关于车站中部设置环控机房的地铁环控系统设计探讨

王 龙，王培海

（成都市建筑设计研究院有限公司，四川成都 610015）

1 引言

地铁由于其运量大、速度快、时效性高、低碳节能等优点，在各大城市中得到越来越多的应用。自1965年我国第一条地铁建造以来，行业内已积累丰富的建造运营经验。环控系统作为地铁重要组成部分，经过长期的经验积累和实践，已形成成熟的地铁环控系统设计形式，能够很好的适应土建布置并实现预期功能。传统地铁环控系统一般以车站中心里程为界，左右两端土建空间分别设置独立通风空调系统负责对应区域空气处理，车站两端分别设置环控机房容纳各自环控设备，此种设置方式能与建筑布局高度契合、且各系统分工明确，但其缺点是大系统、水系统运输能耗高，大系统管路占用设备区空间过大等。针对传统环控系统布置形式的不足，本文提出在车站中部设置环控机房的全新系统布置形式，同时将该系统布局形式在成都地铁某车站项目中进行实践应用。

2 土建布局

常规车站布局是公共区置于车站中部，车站两端分别设置设备管理用房、环控机房、新风井、排风井、活塞风井，共设风井8个，其中主要设备管理用房集中布置于一端（设备区大端）。中部设置机房与传统两端分设机房的建筑布局有较大差异。如图1所示，中部设置环控机房布局形式增加外挂区，将环控机房和部分设备管理用房设置在外挂区，车站整体长度减短，设备管理用房仍尽量往一端集中分布，仅在车站中部站厅层、站台层分设环控机房，紧邻机房设置新、排风道，站厅站台共用新、排风井，活塞风井仍两端分别设置，车站共设6个风井。中部设置环控机房的布局形式相较于常规车站布局减少1个新风井和1个排风井，这样需伸出地面的风亭建筑总数量和面积都相应减少，有利于减少征地及地面景观配合等。

3 各系统布局设置

3.1 隧道通风系统

隧道通风系统由区间隧道通风系统和轨行区排热系统组成。中部设置环控机房车站区间隧道通风系统和传统车站布置稍有差异，为缩减车站规模，将外挂侧隧道对应隧道风机及风阀设置在站台层外挂部分，另一侧隧道对应隧道风机及风阀设置在站厅层。

传统轨行区排热通风系统图如图2所示，中部设置环控机房的轨行区排热通风系统图如图3所示，2种布局设置差异较大。中部设置环控机房布局中站台层排风道做双层，上层为排风道，下层为排热风道，排热风机及风阀布置在排热风道内。和传统布局一样，每台排热风机负责所在端左、右线两条隧道的一半轨行区排热或排烟。传统布局中排热风机分设在车站两端的排热机房内，无法实现备用功能。设备区大端排热风道需跨越设备区，与环控机房设置于车站中部的模式相比，机房风道长度多出大约40 m，有配线段则排热风道长度将更长。将排热风机设在中部，2台风机比邻设置，可实现互为备用，提升设备利用率和系统稳定性，同时由于阀门、风机、消声器等设备布置集中可增加运营维护便利度。且排热风道不需要跨越设备区、配线段，最不利环路仅需纵向跨越站台公共区，相比传统模式管路长度减少，环路阻力减小，排热风机选型功率降低。

3.2 大系统

传统大系统示意图如图4所示，在车站两端各设一套空气处理设备分别负责公共区两端的空气处理，该系统布局形式最大的弊端在于气流输送能耗大且管线对设备区层高影响较大，此外，设备区大端大系统管路需要横穿整个设备区，造成送回风、排烟等工况时空跑严重。由于地下空间建造成本高，地铁建设时都会考虑控制规模，所以一般设备区空间有限，但设备区又是各专业管线最集中的地方，纵横穿插、层层叠叠，并需要预留检修维护空间，在这样的情况下大尺寸的大系统风管从中间通过，会给各专业管线的综合布置带来极大困难。为解决以上2个问题，部分有条件的车站将大系统集中设于设备小端，采用单端送排风的系统形式，如图5所示，但该布局模式也非完美，根据GB 51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》规定防烟分区内任一点与最近的排烟口之间的水平距离不应小于30 m，结合地铁车站具体情况及控制模式，大系统单端布置时仍需在车站两端设排烟系统，依然存在1条大尺寸的排烟管穿越设备区大端，且单端送风会使单根风管携带的风口数量加倍，会增大风量平衡的调节难度。采用中部设置环控机房，其大系统示意图如图6所示，站厅、站台层各设1 套大系统空气处理设备和排烟风机，各自独立负责站厅站台层的空气处理和排烟。风管不需要经过设备区，直接从车站中部进入公共区，风管总长度减小，因单根风管所接风口数量和传统布置一样，风口风量平衡调节难度并未增加。

其次，根据GB 50157-2013《地铁设计规范》、GB/T 51357-2019《城市轨道交通通风空气调节与供暖设计标准》规定，当地下车站采用空调系统时，地下车站公共区夏季室内空气计算温度应符合：站厅中公共区的空气计算温度应低于空调室外空气计算干球温度2～3℃，且不应超过30℃；站台公共区的空气计算温度应低于站厅的空气计算温度1～2℃。传统布局模式大系统是站厅站台公共区回风混合后经1套组合式空调箱处理后送出。实际控制时较难以站厅、站台实际温度与设计温度比对后通过调节风机风量和电动二通阀开度来准确调节温度，只能以混合后的回风温度作为调节依据，而混合后的回风温度并不能准确反映站厅站台各自的实际温度。如果站厅站台温度都是同向偏离设计值调节结果较准确，如果不是同向偏离设计值调节结果就会出现站厅温度越靠近设计值站台温度就越偏离设计值，站台温度越靠近设计值站厅温度就越偏离设计值的现象，造成实际室温偏离设计值大、舒适性降低、能量浪费的问题。采用中部设置环控机房的布局模式则不同，站厅站台空调系统互相独立，自控逻辑简单清晰，且排烟系统的独立设计也增加排烟功能的可靠性。

