關于車站中部設置環控機房的地鐵環控系統設計探討

王 龍，王培海

（成都市建筑設計研究院有限公司，四川成都 610015）

1 引言

地鐵由于其運量大、速度快、時效性高、低碳節能等優點，在各大城市中得到越來越多的應用。自1965年我國第一條地鐵建造以來，行業內已積累豐富的建造運營經驗。環控系統作為地鐵重要組成部分，經過長期的經驗積累和實踐，已形成成熟的地鐵環控系統設計形式，能夠很好的適應土建布置并實現預期功能。傳統地鐵環控系統一般以車站中心里程為界，左右兩端土建空間分別設置獨立通風空調系統負責對應區域空氣處理，車站兩端分別設置環控機房容納各自環控設備，此種設置方式能與建筑布局高度契合、且各系統分工明確，但其缺點是大系統、水系統運輸能耗高，大系統管路占用設備區空間過大等。針對傳統環控系統布置形式的不足，本文提出在車站中部設置環控機房的全新系統布置形式，同時將該系統布局形式在成都地鐵某車站項目中進行實踐應用。

2 土建布局

常規車站布局是公共區置于車站中部，車站兩端分別設置設備管理用房、環控機房、新風井、排風井、活塞風井，共設風井8個，其中主要設備管理用房集中布置于一端（設備區大端）。中部設置機房與傳統兩端分設機房的建筑布局有較大差異。如圖1所示，中部設置環控機房布局形式增加外掛區，將環控機房和部分設備管理用房設置在外掛區，車站整體長度減短，設備管理用房仍盡量往一端集中分布，僅在車站中部站廳層、站臺層分設環控機房，緊鄰機房設置新、排風道，站廳站臺共用新、排風井，活塞風井仍兩端分別設置，車站共設6個風井。中部設置環控機房的布局形式相較于常規車站布局減少1個新風井和1個排風井，這樣需伸出地面的風亭建筑總數量和面積都相應減少，有利于減少征地及地面景觀配合等。

3 各系統布局設置

3.1 隧道通風系統

隧道通風系統由區間隧道通風系統和軌行區排熱系統組成。中部設置環控機房車站區間隧道通風系統和傳統車站布置稍有差異，為縮減車站規模，將外掛側隧道對應隧道風機及風閥設置在站臺層外掛部分，另一側隧道對應隧道風機及風閥設置在站廳層。

傳統軌行區排熱通風系統圖如圖2所示，中部設置環控機房的軌行區排熱通風系統圖如圖3所示，2種布局設置差異較大。中部設置環控機房布局中站臺層排風道做雙層，上層為排風道，下層為排熱風道，排熱風機及風閥布置在排熱風道內。和傳統布局一樣，每臺排熱風機負責所在端左、右線兩條隧道的一半軌行區排熱或排煙。傳統布局中排熱風機分設在車站兩端的排熱機房內，無法實現備用功能。設備區大端排熱風道需跨越設備區，與環控機房設置于車站中部的模式相比，機房風道長度多出大約40 m，有配線段則排熱風道長度將更長。將排熱風機設在中部，2臺風機比鄰設置，可實現互為備用，提升設備利用率和系統穩定性，同時由于閥門、風機、消聲器等設備布置集中可增加運營維護便利度。且排熱風道不需要跨越設備區、配線段，最不利環路僅需縱向跨越站臺公共區，相比傳統模式管路長度減少，環路阻力減小，排熱風機選型功率降低。

3.2 大系統

傳統大系統示意圖如圖4所示，在車站兩端各設一套空氣處理設備分別負責公共區兩端的空氣處理，該系統布局形式最大的弊端在于氣流輸送能耗大且管線對設備區層高影響較大，此外，設備區大端大系統管路需要橫穿整個設備區，造成送回風、排煙等工況時空跑嚴重。由于地下空間建造成本高，地鐵建設時都會考慮控制規模，所以一般設備區空間有限，但設備區又是各專業管線最集中的地方，縱橫穿插、層層疊疊，并需要預留檢修維護空間，在這樣的情況下大尺寸的大系統風管從中間通過，會給各專業管線的綜合布置帶來極大困難。為解決以上2個問題，部分有條件的車站將大系統集中設于設備小端，采用單端送排風的系統形式，如圖5所示，但該布局模式也非完美，根據GB 51251-2017《建筑防煙排煙系統技術標準》規定防煙分區內任一點與最近的排煙口之間的水平距離不應小于30 m，結合地鐵車站具體情況及控制模式，大系統單端布置時仍需在車站兩端設排煙系統，依然存在1條大尺寸的排煙管穿越設備區大端，且單端送風會使單根風管攜帶的風口數量加倍，會增大風量平衡的調節難度。采用中部設置環控機房，其大系統示意圖如圖6所示，站廳、站臺層各設1 套大系統空氣處理設備和排煙風機，各自獨立負責站廳站臺層的空氣處理和排煙。風管不需要經過設備區，直接從車站中部進入公共區，風管總長度減小，因單根風管所接風口數量和傳統布置一樣，風口風量平衡調節難度并未增加。

