西安地铁二号线钟楼站通风空调系统设计

张 鹏，林 迪，申 健

(1.广州地铁设计研究院有限公司，广东 广州 510010;2.中国新时代国际工程公司，陕西 西安 710054;3.西安建筑科技大学，陕西 西安 710055)

0 引言

随着我国经济的高速发展，城市化程度越来越高，城市交通问题成为许多大、中城市非常突出的问题。地铁具有运量大、速度快、污染小、占用资源少、能耗低、乘坐方便舒适等特点，必将成为城市人口优先选择的出行方式。目前我国地铁建设正步入高速发展时期，我国地铁的建设规模和承载的客流量都是世界最大的，而地铁巨大的投资和运营成本却成为制约轨道交通发展的主要因素。如何有效降低工程投资和运营成本，建设节约型地铁，既是建设节约型社会的要求，更是轨道交通自身可持续发展的需要。通风空调系统在地铁车站中占用的面积和空间相对较大，一般地下车站通风空调机房面积占地下车站总面积的12%-30%，通风空调系统的运行能耗约占地铁工程总能耗的1/3［1－2］。同时，通风空调系统形式与设备布置对地下车站方案及接口专业影响也较大，涵盖正常、阻塞、火灾等一系列功能，运行模式复杂。因此，在车站中有效合理地布置通风空调系统，对减小土建规模、降低造价、降低地铁长期运营的能耗及对环境的影响都有很好效果。笔者从通风空调专业的角度出发，以西安地铁二号线钟楼站为例，对通风空调方案设计与实施过程进行分析，为将来地铁车站设计提供参考。

1 钟楼站概况

钟楼站是西安地铁2号线的第11座车站［3］，也是重点车站，由于其特殊的地理位置及重要性，车站的造价也较高。钟楼站地处西安城区中心，位于老城核心商业区。在东、西及南北大街交汇处为国家级文物保护单位钟楼，距离钟楼外边30 m均为其保护范围。因此，线路在穿越钟楼处采取钟楼两侧绕行。2号线由北大街到南大街南北向敷设，6号线由西大街到东大街东西向敷设，2条线在该处实现换乘［4］。同时，钟楼站也是城区旅游热点。特殊的地域环境与人文景观，对车站设计提出了更高要求，复杂的周边环境增加了车站与线路的设计难度。钟楼站总平面图见图1。

图1 钟楼站总平面图Fig.1 Plan of Zhonglou station

针对钟楼站的特殊条件，土建采用了中间明挖站厅、两侧暗挖站台的分离岛式站台方案，相当于普通两层明挖车站与暗挖分离岛式站台车站的结合体，二者取其各自优点，形成特殊的钟楼站方案。由于与站台分离，站厅规模得以摆脱轨行区的限制，使方案具有完整的乘客乘降空间，客流组织、运营管理以及运营成本因此得以有效控制，而站台暗挖也有效避免了对道路两侧建筑物的影响，暗挖隧道的明挖竖井也兼顾了隧道通风的功能需求，功能整合性较好。车站站厅层平面图见图2，站台层平面图见图3。

2 通风空调系统

钟楼站通风空调系统按站台设置屏蔽门［5］。通风空调系统主要由以下几部分组成:车站两端区间隧道活塞通风系统和机械通风系统兼排烟系统(简称车站隧道通风系统);车站屏蔽门外轨道排热系统兼排烟系统(简称车站轨道排热系统);车站站厅和站台公共区空调通风系统兼排烟系统(简称大系统);车站设备管理用房空调通风兼排烟系统(简称小系统);车站空调冷冻、冷却水系统(简称水系统)。下面就每个系统的功能及布置形式进行分析。

2.1 车站隧道通风系统

车站隧道通风系统的功能是保证区间隧道通风要求，正常运行时通过列车活塞效应通风换气，事故情况下根据全线统一运行管理要求由区间风机排除隧道内空气或向隧道内送风。地铁隧道通风系统的进风应直接来自大气，排风应直接排出地面［6］。钟楼站采用单活塞系统，在车站两端的区间通风机房内各设2台可逆转耐高温轴流风机，风机前后设置扩散筒、消声器及相应的风阀。通过相关风阀的启闭，系统可进行活塞通风或机械通风的转换，每端2台风机也可实现并联运转或相互备用。车站隧道通风系统原理见图4。

图4 车站隧道通风系统原理图Fig.4 Principle of ventilation system of station tunnel

由于钟楼站特殊的车站明、暗挖形式及地面风亭的限制，车站两端的区间通风机房分别设置在车站的西北角和东北角明挖施工竖井内。施工竖井是为施工暗挖隧道而设置的垂直通道，在工程施工完成后，如不加以利用，通常是回填或恢复绿地等原有功能［7］。

