地铁站台门通风空调系统简述

辛振兴，张功良

（中交机电工程局有限公司）

1 引言

地铁环控系统的平均能耗普遍占地铁运营后总能耗的30%以上，并且越炎热的地区环控系统能耗占比越高，我国南方地区环控系统能耗占比约为50%，广州地铁环控系统能耗甚至约占总能耗的60%[1]。能耗占比越大，节能的潜力和意义越大，根据各地实际情况选择最优的通风空调制式是实现降耗节能的基础。

2 不同类型安全门通风空调系统的特点

GB 50157—2013《地铁设计规范》中要求：新建线路的车站宜设站台门，并应具备安装站台门系统的接口条件；站台门的类型应根据气候条件、车站建筑形式、服务水平、通风与空调制式等因素综合选定。

站台门设置在地铁车站站台边缘，是分隔车站站台层公共区与轨行区的自动开闭门系统，主要分为半高安全门、安全门和屏蔽门，除以上3种门型，近年来，可通风型站台门也在我国地铁中有所应用，半高安全门多应用在地面或高架等采用自然通风方式的车站，暂不做讨论，其余3种站台门的主要特点如表1所示。

我国近年新建的地铁通风空调系统主要有屏蔽门式、安全门式以及可调通风型站台门式等。

2.1 屏蔽门通风空调系统

屏蔽门通风空调系统最大的特点是站台公共区与隧道轨行区完全隔离，车站公共区通风空调系统不负担轨行区的通风，需要在列车顶部和站台下部设置独立的排热风系统，屏蔽门通风空调系统原理如图1所示。

屏蔽门通风空调系统在空调季节具有显著优势，以采用6节编组列车，每小时运行30对为例说明，列车运行时每千米产生约1200kW的热量，这些热量会通过活塞效应传递至车站内部，同时又将车站内的冷量带入区间隧道，为车站增加热负荷约为600～900kW，而通常情况下，1个14m标准站台的公共区空调负荷约为1200kW，可见，屏蔽门的设置有效减少了空调季节车站公共区的空调负荷，与闭式系统相比，可使空调设备的冷负荷减少约35%以上，极端情况可减少60%以上，环控机房的建筑面积减少约50%，空调电耗降低约30%，不仅可以有效节能，还可降低土建的投资建设成本[2]。

表1 3种站台门的主要特点

但是在非空调季节却无法利用列车活塞效应产生的活塞风，只能通过机械通风实现车站与大气间的气流交换，机械通风能耗较大。目前，这种通风空调模式多应用于上海和广州等空调季节较长的地区。

相关研究表明，采用屏蔽门系统可显著降低空调的平均和峰值冷负荷，从而降低空调设备的装机容量和尺寸，但由于增加了轨行区排热风机系统，通风设备的电力消耗显著增加，最终二者的总体能耗差别很小。因此，从总体运营节能降耗的角度来看，屏蔽门通风空调系统并不具有显著优势，同时在非空调季节采用屏蔽门系统后，不能合理利用隧道活塞风对车站的自然通风而需要开启机械通风系统，反而增加了运营能耗[2]。

针对屏蔽门通风空调系统设置轨行区排热风机这一设计，业内存在一定的质疑。由于各城市地铁运行公司的运行模式各不相同，一些城市全年开启，一些城市只在空调季开启，还有一些城市基本保持关闭。通过研究广州某典型地铁站轨行区排热风系统空调季运行效果得出，对比室外温度，轨底排热实为排冷，针对轨顶的排热仅在部分时段（早、晚）有效，并且效率有待提高，关闭U/O风机不会造成停站区域隧道温度的明显上升[3]。

中国中铁二院工程集团有限责任公司专业总工、教授级高工刘伊江提出轨道内“不需要排热”的理论，指出在实际运营中，轨顶排风道的排热效率不高甚至很低，还加大了车站与轨行区间的负压，造成屏蔽门漏风量增加，站内空调区域的冷风大量流失，大大增加了空调系统的新风负荷。

2.2 安全门通风空调系统

安全门与屏蔽门相似，主要区别为“上不封顶”，其高度一般不超过2.5m，与屏蔽门系统相比，其特点是站台公共区与隧道轨行区不完全隔离，因而可以利用列车的活塞效应实现车站与轨行区、车站与大气间的气流交换，而不需要设置单独的轨行区排热系统，其安全门通风空调系统原理如图2所示。

