上海轨道交通12号线通风空调系统设计

阎正才

(上海市隧道工程轨道交通设计研究院,200235,上海//高级工程师)

上海轨道交通12号线通风空调系统设计

阎正才

(上海市隧道工程轨道交通设计研究院,200235,上海//高级工程师)

通风空调系统运行能耗巨大,其设计是城市轨道交通系统总体设计中的重中之重。基于相关标准和节能减排要求,确定了上海轨道交通12号线工程通风空调系统的运行模式,并对区间隧道(含辅助线)通风系统兼排烟系统、车站车轨区排热兼排烟系统、车站公共区通风空调系统、设备管理用房通风空调系统、空调冷源及水系统的设计进行了详细阐述。

上海轨道交通12号线; 通风空调系统; 节能减排

Author′s address Shanghai Tunnel Engineering & Rail Transit Design and Research Institute,200235,Shanghai,China

相关资料研究表明,在城市轨道交通的实际能耗中,环控系统的能耗占比较大。在北方地区,环控系统能耗占比约为30%;在南方地区,环控系统能耗占比约为50%[1]。而通风空调系统是地铁环控系统的主要组成部分,其能耗占城市轨道交通车站能耗的70%以上,仅次于牵引系统能耗[2]。因此,城市轨道交通通风空调系统的设计相当重要。本文基于上海轨道交通12号线工程,详细阐述了城市轨道交通通风空调系统的设计研究。

1 通风空调系统设计原则及依据

上海轨道交通12号线工程,起点为闵行区七莘路站,终点为浦东新区金海路站。线路全长40.417 km,共设32座车站(均为地下站);设2座定修段、1座主变电所、1座35 kV开关站及1个控制中心。

上海轨道交通12号线通风空调系统的基本设计原则为:对全线车站及相应区间隧道内温度、湿度、风速、噪声和空气质量进行全面控制;在紧急工况下,能为人员安全疏散和救援提供一定的新风量和保证一定的风速;满足设备对室内环境的需求;在实现功能需求的基础上,进一步满足节能减排的需求。

设计的主要依据有:《上海市轨道交通12号线工程初步设计》、《上海市轨道交通12号线工程施工图设计技术要求》、《上海市轨道交通12号线工程环评报告书》及上海申通地铁集团有限公司下发的相关建设指导意见,以及相关国家标准和行业标准(见本文的参考文献)。

2 通风空调系统的形式及组成

根据上海的气候特征及本工程的运能,地下车站采用站台设置屏蔽门的通风空调系统。上海轨道交通12号线通风空调系统的子系统主要包含:

(1) 区间隧道(含辅助线)通风兼排烟系统,简称区间隧道通风系统;

(2) 车站车轨区排热兼排烟系统,简称车轨区通风系统;

(3) 车站公共区通风空调系统,简称大系统;

(4) 设备管理用房通风空调系统,简称小系统;

(5) 空调冷源及水系统,简称水系统。

3 通风空调系统设计方案

根据上海轨道交通12号线通风空调系统的组成,基于基本设计原则,确定了通风空调系统的运行模式,并对各个子系统进行了详细的设计。

3.1 区间隧道通风系统设计

地下车站两端上、下行线一般各设1个活塞(兼事故)通风井(净面积≥16 m2),设2台事故通风机。风机计算风量为60～75 m3/s。2台风机应能互为备用,可逆转,耐受280 ℃/h高温。典型车站隧道通风系统如图1所示。

图1 典型车站隧道通风系统示意图

上海轨道交通12号线工程存车线、渡线、折返线等均结合车站设计,在车站主体结构范围之内。配线最主要的不利影响在于：当区间隧道通风系统处于事故工况运行时,影响区间正线气流组织。城市轨道交通环境模拟软件SES4.1的模拟结果表明：将含配线车站的站端事故风机设置在靠近正线区间端,并采用较大容量的事故风机,通过车站事故风机联合运行的形式,可保证配线相邻的正线区间通风需求。当站内设存车线时,因存车线列车中无乘客,其正常和火灾工况下的通风可由车轨通风排热系统和站端区间通风系统兼容。当站端配线长度≥60 m时,设置专用排烟风管,并接至排热小室,由排热风机兼容排烟。七莘路站站端至中春路停车场以及金海路站后至金桥停车场地下出、入场线区间内均设置射流风机,用于出、入场线内事故工况及事故工况下配合正线组织气流。