钟楼站有效利用施工竖井作隧道通风井，不必单设区间通风机房，且避免了施工竖井的回填浪费，节省了大量的土建费用。这种做法风道短，通风效果好，但同时会存在左、右线两端的活塞、机械风被车站分隔开来的情况。因此，利用站台板下的空间，专门针对隧道通风系统做了下穿的暗挖风道，将左、右线通过风阀连通，通过风阀的转换实现其对应的功能。同时，充分利用明挖施工竖井高度较高的优势，在车站两端的区间通风机房均设置夹层风道，使风道的距离缩短，优化了空间布置。区间隧道通风机房的平面布置见图1。下穿暗挖风道平面图见图5。

图5 下穿暗挖风道平面图Fig.5 Plan of mined ventilation tunnel

2.2 车站轨道排热系统

为了排除列车制动和停站过程中冷凝器产生的热量，同时提高排热效率，应尽量避免热量进入区间隧道，在车站轨行区的站台下部和轨道上部设置轨顶、轨底排风系统对列车产热进行集中排放［8］。轨道排热风机变频运行。在正常工况下，对车轨区进行排热通风，轨顶排风占60%，站台下排风占40%。在车站两端均设置轨道排热风机，轨顶和站台板下分别设置土建风道，每端的风道通过风阀与风机连通，轨顶排风道设置开口向下的排风口，站台下排风道设置朝向轨道的排风口。

标准车站一般采用在车站两端设置排风井，双端排热，左、右线排热风量均衡。而钟楼站左、右线轨道排热被车站分隔开来:左线受制于室外条件，在车站西北角设置左线轨道排热机房。考虑到阻力平衡、均匀排风，把左线轨顶和轨底风道各分为两段，分别负责前半部分和后半部分排热，在西北角轨道排热机房汇合;右线在车站中部排风道内设置轨道排热机房，分别解决两侧轨顶和轨底排热风，轨顶和轨底风道在中间汇合。由此可知，在满足功能的前提条件下，应根据车站实际情况，选择不同的布置方案。

车站轨道排热系统平面图见图2，原理图见图6。

图6 车站轨道排热系统原理图Fig.6 Principle of heat releasing system of station tracks

2.3 车站大系统

车站大系统的功能是控制车站公共区(站厅、站台及通道)的温度、湿度及其他卫生、舒适条件;保证车站环境参数在设计范围之内;发生火灾时能及时排出烟气。具体设计参数如表1所示。

表1 车站公共区通风空调设计参数Table 1 Design parameters of ventilation and air conditioning system of public area of Metro station

车站公共区通风空调大系统采用一次回风全空气系统，主要由空调新风机、组合式空调器、车站回/排风机、排烟风机、消声器、风阀和风道等组成，其中组合式空调器及回排风机根据负荷变化变频运行。

一般地铁车站大系统通风空调主要布置在车站站厅层两侧，在中板开风孔下站台层，双端送、排风。钟楼站站厅层大部分为公共区，只有一部分区域为设备管理用房，无专门的通风空调机房及风井，无条件设置大系统通风空调设备。因此，将大系统通风空调设备集中布置在站台层中间的通风空调机房内，负担车站公共区的通风空调负荷。站台层通风空调机房位于公共区的中心区域，将大系统机房布置在公共区的中间，使全站的大系统的送风距离最短。风管从中间成发射状向站厅及站台送风，不仅输送距离短、管路短、输送能耗节省、设备噪声小，而且运行费用低。同时，充分利用站台层5.2 m的高度，大系统设备在通风空调机房内上下分层布置，共享检修空间，节省了机房面积。具体做法是将风机吊在2台组合式空调器共享的检修空间上方，利用此检修空间作为风机的检修空间。同时，送风管与回/排风管完全避开，防止管线交叉干扰。大系统通风空调设备布置见图7。

图7 大系统通风空调设备布置Fig.7 Layout of ventilation and air conditioning equipment of“big system”

公共区风管均布置在吊顶内，回/排风管兼做排烟风管。站厅层公共区采用中间上部由上向下均匀送风、两侧回/排风方式，送风管设在车站中间上部，回/排风管分别设在上部两侧。由于站台为侧式站台，所以站台层公共区也采用上送上回气流组织方式。站厅、站台回/排风口的布置均满足排烟要求。大系统通风空调原理见图8。

图8 大系统通风空调原理图Fig.8 Principle of ventilation and air conditioning of“big system”

2.4 车站小系统

车站小系统的主要功能是控制车站设备管理用房的温度、湿度及其他必要的卫生条件，保证其环境满足设计要求，与公共区通风空调系统独立设置，发生火灾时排出烟气。由于设备管理用房对冷凝水有严格限制，因此车站小系统也采用一次回风全空气系统。

柜式空调机组、回/排风机等设备主要集中在站台层北端及中部的通风空调机房内，距各设备管理用房近，因此风管距离短、阻力小、风管尺寸小。同时，由于与车站大系统风管分开设置，避免了交叉打架，优化了管线布置。车站小系统设计参数见表2。

表2 车站小系统通风空调设计参数Table 2 Design parameters of ventilation and air conditioning of“small system”