图1 屏蔽门通风空调系统原理图

图2 安全门通风空调系统原理图

活塞风的有效利用可以在非空调季节有效减少车站机械通风量，但由于空调季节站台公共区需要承担列车的发热负荷，因此，在设计阶段要考虑空调的负荷。因为空调容量的增大将直接导致空调系统对空调机房面积的需求增加，另外，通风空调系统运行能耗增加的同时还会造成成本增加，加之通风空调系统在空调季节缺乏有效的节能措施，对空调季较长的地区会出现运营费用居高不下的情况。因此，这种通风空调模式多用于北京和长春等空调季节较短的地区。

2.3 可通风型站台门通风空调系统

为结合安全门与屏蔽门的优点，近年来，可通风型站台门系统已逐步在地铁中应用，可通风型站台门形式上与屏蔽门相同，不同之处在于可通风型站台门在门体的适当位置（一般为上部或下部）设置电动百叶风口，例如，上海某地铁站设为可通风型站台门，其上部设置电动百叶风口（见图3）。

图3 上海某地铁站可通风型站台门

根据通风空调系统的需求将其关闭或开启，关闭时可以达到屏蔽门通风空调系统的效果，开启时可以达到安全门通风空调系统的效果。

在过渡季节及冬季，开启可通风型站台门上的百叶风口，可以充分利用活塞风，以节约车站公共区风机的运行能耗；在空调季节关闭可通风型站台门上的百叶风口使站台公共区与轨行区隔绝，消除列车活塞风对车站的影响，避免车站空调的负荷损失，达到空调季节运行节能的目的。

研究表明，可通风型站台门系统通过调整可控风口的开启与关闭，切换系统的运行模式可以使耗电量大幅降低。以济南地铁为例，空调季节可控风口关闭时，空调系统耗电量为集成闭式系统的79%，保持了屏蔽门系统空调季节的节能优势；非空调季节可控风口开启时，按照安全门系统运行，可有效利用隧道活塞风进行通风，其空调系统耗电量为集成闭式系统的60%[4]。

3 结语

屏蔽门通风空调系统主要优势是空调季节只需负担车站内部人员和机电设备等热负荷，无需考虑车站轨行区的热负荷，可以显著减少空调系统总装机的容量，轨行区热量通过排热风机进行排除，但在非空调季节通风全靠车站机械通风系统进行，无法利用活塞风，因此，我国长江以南地区，即空调季节相对通风季节较长的地区多采用屏蔽门式通风空调系统；安全门通风空调系统主要优势在于非空调季节可以有效利用活塞风进行车站的通风降温，但在空调季节活塞风会增加车站热负荷，多应用于长江以北地区，即通风季节相对空调季节较长的地区；可调通风型站台门式通风空调系统结合了2种通风空调系统的优点，在空调季节与屏蔽门通风空调系统相同，在非空调季节与安全门通风空调系统相同，适用区域更广，是一种新型通风空调模式，不仅可以在空调季节降低运行能耗，还可以在非空调季节实现节能运行，从而有效降低全年运行能耗，但由于可通风型站台门的应用时间较短，控制模式相较其他2种模式复杂，运营中的实际节能效果缺少足够的数据支撑，需要进一步研究分析并逐步扩大应用。

屏蔽门式、安门全式以及可调通风型站台门式3种通风空调模式各有特点，其核心是要明确空调季节与非空调季节关于活塞风的有效利用问题，活塞风是空调季节车站增加热负荷的主要因素，天气越炎热，其增加值越大，但在非空调季节，活塞风可以有效降低车站的热负荷。因此，应合理控制并利用活塞风，以达到降低车站年运营总能耗的目的。除此之外，设置站台门可有效改善车站候车环境，避免乘客跌落车站轨行区，减少地铁活塞风和噪音对候车乘客的影响。事实上，不管采用哪种形式的站台门通风空调系统都不能实现绝对的节能，只有制定适合的运行管理模式才能发挥每种模式的最优效果，从而实现环控系统能耗的降低。