地铁通风与空调系统设计简析

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)

0 引言

在日常实际运行中，地铁通风与空调系统是耗电大户，为了提高车站内部的舒适性和尽可能降低运营成本，应根据各地的客流量和气候条件的不同采用相对合适的通风与空调系统。

1 典型的地铁通风与空调系统

目前各地实际建设和运行中比较常用的地铁通风与空调系统主要有以下3种：开式系统、闭式系统和屏蔽门式系统。

1.1 开式系统

开式系统是利用列车在隧道内高速行驶时产生的“活塞效应”，使地铁内部与外界通过活塞风井进行气流交换，让外界新鲜空气给车站和区间隧道降温。“活塞效应”的强弱与列车行驶速度、隧道内空气阻力、隧道内风速、列车截面面积与行车隧道截面面积之比等因素有关。模拟计算表明：当风井间距不大于300 m、风道的长度不大于40 m、风道面积不小于16 m2时，地铁隧道内部与外界有效换气量可满足运行要求。但由于目前地铁线路沿线一般为城市主干道或人流密集区，土地资源稀缺，因此无法设置太多风井来进行地铁隧道“活塞效应通风”。此系统用于很早期建设的地铁线路，目前我国各地建设的地铁线路基本都是设置“活塞效应通风”与机械通风互相补充的通风系统。当完全使用“活塞效应通风”不能满足地铁运行时内部环境要求时，应补充设置机械通风系统，当区间隧道太长时，应设置区间风井用于满足通风和火灾时排烟需求，结合行车要求进行计算确定。

1.2 闭式系统

闭式系统的地铁一般设置通风及空调系统排除车站及区间隧道的余热及余湿，车站站台公共区与区间隧道气流并未完全分离开，需要考虑两者的内部环境。在空调季节此系统内部与外界处于相对隔绝状态，仅通过新风井供给满足地铁内部所需的新风量，列车运行时产生的“活塞效应”使车站站台与区间隧道进行气流交换从而给区间降温。在非空调季节，该系统通过风阀调节使区间与外界完全连通，区间隧道依靠列车运行产生的“活塞效应”通过活塞风井与外界进行空气对流，从而使区间的温度维持在一定范围内。这种系统与开式系统相比舒适性好且容易控制，但运行及建设费用相对较高。此系统在满足地铁正常运行时所需环境要求的情况下,应同时具备火灾时的排烟需求。

1.3 屏蔽门式系统

此系统通过在车站站台公共区与区间隧道之间安装屏蔽门将二者分隔开，车站设置通风与空调系统进行降温。区间隧道设置机械通风并结合活塞通风进行降温，若区间隧道温度仍不能满足地铁正常运行需求，则需要设置区间空调系统来对其进行降温冷却。此系统在满足地铁正常运行时所需环境要求的情况下应同时具备火灾时的排烟需求，当区间隧道太长时，应设置区间风井用于满足通风和火灾时排烟需求，但应结合行车要求进行计算确定。此系统区间隧道行车时产生的“活塞效应”对车站内部环境基本不会产生影响，车站的空调冷负荷主要来至车站内部设备发热、人员发热、广告及照明等散热以及屏蔽门打开时的对流传热和渗透热量。由于不需承担列车运行时产生的发热量,此系统的车站空调冷负荷相对于闭式系统会小很多，同时由于屏蔽门将车站站台公共区与区间隧道分隔，降低了车站内部的噪音，从而提高了舒适性,也保证了站台候车区旅客的安全。

2 不同通风与空调系统的比较分析

2.1 从站台的热量角度分析

开式系统与闭式系统由于没有使用屏蔽门将车站站台公共区与列车运行隧道分隔开，车站空调系统冷负荷受列车运行产生的发热及活塞风影响较大，车站内部公共区空调负荷如图1所示。屏蔽门式系统由于在车站站台公共区与列车运行隧道之间设置了屏蔽门，车站空调系统冷负荷基本不受列车运行产生的发热及活塞风影响，而屏蔽门渗漏及传热产生的空调负荷很小，车站内部公共区空调负荷如图2所示。

图1 开/闭式系统车站的得热量

图2 屏蔽门式系统车站的得热量

2.2 从系统节能角度分析

通过图1和图2的对比可以看出：由于在站台公共区与列车运行隧道之间设置了屏蔽门，使得列车发热和区间隧道余热余湿被阻挡在屏蔽门之外，而列车发热是地铁内部热量的主要来源。屏蔽门式系统的车站空调冷负荷主要由车站本身内部设备发热、人员发热、广告及照明等散热以及屏蔽门打开时的对流传热和渗透热量组成。屏蔽门式系统车站站台的空调冷负荷一般大约比开式和闭式系统低1/2以上，此系统空调耗电明显低于开式和闭式系统，大大降低了车站通风与空调系统的初期建设费用和后期运行费用。

2.3 从安全性角度分析

目前国内已运行的一些开式和闭式系统的车站,由于站台没有安装屏蔽门，出现过一些乘客掉到站台的安全事故，而设置屏蔽门式系统的车站由于屏蔽门的阻挡作用不会发生此种安全事故。

3 结语

地铁屏蔽门式系统以其节能、安全、环保等优势受到了各地的广泛采用，是目前我国南方地区最常见的地铁通风与空调系统。在我国南方地区空调季时间长，通风季时间短，使用屏蔽门式系统节能效果非常明显。而北方地区通风季时间长，空调季时间短，在这些地区是否使用屏蔽门式系统需要结合当地具体情况进行分析计算确定。开式系统一般用于当地夏季室外温度较低且乘客较少的地铁系统。闭式系统一般用于当地夏季室外温度较高、乘客较多的地铁系统。由于我国国土面积大，各修建地铁的城市气候差异较大，具体需要设置哪种地铁通风与空调系统需根据具体情况具体分析确定。