正常工况时,利用列车行驶的活塞风以及车站的排热系统排除区间内列车散热,对地下区间进行通风换气,为车载乘客提供良好的乘车环境。区间阻塞和火灾工况时,要根据火灾位置确定通风方向,运行相关的事故风机和排热风机,形成区间一定的气流速度。夜间通风时,车站运行事故风机隔站送、排风。

3.2 车站车轨区排热兼排烟系统设计

在车站每端各设1台排热风机,单机容量为50～55 m3/s,能够耐受280 ℃/h高温;排热风道设在车站车行道上部和站台下部,均采用结构风道。车行道上部排热风道风口正对列车空调冷凝散热器,站台下部排热风道风口正对列车下部散热元件,有效排除列车停站散热。

正常工况时,排除列车停站产热,与列车活塞通风共同保证区间隧道风量和风温达设计标准,并兼顾车行区排烟。区间阻塞或发生火灾工况时,与事故风机联合运行,保证区间事故通风要求;车站站台发生火灾时,该系统通过风阀切换进行站台排烟。

3.3 车站公共区通风空调系统设计

车站公共区通风空调系统采用全空气集中式空调系统,设2个空调系统,每个系统负担一半站厅负荷和一半站台负荷,采用变频调节方式,可根据负荷大小实现自动调节,节约运行能耗。气流组织采用上送上回形式。

车站公共区通风空调系统采用全空气低速系统,由组合式空调机组、空调新风机、回/排风机，以及相应的管道、风道、新风井(亭)、排风井(亭)和各种阀门组成。该系统内设置有空气净化除菌装置。

车站公共区的空调通风设备集中布置在站厅层两端(根据建筑布置也可设在车站中部)。原则上每端设2台空调箱、1台空调新风机和2台回/排风机(兼排烟风机),负担一半站厅和一半站台的负荷。空调的回风和新风通过新回风混合静压室进入空调箱,排风直接排到与排热风机合用的车站排风井。

3.4 设备管理用房通风空调系统设计

设备管理用房通风空调系统设计需考虑夏季排热以及过渡季与冬季的通风。当采用通风系统,夏季室内温度标准不能达标或通风量过大时,应设制冷空调系统，设备管理用房排烟宜由通风系统兼容。各站根据车站建筑布局和房间环境要求,划分通风空调和防排烟系统。系统设计在满足功能前提下,应力求简洁。

根据设备管理用房室内环境要求,设备管理用房通风空调系统基本上分为三大类:

(1) 地下车站变电所:因其发热量较大,要求室内温度不高于36 ℃,一般采用空调系统。变电所房间为气体保护房间,发生火灾时,根据气体灭火程序,灭火期间风管系统关闭，灭火后开启通风系统对房间进行通风换气。变电所内所用风机均为常温风机。

(2) 其它电气设备用房(如弱电设备综合用房、通信机械室、车站综合控制室等)以及管理办公用房(如站长室、站务室、会议室、公安室、售票处、银行、更衣室、休息室等)：该类用房室内空气温度标准要求较高(夏季约24～27 ℃,冬季约16 ℃),因此,仅靠机械通风不能保证,须设置空调系统。若系统中包含电气用房,应采用全空气集中空调系统。若仅为管理用房,可采用风机盘管系统。全空气集中空调系统由小型空气处理机组、回/排风机和空调小新风机等组成。夏季时,根据室外空气焓值采用最小新风及全新风运行,冷水系统开启。通风季节时,水系统关闭,转入通风模式 。该类系统排风机可兼顾排烟,气体保护房间火灾时空调系统的运行模式同牵降变电所。其余房间,由排风机运转排烟,补充50%新风。

(3) 环控机房、泵房、车站备品库、茶水间、清扫工具间等:该类用房对温度要求不高,可仅设置机械通风系统,排风系统可兼容排烟;其中厕所、污水泵房需设独立排风系统。

3.5 空调冷源及水系统设计

大系统和小系统分设冷源。冷源采用螺杆式冷水机组,其配置采用2大1小的形式,以满足部分设备房间夜间列车停运时段的供冷需求。冷水供水温度为7 ℃,回水温度为12 ℃。3台冷水机组与3台冷冻水泵、3台冷却水泵、3台冷却塔一一对应。水系统设计为闭式机械循环。

