地铁通风空调系统现状及改进可行性研究

文 _ 朱俊亮 中铁第六勘察设计院集团有限公司

地铁建设需要很多资金注入，为使地铁缩短投资回收期，降低成本和运营费用至关重要。据统计，地铁通风空调系统的能耗约占运行总能耗的50%。因此，通风空调系统的优化是重中之重。本文通过对国内地铁通风空调系统设计现状和存在问题深度剖析，针对实际工程提出地铁通风空调系统的节能方法，如回收利用余热、优化控制措施、大温差送风、充分利用自然能源、简化系统等，以期达到节约能源、降低成本和运行费用的目的。

1 国内设计现状

地铁通风系统分为隧道和车站两部分。隧道通风系统分为区间隧道和车站隧道两部分，主要考虑其平时活塞通风、事故通风以及火灾时的排烟和补风；车站部分则考虑到其各类功能区的布设，需设置通风、空调、防排烟系统。

1.1 隧道通风兼排烟系统（图1）

1.1.1 区间隧道通风系统

地铁一般在车站两端设置双活塞风井，条件受限时设置单活塞风井。为满足系统要求，对应于每条活塞风道设置可逆转运行的隧道风机和相应风阀。根据要求隧道风机的布置既可满足独立运行，又可相互备用或同时向同一侧隧道送风或排风。活塞风道、隧道风机上设有组合式风阀，通过风阀的转换满足正常、阻塞、火灾工况的转换。

1.1.2 车站隧道通风系统（排热系统）

车站隧道内设置排风（兼排烟）系统，车站两端分别设置排热风机。轨顶、轨底排风道采用土建风道，通过排热风室左右线轨顶的排风道汇合，通过风阀的开度调节左右线排风道风量各为50%。

1.2 公共区通风空调兼排烟系统（图2）

车站公共区包括站厅和站台，设置双风机全空气一次回风系统，通风空调机房设于车站两端设备管理用房区内，每个机房设置1台组合式空调器、1台空调新风机、1台回排风机、1台排烟专用风机和相应的风阀，负担整个车站公共区的空调送风、回排风及排烟。

图1 隧道通风系统原理图

图2 车站公共区通风空调系统原理图

1.3 设备管理用房通风空调兼排烟系统

车站的设备管理用房根据布置分为设备集中端和非集中端，设备集中端一般设置3套全空气一次回风系统；设备非集中端设置1套全空气一次回风系统。需要排烟的房间，排烟管尽量与排风管合用，排烟风机与排风机独立设置。

1.4 空调制冷循环水系统

地铁车站空调冷负荷一般在800～1600kW之间，基本都是选择2台螺杆制冷剂配横流式冷却塔的冷源形式。冷冻水供回水温度分别为7～12℃，冷却水供回水温度分别为32～37℃。

车站空调水系统（图3）采用一次泵变流量系统，管道采用异程式布置，车站两端公共区共用供回水管道，车站两端设备区共用供回水管道，各供回水环路分别从分、集水器上接出。

2 存在问题

2.1 隧道通风兼排烟系统

隧道通风系统是区间隧道活塞风不能运行、事故以及火灾时启动，完成其通风和防灾的目的。目前隧道通风系统的设计都是按照经验去选取设备，然后利用地铁热环境模拟软件SES或STESS验证。设计过程中往往扩大富裕量，增加设备投资和运行费用，且会造成土建规模增大。

隧道通风系统设置排热风机，一是解决列车进站后空调冷凝热的排放；二是将列车刹车产生的热能带走。但根据研究，排热系统的设置未达到其预期效果。目前地铁多选择双活塞风井，造成很多规划的不协调和用地的浪费。在地铁车站设置单活塞风井，完全可以满足其通风和排烟要求，尤其是北方地区。

2.2 公共区通风空调兼排烟系统

地铁公共区体量大，其冷负荷的计算大都基于经验值，选取的设备型号往往超过功能需要，不仅要求机房面积特别大，而且增加土建规模。公共区大、小里程端分别独立设置2台空调机组、回排风机和排烟风机，设备设置冗杂多余，造成土建、设备投资和运营的浪费。

设备应按照近远期分期设置，设计院为避免麻烦，一次设计到位，按照远期的冷负荷选用设备。不但近期造成能源的浪费，而且到了远期设备也都达到了使用寿命，造成了设备初投资的浪费。

