对地铁环控系统的探索

左定强

摘要：随着经济的快速发展，地铁交通已慢慢被广大城市所青眯。由于地铁位于地下，与其它交通工具不同，为了吸引更多的乘客，必须营造出一个良好人工环境系统，来满足乘客对环境的要求。于是，致力于控制地铁环境这一工程的专业人员不断探索，经过不断发展，更加关注局部通风空调、变量调节控制及紧急情况下的通风，于是概念也得到更新，地铁环控就这样出现了。

关键词：地铁环控系统节能通风空调

1 地铁环控系统分类

地铁环控系统的通风形式可分为开式系统、闭式系统和屏蔽门系统。

1.1 隧道空气与周围空气的自由交换称之为开式系统，它应用于机械通风或列车的“活塞效应”将空气由隧道中间通风井引入隧道内，当列车快要到达车站时打开的排风减压井排出，车站通过站台底部排风系统排风。这样的排风系统的主要优点是节省费用，缺点是车站的舒适性较差，开式通风系统在早期城市地铁系统普遍常见。

1.2 地铁内部与外界空气的隔绝属于闭式系统，它是通过有关闭阀门的隧道风井来实现，只给能满足乘客所需的空气量。这种闭式的通风系统主要是通过站台的排风系统将行车站台里的热空气带入站台的空调中，以达到冷却空气的目的。而行车隧道里面的空气冷却方法是列车启动车从站台内带入的冷空气到隧道里面，来达到冷却隧道的目的。它的主要优点和缺点与开式系统刚好相反，车站的舒适性较好，但费用很高，闭式通风系统多为早期的发达城市地铁系统所采用。

1.3 在车站站台与行车隧道之间安装一道带门的透明屏障所组成的一个系统简称屏蔽门系统，这道屏蔽门隔绝了行车隧道与车站站台的空气，导致列车从外部带来的热空气进入不了车站站台，减少站台内空调的负荷运行，而列车通道的通风是由站台底部的排风系统通过隧道风井抽进新鲜室外空气，并且通过列车的活塞作用引起隧道空气与由站台底部排风系统吸进的室外空气进行交换以实现隧道的冷却来实现的。但是这样的行车通道所产生的热量会大大的增加，所以应该核算行车通道的温度是否达到允许设计的温度，如需要用机械通风和空调降温的方法时，应该综合比较总能耗。它的主要优点是安全性和舒适性都较好，主要缺点就是费用十分昂贵，屏蔽门系统技术要求高，这种高科技系统一般存在于当今的发达城市的地铁中。

2 地铁的空调通风

地铁中的通风空调系统由于其特殊的应用场合，与地面建筑物空调系统相比有很大不同：

2.1 隧道风机的应用

列车在行车通道运行时，通道内的热量主要来源于列车的顶部冷凝器放热和底部的机械制动，由于活塞风的作用，所以列车在正常的运行情况下所产生的热量都得以冷却，而当列车由于特殊的原因停在行车通道内时，此时的活塞风不能够形成，导致通道内的热量冷却不了，加上车顶的冷凝器继续放热，会使得行车通道内的温度迅速升高。当冷凝器进风大于46℃，则部分压缩机卸载，当进风温度大于56℃时，压缩机停止工作。压缩机一停止工作，列车内的空调系统就停止了工作，导致车内的热量散不出去，温度慢慢升高，使的乘客无法忍受。为了避免这一情况的发生，此时，可以启动列车后方车站一台事故风机和列车前方车站一台事故风机，做到后方站台的事故风机送风，前方站台的事故风机排风，构成推挽型纵向通风方式以达到快速冷却行车通道的效果，来保障乘客与列车的安全。