其次，根據GB 50157-2013《地鐵設計規范》、GB/T 51357-2019《城市軌道交通通風空氣調節與供暖設計標準》規定，當地下車站采用空調系統時，地下車站公共區夏季室內空氣計算溫度應符合：站廳中公共區的空氣計算溫度應低于空調室外空氣計算干球溫度2～3℃，且不應超過30℃；站臺公共區的空氣計算溫度應低于站廳的空氣計算溫度1～2℃。傳統布局模式大系統是站廳站臺公共區回風混合后經1套組合式空調箱處理后送出。實際控制時較難以站廳、站臺實際溫度與設計溫度比對后通過調節風機風量和電動二通閥開度來準確調節溫度，只能以混合后的回風溫度作為調節依據，而混合后的回風溫度并不能準確反映站廳站臺各自的實際溫度。如果站廳站臺溫度都是同向偏離設計值調節結果較準確，如果不是同向偏離設計值調節結果就會出現站廳溫度越靠近設計值站臺溫度就越偏離設計值，站臺溫度越靠近設計值站廳溫度就越偏離設計值的現象，造成實際室溫偏離設計值大、舒適性降低、能量浪費的問題。采用中部設置環控機房的布局模式則不同，站廳站臺空調系統互相獨立，自控邏輯簡單清晰，且排煙系統的獨立設計也增加排煙功能的可靠性。

3.3 小系統

小系統劃分原則和常規做法一致，按與空調負荷中心距離最近的原則將小系統設備分別放置站廳站臺層環控機房。常規設計中由于設備用房分別布置在車站兩端，為滿足各專業設備用房空氣環境要求需設置2套空調系統，設備大端1套，設備小端1套。當環控機房設置在車站中部時，可將2套系統合并為1套。風系統最不利環路阻力與常規設計相比相差不大，但是設備數量減少，控制模式相應也減少，方便運營維護，降低建造成本。

車站一般會在設備大端靠近公共區處設置車站衛生間，GB 50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》規定，衛生間單獨配備1套獨立排風系統，風量約7 000 m3/ h，常規設計中會把系統的風機設于設備大端環控機房，風管將橫穿整個大端設備區，和大系統風管一樣存在擠壓設備區安裝空間和輸送能耗高的問題，且末端排風效果不佳。或采取從就近出入口通過風管排出室外，這樣雖解決不侵占設備區空間的問題，但需單設機房及排風井，增加室外占地面積及土建成本，同時受地面因素和出入口長度的影響，管路長度依然可能很長。采用車站中部設置機房的方式能很好解決公共衛生間排風系統設置問題，機房設于車站中部，距離衛生間距離較近，系統管路長度較常規布局模式縮短約60 m，且管路不穿越主要設備區，空間壓力不大。

3.4 水系統

冷凍機房設置在站廳層，和環控機房共用，與冷負荷緊鄰布置。與傳統設置方式相比，原設備小端空調末端的冷凍水不需要再橫跨設備大端設備區和公共區，長出入口的冷凍水也不需要穿越大端設備區，減輕設備區空間壓力，降低整體運輸能耗。冷卻塔設置在離冷水機組更近一端的風亭附近地面，冷卻水系統輸送能耗和常規設計布局相當。

4 難點解決

4.1 設備管理用房布置

采用中間設置環控機房方案對應建筑布局一般是大外掛形式，整體房間布置和傳統車站有較大差異。設備管理用房布局以左線隧道和車站中心里程線為分界線劃為4個象限，中心里程左側為左端，右側為右端，左線隧道上部為外掛設備區，以下為車站主體區。站臺層外掛區與主體間被左線隧道隔開，管線無法跨越軌行區設置，所以主體站臺層部分設備管理用房環控系統管線必須引自站廳層。同時，由于環控機房設置在車站中部，所有管線都需從環控機房向外走線，布置管線的空間條件局促，為便于布管，宜與建筑專業協同配合，盡可能將同種類型的房間集中布置在1個象限或者2個接近的象限內。

4.2 大系統和軌頂排熱系統過軌

站臺層外掛區和主體間由于左線隧道的分隔，右線軌頂排熱風道和大系統送回風管穿越左線隧道難度大。右線軌頂排熱風道采用軌底過軌風道的方式穿越站臺公共區，再于右線主體壁面設置豎向風道接入軌頂排熱風道。大系統從站臺外掛區進入到站臺公共區有2種方式：一種方式是緊鄰排熱風過軌風道設置大系統過軌通道，大系統風管從站臺層環控機房引入過軌通道進入站臺層公共區中部位置，并在進入站臺層公共區的地方設置風室以容納豎向風管；另一種方式是在站臺層公共區設土建過軌風道，該風道緊貼站廳層中板設置，該方案的優點是整體管路壓損將減少，公共區安裝空間相對充裕，不用設置影響公共區裝修景觀的土建風室，外掛部分區和主體部分土建專業整體性更好，但因其標高與軌頂風道沖突，會將軌頂風道截斷，同時站臺層公共區層高需增加約1 050 mm。經比較分析，優先采用在站臺層公共區貼中板設土建過軌風道的方案。

5 系統應用限制與不足

環控系統的設置和建筑布置形式密不可分，車站中部設置環控機房的形式將帶來建筑布局和常規車站比較大的不同，首先需要部分設備用房外掛，車站和常規車站相比長度減少約100 m，寬度增加約14 m，站廳站臺凈高較常規車站更高。這樣就造成車站整體外輪廓和常規車站有較大出入。由于土建在地鐵建造總成本中占絕對大比重，采用本文論述環控系統設置形式需在不增加總成本并滿足土建各專業要求的前提下進行。需綜合分析土建成本、站位選擇、車站輪廓限制條件等的影響以決定是否適合采用此種形式。

6 結論

在車站中部設置環控機房和冷凍機房可使冷水機組和各空調末端間的距離減小，軌頂排熱通風系統、大系統、小系統設置形式可以得到優化，有效解決常規設置方式中大端設備區安裝空間緊張、輸送能耗大、大系統控制邏輯模糊等問題。由于車站總體層高的加高，整體安裝檢修條件、公共區裝修造型都較常規做法有更大的施展空間。出地面風亭建筑總數量和面積都有所減少，有利于減少征地及地面景觀配合等。在土建專業具備中部設置環控機房條件的前提下綜合分析成本、功能等，若功能均能滿足，成本相差不大，可以考慮采用此種方式。