地铁车站冷却塔结合新、排风井的设置探讨

蔡亚桥

中铁第四勘察设计院集团有限公司

地铁车站冷却塔结合新、排风井的设置探讨

蔡亚桥

中铁第四勘察设计院集团有限公司

依据地铁车站空调系统的运行特点，结合地铁车站新、排风井的设置原则，指出地铁车站的冷却塔、蒸发式冷水机组、蒸发式冷却塔、多联机室外机等空调系统的散热设备放在地下是可行的，该方法对于地铁车站地面冷却塔等散热设备长期以来与地面占地征用协调困难、与城市景观不协调、噪音扰民等矛盾的解决具有一定的借鉴意义。

地铁冷却塔风道小新风新风

0 引言

随着城镇化的不断推进，各城市地铁的不断建设，承担着地铁车站通风空调系统散热的冷却塔往往需要占用地面较大的面积，征地困难，严重的情况下甚至影响到地铁车站空调系统的使用，同时对地面的景观及其产生的噪音对附近的居民带来了不利的影响，尤其是在城市中心寸土寸金的繁华地带，这一矛盾尤为突出。

当前，针对地面冷却塔出现的问题，已经有相应的解决方案，如采用蒸发式冷却塔、蒸发式冷凝器等蒸发式冷凝空调系统[1～2]，但由于其设备初投资高、后期运行维护困难，其使用受到一定的限制，常规冷却塔使用仍然是主流。

根据地铁车站新风井、排风井的设置原则，结合其空调系统的运行特点，本文对常规冷却塔的布置方式进行探讨，期望借此可以减小常规地铁车站冷却塔设置后带来的一系列矛盾。

1 地铁车站新、排风道设置原则

地铁车站两端一般各设有活塞风井、新风井、排风井，其中，活塞风井负责隧道内的通风，新、排风井负责车站内的通风，为减小对城市景观的影响，敞口风井居多，根据地铁设计规范[3]及地铁设计规范征求意见稿的要求，敞口新、排风井，间距不小于10m，如图1所示。

图1 地铁车站新、排风井示意图

2 地铁车站空调系统的运行特点

地铁车站通风空调系统主要包括，服务于乘客上、下列车公共区域的空调系统，简称大系统，服务于通信设备室、站长室等设备及设备管理用房的空调系统，简称小系统空调，服务于空调机房、消防泵房等设备房间的通风系统，简称小系统通风，其中小系统通风常年运行一种工况（直流式系统），大系统、小系统空调分为三种运行工况，如图2所示：

A、小新风运行，当室外焓值大于室内焓值时，在满足人员卫生要求的前提下，采用一次回风系统，部分回风与新风混合后，经空调器处理后再次送入室内，部分回风排至室外，以此来减小新风负荷。

B、全新风运行，当室外焓值小于室内焓值时，系统采用回风全部排至室外，室外新风经过空调器处理后直接送入室内的直流式系统。

C、当室外温度小于空调器的送风温度时，空调冷水系统关闭，系统采用回风全部排至室外，室外新风经过空调器处理后直接送入室内的直流式系统。

图2 地铁车站空调运行工况示意图

3 典型车站负荷分析

对于大系统，室外气象参数的变化、站内客流的波动是影响空调负荷的主要因素，以下计算选取的均为最不利工况[4]，即夏季空调室外最大计算干球温度及远期客流最大时刻。

对于小系统空调，各车站设备房间的负荷基本相同，其中部分车站因带牵引变电所，负荷会偏大，因此，计算选取的是带有牵引变电所的设备房间集中的区域，表1为无锡地铁2号线某标准车站的计算结果。