地铁全部设置屏蔽门，不考虑地域差异。造成大量投入设备的浪费，而且限制了活塞风天然的通风模式利用，使自然冷源的效果得不到发挥。

2.3 设备管理用房通风空调兼排烟系统

目前，对于所有的设备管理用房都设置全空气一次回风空调系统，极不合理。设备管理用房的发热量都是按照超出实际散热量提资，造成暖通专业的计算负荷和设备选型都很大。根据国内各民用建筑设计院多年的实际经验，绝大部分的设备房间无需设置空调，设置通风系统足够满足房间功能需求，因为全国大部分地方全年的通风温度都是很低的。

设备管理用房在设置全空气一次回风空调系统的情况下，同时设置备用变频多联机系统，且设置的房间特别多，造成设备投资增加和后期管线综合施工难度增大。设备房间还存在引入新风的情况，也是能源的浪费。

图3 车站水系统原理图

2.4 空调制冷循环水系统

基于公共区和设备管理用房区空调负荷的计算值过大，导致机组选型也是超过实际用量，且未按照近远期的设计原则进行设置。

水系统的节能主要体现在控制上，目今地铁的控制系统形同虚设，只是简单提出一次泵变流量控制，实际的综合监控和运行根本达不到节能的目的，各设备承包商也是按照最简单、最便宜的控制系统安装，对于节能起不到任何作用。

3 优化建议

3.1 隧道通风兼排烟系统

根据多年的研究经验和成果，建议取消排热系统，取消轨顶、轨底排风道，直接降低土建造价和设备投资，由隧道风机兼做排烟、排热功效。

提高风道风速、降低风道截面积，降低土建造价和出地面风井对周围建筑和景观的影响。

尽量采用设置单活塞风井，降低地铁建设用地的协调难度和投资成本。

3.2 公共区通风空调兼排烟系统

对公共区负荷计算应结合地铁特点进行优化，严禁按照经验值计算。建议结合监测CO2浓度控制新风电动阀开度，尽量减少新风引入，降低新风负荷。

结合建筑特点，地铁作为与外界直接连通的大空间，可考虑取消回排风机，无论是最小新风还是全新风运行，地铁车站会设置2～4个出入口直接与室外相通，出入口的截面积风速足以满足舒适要求，所以完全可以优化为单风机形式。另外，常规系统设计未从实际运行效果考虑，空调小新风机的设置基本起不到作用，且增加了控制复杂程度，建议取消。系统简化为一方面可以节省土建投资，也可以降低能耗和控制的复杂性。

基于空调系统的高能耗和规范要求，空调机组必须按照近远期分期设置。以节省设备投资和运行费用。

屏蔽门应尽可能采用可开闭式，可通风屏蔽门制式集成了屏蔽门系统和开闭式系统的优点，基本适合各种温度区，具有明显的优势和可行性，应大力推广。

3.3 设备管理用房通风空调兼排烟系统

设备管理用房仅有人房间考虑设置新风空调系统，其余设备房间应该尽量使用通风系统。配备变频多联机空调系统，每个房间尽量设置偶数台室内机，且分系统设置，保证其相应的备用功能。通风加变频多联机系统合理设计完全可以满足设备管理用房区的温度、湿度要求。

3.4 空调制冷循环水系统

对于空调冷热源系统，建议对风系统和水系统进行联合控制。根据客流负荷调节循环风量和新风量，根据环境温度负荷调节水量，以便达到降低能耗，实现节能调节控制的目标。如果相对变化量水系统能耗降低的多，则原则上优先调降水系统；负荷增加时则优先调增风量。

4 结论

地铁的通风空调系统节能空间巨大，通过对每个子系统的剖析，得出结论以下。

①目前地铁通风空调系统的设置普遍富裕系数过大，且系统的设置形式也是不计成本。作为舒适性空调，人流短暂停留区域，通风空调的设计标准应该适当放宽，以期降低车站规模、设备投资和后期的运营费用。

②地铁作为人流的大量集散地，事故或者火灾发生时，容易造成较大的人员伤亡，因此地铁的通风和防排烟设施应该严格按照规范标准执行。

③地铁通风空调的设计局限于业内，阻碍其系统的改进和优化，应该加强与工业建筑和民用建筑等其他行业的设计交流。作为能耗大户，应该积极地进行革新和优化。

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