2.5 车站水系统

车站水系统的功能是为车站空调系统提供冷冻水。空调冷冻水温度:供水7℃，回水12℃;冷却水温度:供水32℃，回水37℃［9］。车站公共区空调通风系统与车站设备管理用房空调通风系统合用冷源，冷源由2台水冷螺杆式冷水机组提供。冷水机组集中布置在站台层中间的制冷机房内，靠近负荷中心，管路短。冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔均按2台设计，与冷水机组一一对应。冷却塔、膨胀水箱布置在室外裙房屋面上。

3 结论与建议

随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们对地铁乘车环境的舒适性和安全可靠性的要求越来越高，致使地铁通风空调系统日益复杂，并导致地铁的土建规模、投资以及运行能耗日益增加［10］。如何在满足地铁通风空调系统功能的前提下，减小土建规模，降低运行费用，一直是设计人员重点关注的问题。国内目前对车站的节能分析已经有很多研究，也提出了宝贵的意见和方法。但是，特殊地铁车站受制于室外条件、设备用房位置等诸多因素，往往无法达到预期效果。本文对钟楼站通风空调系统设备的布置进行分析，根据其自身特点，对车站的系统方案进行了优化，为以后特殊车站提供了一些合理化建议。但是，在实施过程中，受制于土建及室外条件，也存在一些遗憾。因此，希望今后在土建初期方案阶段，设备专业能提前介入，提出合理化建议。相信随着地铁建设的发展，合理选择通风空调系统模式，优化设备布置，必将成为地铁设计人员不懈努力的方向。

［1］ 李国庆.城市轨道交通通风空调多功能设备集成系统［J］.暖通空调，2009，39(5):31 － 32.(LI Guoqing.Multi-function integrated ventilating and air conditioning system for the urban rail traffic［J］.Heating Ventilating ＆ Air Conditioning，2009，39(5):31 －32.(in Chinese))

［2］ 孙兆军.浅谈环控系统设计中建设节约型地铁的思路［C］//铁路暖通空调专业2006年学术交流会论文集.成都:西南交通大学出版社，2006:106.(SUN Zhaojun.On the environmental control system design ideas to build an economical subway［C］//Railway HVAC 2006 academic exchanges.Chengdu:Southwest Jiaotong University Publishing House，2006:106.(in Chinese))

［3］ 铁道第一勘察设计院.西安市城市快速轨道交通2号线(铁路北客站—韦曲段)工程可行性研究报告［R］.西安:铁道第一勘察设计院，2006.(The First Survey＆Design Institute of Railways.Xi’an Urban Rapid Rail Transit Line 2(North Railway Station—Wei Qu Section)project feasibility study report［R］.Xi’an:The First Survey ＆ Design Institute of Railways，2006.(in Chinese))

［4］ 吴波.西安地铁2号线非典型车站的设计［J］.都市快轨交通，2007，20(5):59 － 62.(WU Bo.Design of a nontypical station on Xi’an Metro Line 2［J］.Urban Rapid Rail Transit，2007，20(5):59 －62.(in Chinese))

［5］ 铁道第一勘察设计院.西安市城市快速轨道交通2号线(铁路北客站—长延堡段)初步设计技术要求［R］.西安:铁道第一勘察设计院，2006.(The First Survey＆Design Institute of Railways.Preliminary design of the technical requirements of Xi’an Urban Rail Transit Line 2(North Railway Station—Chang Yan Pu Section)［R］.Xi’an:The First Survey ＆ Design Institute of Railways，2006.(in Chinese))

［6］ 北京城建设计研究院.GB50157—2003地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.(Beijing Urban Engineering Design ＆ Research Institute.GB50157—2003 Code for design of Metro［S］.Beijing:China Planning Press，2003.(in Chinese))

［7］ 罗辉.地铁通风空调机房布置技巧［J］.建筑热能通风空调，2008，27(3):76 － 78.(LUO Hui.The skill of arranging air-conditioning and ventilation equipment room to a Metro station［J］.Building Energy ＆ Environment，2008，27(3):76－78.(in Chinese))

［8］ 董志周，吴喜平.地铁车站热环境分析［J］.上海节能，2003(5):36 －40.(DONG Zhizhou，WU Xiping.Analysis of thermal environment of subway station［J］.Shanghai Energy Conservation，2003(5):36 －40.(in Chinese))

［9］ 中国有色工程设计研究总院.GB 50019—2003采暖通风与空气调节设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2004.(China Nonferrous Engineering and Research Institute.GB 50019—2003 Code for design of heating ventilation and air conditioning［S］.Beijing:China Planning Press，2004.(in Chinese))

［10］ 姚景生.地铁车站通风空调系统设计［C］//铁路暖通空调专业2006年学术交流会论文集.成都:西南交通大学出版社，2006:31 －32.(YAO Jingsheng.The design of ventilation and air conditioning system for subway station［C］ //Railway HVAC 2006 academic exchanges.Chengdu:Southwest Jiaotong University Publishing House，2006:31－32.(in Chinese))