表1 不同工况下各系统风量（m3/s）

由表1可见，小新风和全新风工况下，风量差别3.85倍，在小新风工况，新、排风井风量较小，风井利用率较低。

根据规范要求的最大风速要求，可以得出各工况下风井需要的最小面积，从表2、3可知，小新风工况下，新风井所需要的最小面积仅为1.67m2，由于排风井还需负担车站轨行区的排风，约50m3/s，经计算，所需的最小面积为10m2；全新风工况下，新风井所需要的最小面积仅为6.43m2，排风井所需的最小面积为14.77m2。

表2 小新风工况新、排风井最小净面积

表3 全新风工况新、排风井最小净面积

4 冷却塔的地下布置

根据地铁规范的要求，新、排风井间距不小于10m，如将冷却塔放在新排风井之间的地下区域，将其通风系统与车站的新排风井共用，就能有效地减小冷却塔放在地面带来的一系列影响，同时10m的间距可满足冷却塔通风的要求，在最不利工况下，各风井所需面积如表4所示。

表4 新、排风井最小净面积

当前地铁车站新、排风井的面积分别按照10m2、16m2设置，与表4的结果差异不大，冷却塔的新、排风井与车站的新、排风井合用，大小是可以接受的。

地铁车站主体结构一般位于城市道路下方，附属结构受风井、道路、地面建筑等因素的影响，风井一般距离道路较远，风井和车站主体之间的附属区域有较大的空间，而这些空间由于利用率低，往往被风道（新风道、排风道、活塞风道）占用，由图1、图3可以看出，将冷却塔放在新、排风道之间，原车站新风道的位置需向车站侧外扩，车站的外围护结构不变，可以有效地提高附属区域的利用率，且不会对土建的外围护结构、土建投资带来较大的影响。

图3 地铁车站与冷却塔新、排风井合用布置示意图

5 车站新、排风井的合理使用

由前面的分析可知，在地铁车站小新风运行工况下，其新、排风井的风量较小，利用率较低，而此时室外气象条件较差，冷却塔需要更好的换热效果，因此可以考虑在风井中的隔墙上设置调节阀门，此时开启，使车站的新、排风井负担一部分冷却塔通风，改善其通风效果。

全新风工况下，车站的通风量较大，为减小冷却塔排风与车站排风的干扰，此时关闭风井隔墙上的调节阀门，虽然此时冷却塔的通风会受到一定的影响，但是此时室外焓值小于室内焓值，气象条件较好，因此是可以接受的。

6 结语

受设备初投资、后期运行维护的影响，蒸发式冷凝空调系统的使用受到一定的限制，常规冷却塔使用仍然是主流，本文从地铁车站空调运行的最不利工况出发，结合其运行特点，对常规冷却塔结合地铁车站新、排风道设置于地下进行分析计算，得出：

1）结合土建设计，将常规冷却塔放在地下是可行的，土建投资规模不会受到大的影响，同时可以有效地提高地铁空间的利用率；

2）冷却塔地下式布置可以解决常规冷却塔布置在地面带来的地面征地困难、与城市景观不协调、噪音扰民等一系列的矛盾；

3）冷却塔地下式布置可以有效地利用车站的新、排风井，提高其利用率。

[1]许巍,王怀良,罗硕成.蒸发式冷凝空调系统在地铁中的应用[J].暖通空调,2011,41(6):43-46

[2]吴允昌.蒸发式冷凝机组在地铁车站的应用分析[J].都市快轨交通,2012,25(4):119-122

[3]北京城建设计研究总院.地铁设计规范(GB50157-2003)[S].北京:中国建筑出版社,2003

[4]庄炜茜.武汉地区地铁车站通风空调系统的节能控制研究[J].暖通空调,2010,40(5):39-43

Disc uss ion on Coo ling Tow e r Des ign Com b ined w ith A ir
Sup p ly We ll and A ir Ex haus t W e ll in Subw ay Sta tions

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1003-0344（2014）02-090-3

2013-3-15

蔡亚桥（1981～），男，硕士，工程师；武汉市武昌区和平大道745号中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院暖通所（430063）；E-mail:303292202@qq.com