地鐵車站環控大系統計算方法研究

高 巖

（天津市政工程設計研究總院有限公司，天津 300392）

地鐵環控系統是地鐵系統的重要組成部分，為保證地鐵內部人員的安全、舒適及設備的正常工作，必須設置良好的環控系統。合理的環控系統，在保證站內環境舒適的同時，還可以節約運行能耗，對地鐵運行的節能減排有重要的現實意義[1～2]。

目前，地鐵車站環控大系統計算主流的方法是利用SES、STESS或CFD等模擬軟件，通過搭建流體模型計算空調負荷；但是，由于地鐵系統結構和環境的復雜性及特殊性，使得構建的計算模型偏理想化，計算結果具有局限性，與實際運行狀況存在一定的偏差，只能用于參考，而不能用于設計計算[3～5]。本文通過工程實例，從環控大系統的負荷組成出發，詳細分析每一影響因素，從而歸納總結出一套比較全面、準確的環控大系統計算方法。

1 車站環控系統難點分析

區別于地面建筑，地鐵車站及區間隧道通常都位于地下，與外界大氣主要通過出入口、通風豎井連通，環境封閉、濕度大、發熱源多、空氣流動相對緩慢，空氣質量與地面及其他場所相差較大。

地鐵環控系統設置復雜、運行費用高、工藝控制繁瑣、與外部接口眾多，效果與當地氣候環境、列車運營組織模式、實時客流情況等密切相關。因此在對環控大系統的計算研究過程中，遇到了較多的困難和問題。

1）計算方法不成熟。在地鐵設計的相關規范、標準中缺少環控大系統的具體計算過程、方法和公式，沒有行業內標準的計算方法；因此對環控大系統的風量、冷量等設計計算，更多的需要設計人員進行自主學習鉆研，歸納總結。

2）設計經驗不足。主要體現在兩個方面：一是設計人員資歷淺，專業技術掌握不夠深、不夠廣；二是設計人員工程經歷少，近年來，地鐵建設粗放式發展，導致新加入地鐵設計行業的工作人員更多的是埋頭畫圖，缺少跟隨工程施工、驗收、回訪的過程。

3）專業間配合復雜。地鐵車站環控大系統受多種因素影響，牽涉到地質、行車、客流、建筑、結構、電力等十幾個專業，同時需要地鐵運營部門的經驗數據指導。

2 車站環控大系統計算分析

2.1 環控大系統的概念

地鐵車站公共區（站廳、站臺、出入口通道）的通風、空調及防排煙系統簡稱為環控大系統，主要由空調機組、新排風機、排煙風機、各種風閥、消聲器和通風管道等組成。其主要功能為：正常運行時為公共區站廳及站臺乘客提供舒適的乘候車環境；事故出現時可以迅速地組織排除煙氣，保護乘客和工作人員安全疏散。

2.2 環控大系統的影響因素

地鐵環控系統形式，包括開式系統、閉式系統和屏蔽門系統等。基礎資料，包括城市、地區的室內外空氣計算參數、近遠期的客流數據等。建筑、結構資料，包括屏蔽門導熱系數、結構壁面的熱力學參數等。設備系統資料，包括列車運行發熱量、電力設備發熱量、廣告照明發熱量等。

2.3 環控大系統的計算步驟

確定車站環控系統形式。搜集整理基礎資料，包括空氣計算參數及標準、遠期客流資料、電力設備發熱量、屏蔽門漏風量等。詳細計算公共區的熱濕負荷值。根據熱濕負荷，繪制焓濕圖，計算送風量和總的冷負荷。

3 案例分析

3.1 工程概況

天津地鐵6號線標準站沿站臺邊緣設置屏蔽門系統，將車站與區間分割開，車站兩端設置隧道通風系統。與開式系統相比，屏蔽門系統空調能耗小，運行成本低。

3.2 空氣計算參數及標準

夏季最熱月的平均溫度超過25℃且地鐵高峰時間內每小時的行車對數和每列車車輛數的乘積≮180時，應采用空調系統[6]。天津夏季最熱月平均溫度26.6℃，地鐵6號線車站遠期高峰時段的設計發車密度≮30對/h，每列車車輛數6節，其乘積≮180，所以采用了空調系統。

夏季空調室外計算干球溫度為32.4℃，計算濕球溫度為26.9℃；通風室外計算溫度夏季為26.4℃，冬季為-3.5℃[7]；計算干球溫度站廳為30℃，站臺為29℃；空調送風溫差為9~10℃；相對濕度為45%~65%。