2.2 地铁火灾状况

为了防止火灾的发生而造成不必要的人员伤亡，地铁可以根据不同的区间划分不同的防火区，根据不同的防火区可以利用不同的防火模式。当行车隧道内发生火灾时，为了防止应火灾产生的烟雾散不出去，应向乘客以及消防队员提供不少于2m/s的迎面风速，防止烟雾向乘客和消防队员蔓延，造成不必要的人员伤亡。为了达到上述风速的要求，在火灾发生的行车通道内，运行通道两端的事故风机，送风端车站排/回风机减半运作，以形成正压；排风端车站另一端的事故风机和排/回风机全速运作排烟，形成负压。由于两端压力差，则可确保行车隧道所需要的风速。当车站发生火灾时，根据不同的防火区域可分为站厅层火灾、站台层火灾、设备区火灾。站厅层发生火灾时，站厅排烟系统进行排烟，关闭站厅层送风及站台层送、排风，新风通过出站口进入站厅。站台层发生火灾时，关闭站厅排风管和站厅、站台送风系统，利用站台排烟系统将烟气经风井排至地面，为保证站厅站台连通口处有一定向下≥1.5m/s的风速，尚需打开屏蔽门利用隧道通风系统加强排烟。设备区发生火灾时，设备房间根据防火等级不同分别进行气灭或其他消防灭火，设备区走廊和车站控制室开启加压风机，使该区域相对火灾发生区域正压。

3 地铁运行与节能

地铁的环控系统的用电量十分惊人，它的用电量约占整个地铁用电量的百分之四十，因此，对环控系统装置用电量的改进意义重大。

地铁环控分两个部分，即车站和区间。前者无论站厅层还是站台层都需要空调系统，而后者主要靠通风来降低隧道内的空气温度。早期的地铁通风系统都是车站与行车隧道联系在一起的，车站空调通风系统冷负荷主要来源于地铁列车的加速、匀速运行、制动、空调、接触网等，占地铁得热量的三分之二。现在许多国家的城市地铁通风系统都是屏蔽门系统，将车站站台与行车通道隔开，只有当列车进站时，屏蔽门才打开供乘客进出。与早期的城市地铁通风系统相比，屏蔽门系统的车站站台内的空调用电量就很低，早期的车站站台内的空调不仅用于站台内行人以及各个用电器，还有大部分都用于列车所产生的热量，而采用了屏蔽门系统之后，车站内的空调只用于车站内的某些用电器以及行人，不需要用于列车所产生的热量。所以采用屏蔽门可以达到运行时节电的目的。

除了靠空调来冷却列车的行车通道外，还可以用事故风机对区间通道进行通风，简称区间通风。所谓的区间通风就是两站台的事故风机在列车不运行的时候进行推挽型纵向通风，来降低行车通道的温度；另一方面就是列车在运行时所产生的活塞风来降低行车通道的温度。由地面上的风亭排出区间内的空气和吸入外界的温度较低的空气，对隧道内进行通风。为了避免和减少活塞风进入站台层和站厅层，在站台与列车通道之间设立了屏蔽门系統，将车站与区间隔离开来。在此过程中我们发现，在绝大多数时间内室外空气焓值小于隧道内空气焓值，所以设置一个独立的隧道排热系统，直接利用室外新风，以节约大量电能。

由于地铁建设的特殊性，它具有一定的密封性和空调负荷的特殊性，地铁在初始运行时，隧道土壤温度较低，列车活塞风对站台和区间有降温作用，可承担一部分空调负荷；而长期运营中，由于区间周围土壤温度升高，会加大空调冷负荷。因此，合理选择和适时安装冷冻机和风管系统显得尤其重要，这种节能措施在当今的地铁运行中也显得尤为重要。

除了以上提到的屏蔽门的应用、活塞风的利用、合理选择和适时安装冷冻机和风管系统有利于地铁节能外，变频技术的应用使得地铁运行的节能效果更为显著。由于温差以及客流量的变化，采用变频调速在地铁环控系统中将是节能的最有效措施。在地铁环控系统中采用交流变频技术，不但操作简单、方便、维护量小，而且有显著的节能效果。因此在地铁环控系统中采用变频技术是应该倡导和大力推广的。

4 结束语

如今，地铁在拥挤的大都市中的作用可谓举足轻重，于是越来越多的城市开始修建地铁。一方面给我们从事暖通工作的人员提供了机遇，但随着全世界对环境的重视，人们环保意识的增强，乘坐地铁舒适度要求的提高，也给我们广大暖通设计人员提出了更大的挑战。我们应当本着节能、舒适的原则，勇于创新，刻苦钻研，发挥自己的聪明才智回报社会，造福人类。

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