3.6 通风空调系统运行模式

区间隧道通风系统运行模式为正常、夜间通风、阻塞和火灾模式。车站通风空调系统运行模式为正常和火灾模式。

车站通风空调系统正常运行模式有最小新风量、全新风和通风3种运行工况。当室外空气焓值高于回风焓值时,系统采用最小新风量运行工况;当室外空气焓值小于等于车站回风焓值,系统转为全新风运行工况,冷冻机运行;当进入过渡季节,系统采用通风运行工况,冷冻机关闭,开启车站送、排风机,采用机械送、排风,也可采用机械送、自然排，或机械排、自然进风的节能运行模式。

车站火灾运行模式根据着火地点的不同有不同的运行模式。当站厅发生火灾时,车站送风系统关闭,车站排风系统转入排烟模式,仅从站厅排烟;当站台发生火灾时,车站送风系统关闭,排热风机通过风阀转换,从站台屏蔽门内侧候车区排烟,同时车站排风系统仅从站台排烟,共同形成站台负压,保证站厅、站台楼梯口有大于1.5 m/s的风速;当站台车轨区发生火灾时,打开屏蔽门,关闭公共区回/排风系统和站台送风系统,并关闭车轨区下排风道的阀门,开启车站两端TVF(隧道风机)和UOF(排热风机)共同组织排烟;设备管理用房发生火灾时,转入相关排烟模式,排烟并补充50%新风。受气体保护房间火灾时的运行模式按气体灭火程序进行。

4 结语

基于相关标准和节能减排要求,确定了上海轨道交通12号线工程通风空调系统的运行模式,对区间隧道(含辅助线)通风系统兼排烟系统、车站车轨区排热兼排烟系统、车站公共区通风空调系统、设备管理用房通风空调系统、空调冷源及水系统的设计进行了详细阐述,对城市轨道交通通风空调系统的设计具有指导意义。

[1] 江亿.从实际运行数据出发开展地铁站节能工作[J].中国轨道交通,2015,56:12-14.

[2] 李倬,李彪,梅琪,等.北京地铁1号线国贸站通风空调智能降耗控制系统[J].现代城市轨道交通,2012(6):16-18.

[3] 中华人民共和国住房与城乡建设部.地铁设计规范:GB 50157—2013 [S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[4] 中华人民共和国住房与城乡建设部.城市轨道交通技术规范:GB 50490—2009[S].北京:中国建筑工业出版社,2014.

[5] 上海市建设和交通管理委员会.城市轨道交通设计规范DGJ 08-109—2004[S].北京:人民交通出版社,2004.

[6] 中华人民共和国建设部.采暖通风与空气调节设计规范:GB 50019—2003[S].北京:中国计划出版社,2004.

[7] 中华人民共和国建设部.公共建筑节能设计标准:GB 50189—2005[S].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[8] 中华人民共和国住房与城乡建设部.人民防空工程设计防火规范:GB 50098—2009[S].北京:中国计划出版社,2009.

[9] 中华人民共和国环境保护部,国家质量监督检验检疫总局.声环境质量标准:GB 3096—2008[S].北京:中国环境科学出版社,2008.

[10] 中国国家环境保护局.大气环境质量标准:GB 3095—1996[S].北京:中国标准出版社,1996.

[11] 中华人民共和国卫生部.工业企业设计卫生标准:GBZ 1—2010[S].北京:人民卫生出版社,2010.

[12] 中华人民共和国建设部.建筑设计防火规范:GB 50016—2006 [S].北京:中国计划出版社,2006.

[13] 上海市建设和交通管理委员会.建筑防排烟技术规程:DGJ 08-88—2006[S].北京:人民交通出版社,2004.

Design of Ventilation and Air Conditioning System for Shanghai Rail Transit Line 12

YAN Zhengcai

The energy consumption of ventilation and air conditioning system in urban rail transit is huge, its design occupies an important position in the overall design of rail transit system. Based on the relevant standards about energy-saving and emission-reduction, the system operating mode of Shanghai rail transit Line 12 is determined. Then, the interval tunnel(including auxiliary lines) ventilation system and smoke exhaust system, heat and smoke exhaust system in station rail area, ventilation and air conditioning system in station public area, ventilation and air conditioning system in equipment management rooms, the design of cold source of air conditioning and water system are expounded in detail.

Shanghai Rail Transit Line 12; ventilation and air conditioning system; energy saving and emission reduction

U 270.38+3

10.16037/j.1007-869x.2017.01.034

2016-09-20)