度逐漸累積上升，至晚高峰結束后漸漸下降，各區域CO2濃度是累計效應，與高峰小時客流量關系不大，而與日客流量有關。曲線上升段說明出入口新風量和活塞風道漏風量之和小于客流新風需求量，曲線下降段則相反，說明在一定封閉條件下，維持濃度不變只和某一個客流量有關。

圖2 某城市運營初期冬季閉式運行CO2濃度

（4）如果閉式運行條件不變，遠期出入口活塞新風量變化不大，則24h內的CO2濃度曲線應該和圖1是相似的，圖中數據測試時處于運營近期，客流量約只有遠期客流的1/6，圖中CO2日均濃度約630mg/L（相對增加值約200mg/L），如果視出入口活塞新風量不變，則可推算遠期CO2日均濃度約1630mg/L（相對增加值約1200mg/L），已經超出規范值。

（5）圖2測量站是整條線路客流量較大的站，即使是遠期CO2濃度也僅剛剛超標，相比其他客流量較小的站，遠期CO2基本不會超標。

（6）圖中的數值站與站之間是不同的，說明圖形與客流和車站封閉程度有關。

5 結論

東北地區冬季寒冷，不宜獲取大量的站外“新風”，以避免站廳過冷，結合上述分析，可得出以下結論：

（1）上述分析只是基于一個車站及其兩端區間的CO2測試結果進行的分析，由于各城市氣象條件不同、各站封閉程度不同，其只是提供了一個分析思路，具體數值上還需要多站測量，才能得出更加精確的分析結果。

（2）如果車站密閉程度很高，遠期客流量小的車站和區間隧道CO2也可能會超標，所以在實際工程中，機械送新風系統還是需要設置的，尤其針對超長區間（長區間相當于客流量增大）。

（3）在運營上，新風系統應與區間CO2濃度數值連鎖啟停，不應盲目開啟，避免浪費和給區間隧道帶來低溫風險。

（4）在新風設置上，應通過計算，扣除活塞自然新風量，以減小系統送風量，不應根據遠期客流計算理論新風量，以節約投資和運營費用，同時對區間保溫也有益處。

（5）根據實測數據分布趨勢，在出入口密閉型很好的條件下，站廳、站臺、區間隧道CO2基準濃度比較接近，而站廳的CO2基準濃度更容易受出入口密封程度影響，一般可只在區間隧道設置機械新風，站廳、站臺區域不設置機械新風系統而通過活塞風劇烈混合共享區間新風。