3.3 客流資料

2040年（通車后第25 a）晚高峰預測客流量為3 065人/h。客流停站時間：進站上車時站廳2 min，站臺3 min；出站下車時站廳1.5 min，站臺1.5 min。停站瞬時人數：站廳為117人/h；站臺為150人/h。

課程內容不再以章節的形式出現，而是設計了四個大項目九個子項目作為載體承載本課程的教學內容，在完成教學目標的基礎上兼顧了項目的職業性、趣味性和覆蓋性等。[2]

3.4 熱濕負荷計算

3.4.1 熱濕負荷參數

1）人員發熱量。站廳：顯熱4.1 kW，全熱21.2 kW，潛熱17.1 kW。站臺：顯熱6.0 kW，全熱27.4 kW，潛熱21.4 kW。人員的濕負荷：站廳7 g/s；站臺9 g/s。

2）照明及設施發熱量。公共區：站廳81 kW，站臺58 kW。廣告牌：站廳30 kW，站臺50 kW。扶梯：站廳24.2 kW，站臺9.45 kW。垂直電梯：站廳3.5 kW，站臺10.5 kW。售票機：19 kW。進出閘機：9.5 kW。通信設備：站廳2.5 kW，站臺2.5 kW。屏蔽門電機：站臺46 kW。

3）滲透風得熱量150 kW；屏蔽門滲透負荷150 kW。

4）結構壁面濕負荷：站廳1.7 g/s；站臺0.9 g/s。

5）站廳-站臺溫差，站臺得熱量60 kW。

6）其他發熱量20 kW，其他濕負荷2 g/s。

1）車站公共區：總得熱量810.7 kW，總濕負荷21g/s，顯熱得熱量744.9 kW，熱濕比38 605。

2）車站站廳：總得熱量376.9 kW，總濕負荷10 g/s，顯熱得熱量344.5 kW，熱濕比37 690。

3）車站站臺：總得熱量433.8 kW，總濕負荷11g/s，顯熱得熱量402.1 kW，熱濕比39 436。

3.5 繪制焓濕圖

3.5.1 狀態點名稱

站廳點N1；站臺點N2；站廳、站臺混合狀態點N；室外狀態點W；新風和回風混合狀態點S；S’為等濕溫升0.5℃；空調送風點H；H’為等濕溫升1.5℃。

3.5.2 焓濕圖繪制

H點的溫度為20℃，相對濕度為86%，利用熱濕比線計算N1、N2(站廳按10℃溫差送風，站臺按9℃溫差送風）。通過N1、N2、H和站廳、站臺的總得熱量，求出站廳、站臺空調的送風量，新風量占總送風量10%。

式中：G為送風量，kg/s；Q為總余熱量，kW；hn為室內設計溫度的焓值，kJ/kg；ho為送風狀態點的焓值，kJ/kg。

通過N1、N2、G計算N。通過N、W和混合比10%，計算S。

式中：Qw為新風冷負荷，kW；Gw為新風量，kg/s；hw為室外空氣進入系統時的焓值，kJ/kg。

S混合后溫升0.5℃，到S’等濕過程；空調機組送風溫升1.5℃，H到H′等濕升溫；連接S’到H。見圖1。

圖1 環控大系統計算焓濕

3.5.3 計算結果

站廳層公共區空調送風量為59 758 m3/h，站臺層公共區空調送風量為63 025 m3/h，車站公共區總空調送風量為122 783 m3/h；空調新風量為12 278 m3/h，新風冷負荷為148.3 kW；公共區計算總冷負荷 為959 kW。

3.6 計算總結

將上述計算過程整理成Excel程序，標明輸入參數，編輯公式輸出計算結果，能夠適用于車站公共區空調系統的環控大系統計算，提高計算效率和準確性并且明確了各影響因素之間的關系，有利于進一步探索地鐵環控系統的節能措施。

4 結論與建議

4.1 結論

1）車站環控大系統計算過程中，要注重對不同城市、不同地區的基礎資料進行實地考察和調研。

2）車站環控大系統受多種因素影響，計算時需逐條、逐項地進行分析研究，以確定更加合理的數值。

3）地下車站空氣系統相對封閉、人員流動性大，需要進行現場實測，充分結合實測數據。

4）地鐵環控系統涉及專業眾多，控制運行復雜，需要設計人員對其他相關的專業知識有所了解。

4.2 建議

本文對車站環控大系統計算方法提出了改進，但仍有許多問題值得深入研究。目前行業內在環控大系統計算過程中應用的方法、原理基本一致，但具體處理過程和參數取值等方面各有其道，在進一步的研究中，有必要對多種形式的地鐵車站進行現場測試，結合實測數據找出車站環控大系統的每一項影響因素，從而形成行業內環控大系統的標準化計算方法。□■