3.3 小系统

小系统划分原则和常规做法一致，按与空调负荷中心距离最近的原则将小系统设备分别放置站厅站台层环控机房。常规设计中由于设备用房分别布置在车站两端，为满足各专业设备用房空气环境要求需设置2套空调系统，设备大端1套，设备小端1套。当环控机房设置在车站中部时，可将2套系统合并为1套。风系统最不利环路阻力与常规设计相比相差不大，但是设备数量减少，控制模式相应也减少，方便运营维护，降低建造成本。

车站一般会在设备大端靠近公共区处设置车站卫生间，GB 50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》规定，卫生间单独配备1套独立排风系统，风量约7 000 m3/ h，常规设计中会把系统的风机设于设备大端环控机房，风管将横穿整个大端设备区，和大系统风管一样存在挤压设备区安装空间和输送能耗高的问题，且末端排风效果不佳。或采取从就近出入口通过风管排出室外，这样虽解决不侵占设备区空间的问题，但需单设机房及排风井，增加室外占地面积及土建成本，同时受地面因素和出入口长度的影响，管路长度依然可能很长。采用车站中部设置机房的方式能很好解决公共卫生间排风系统设置问题，机房设于车站中部，距离卫生间距离较近，系统管路长度较常规布局模式缩短约60 m，且管路不穿越主要设备区，空间压力不大。

3.4 水系统

冷冻机房设置在站厅层，和环控机房共用，与冷负荷紧邻布置。与传统设置方式相比，原设备小端空调末端的冷冻水不需要再横跨设备大端设备区和公共区，长出入口的冷冻水也不需要穿越大端设备区，减轻设备区空间压力，降低整体运输能耗。冷却塔设置在离冷水机组更近一端的风亭附近地面，冷却水系统输送能耗和常规设计布局相当。

4 难点解决

4.1 设备管理用房布置

采用中间设置环控机房方案对应建筑布局一般是大外挂形式，整体房间布置和传统车站有较大差异。设备管理用房布局以左线隧道和车站中心里程线为分界线划为4个象限，中心里程左侧为左端，右侧为右端，左线隧道上部为外挂设备区，以下为车站主体区。站台层外挂区与主体间被左线隧道隔开，管线无法跨越轨行区设置，所以主体站台层部分设备管理用房环控系统管线必须引自站厅层。同时，由于环控机房设置在车站中部，所有管线都需从环控机房向外走线，布置管线的空间条件局促，为便于布管，宜与建筑专业协同配合，尽可能将同种类型的房间集中布置在1个象限或者2个接近的象限内。

4.2 大系统和轨顶排热系统过轨

站台层外挂区和主体间由于左线隧道的分隔，右线轨顶排热风道和大系统送回风管穿越左线隧道难度大。右线轨顶排热风道采用轨底过轨风道的方式穿越站台公共区，再于右线主体壁面设置竖向风道接入轨顶排热风道。大系统从站台外挂区进入到站台公共区有2种方式：一种方式是紧邻排热风过轨风道设置大系统过轨通道，大系统风管从站台层环控机房引入过轨通道进入站台层公共区中部位置，并在进入站台层公共区的地方设置风室以容纳竖向风管；另一种方式是在站台层公共区设土建过轨风道，该风道紧贴站厅层中板设置，该方案的优点是整体管路压损将减少，公共区安装空间相对充裕，不用设置影响公共区装修景观的土建风室，外挂部分区和主体部分土建专业整体性更好，但因其标高与轨顶风道冲突，会将轨顶风道截断，同时站台层公共区层高需增加约1 050 mm。经比较分析，优先采用在站台层公共区贴中板设土建过轨风道的方案。

5 系统应用限制与不足

环控系统的设置和建筑布置形式密不可分，车站中部设置环控机房的形式将带来建筑布局和常规车站比较大的不同，首先需要部分设备用房外挂，车站和常规车站相比长度减少约100 m，宽度增加约14 m，站厅站台净高较常规车站更高。这样就造成车站整体外轮廓和常规车站有较大出入。由于土建在地铁建造总成本中占绝对大比重，采用本文论述环控系统设置形式需在不增加总成本并满足土建各专业要求的前提下进行。需综合分析土建成本、站位选择、车站轮廓限制条件等的影响以决定是否适合采用此种形式。

6 结论

在车站中部设置环控机房和冷冻机房可使冷水机组和各空调末端间的距离减小，轨顶排热通风系统、大系统、小系统设置形式可以得到优化，有效解决常规设置方式中大端设备区安装空间紧张、输送能耗大、大系统控制逻辑模糊等问题。由于车站总体层高的加高，整体安装检修条件、公共区装修造型都较常规做法有更大的施展空间。出地面风亭建筑总数量和面积都有所减少，有利于减少征地及地面景观配合等。在土建专业具备中部设置环控机房条件的前提下综合分析成本、功能等，若功能均能满足，成本相差不大，可以考虑采用此种方式。