站台门降噪可调通风系统节能效果分析

孙 杰

（今创集团股份有限公司， 江苏 常州 213101）

0 引言

城市轨道交通系统是现代城市的重要组成部分，因其快速、便捷、安全等特点，受到越来越多的人们的青睐。然而，在高峰期和换乘站等场所，站台的噪音和空气质量等问题成为影响乘客舒适度和健康的重要因素。因此，站台门降噪可调通风系统的应用成为解决这些问题的一种有效手段。

1 站台门系统通风设计背景

19 世纪60 年代， 世界上第一条地铁线路在英国伦敦建成开通，随后世界各国的城市轨道交通迅速发展，巴黎、纽约、莫斯科等城市都陆续建成了各自的地铁系统，经过一个半世纪的发展， 目前数十个国家的两百余座城市都开通了城市轨道交通， 累计建成了数万公里的地铁网络，设站也达数万座车站。我国的城市轨道建设起步于新中国成立后，六十年代末年才建成北京地铁1 号线。随后，又建设了上海地铁、广州地铁等线路，截止目前国内开通或正在建设城市轨道的城市达到43 座，线路总长度达到了8000km。 快速发展的城市轨道交通为城市环境和经济发展做出了重大贡献。

相对飞机、汽车等交通工具，城市轨道交通的运力较大，载客更多，并且具有全天候运营的特点，基本不受天气、环境的影响。 在城市轨道交通为人们提供出行便利的同时，也带来巨大的能耗问题。对于普通的一条长度约30公里设置站点15 个车站的地铁线路，在北方城市，如果车站内不设置环控系统，每年能耗约9000 万度，如果车站设置环控系统，每年能耗将达到1 亿2000 万度；而在比较炎热潮湿的南方城市，车站普遍设置有环控系统，每年能耗更是多达1.5 亿度。城市轨道交通作为城市的公共交通设施，有效降低其能耗十分必要及重要。

通过对国内轨道交通系统环控能耗相关统计数据的分析发现， 地铁车站的通风空调能耗与地铁环控系统采用的形式紧密相关。 早期建设的地铁未能充分考虑到环控问题， 往往站台区与轨行区之间没有有效的阻挡与隔断， 地铁列车在进站出站时由于隧道的活塞效应给站台候车区域带来比较大的活塞风， 并且夹杂着隧道中的尘土及钢轨磨削的碎屑， 不能保证站台上的乘客具有良好的候车环境。 同时，地铁列车在制动过程产生的制动热也会经由活塞风带入站台，使车站候车区温度增高。 因此仅仅依靠隧道风井及活塞风通风已无法排除车站及隧道内的余热， 需在轨行区增设通风系统及在车站增设空调系统才能有效降温，才能保证比较良好的候车环境。 另外，随着经济的发展及人民生活水平的进一步提高， 对环境舒适的要求也日益增加， 城市轨道交通的发展所面临及主要需解决的问题包括客运量的增加，发车频次的提高，运行车速的加快， 都会使地铁运营过程中产生更大的热量排放。因此，在新建的地铁线路都要求增设了通风系统及空调系统， 在后期的地铁改造中也开始要求安装通风系统来满足排热的要求。

由于地铁环控系统的高能耗， 同时考虑乘客候车环境的安全，减少乘客跌落轨行区的风险，催生了站台门系统的出现。 上世纪80 年代初，半高安全门系统在法国里尔地铁率先应用，随后，全高屏蔽门系统也在新加坡樟宜机场线首次应用。 国内最早于2003 年在广州地铁2 号线应用了屏蔽门系统。 随后国内其它城市的地铁线路也陆续开始应用安全门或屏蔽门系统， 使站台门系统成为地铁设备的标准配置。

站台门系统不仅为乘客营造了安全舒适的候车环境， 也为地铁环控系统带来新的模式。 使用半高安全门时，地铁车站候车区与轨行区在安全门上方区域互通，在春季、秋季时活塞风温度与车站站厅温度相差不大，通过活塞风的引入可增加车站通风。 并且活塞风可以通过风井从站外引入新风，降低通风耗能。而全高屏蔽门则将候车区及轨行区分隔为两个独立的部分， 在炎热的夏季能够阻断轨行区内由活塞风带入车站的热量， 节省车站环控系统的能耗，冬季避免站厅内空调热空气的流失，也能降低环控系统消耗。 而后出现的可调通风型站台门结合了半高、全高两种形式站台门的优势，在全高屏蔽门结构的基础上，于门体上方位置增设可调节的通风风口，通过调节开启角度， 根据所处季节及环境条件控制站台区与轨行区的连通状态，来降低能耗及利用活塞风通风。在三种结构形式的站台门中， 这种可调通风型站台门结合了两种系统的优点，具有很大的应用价值和研究价值。

2 站台门系统常用通风方式

由于大多数地铁线路在城市人口集中区穿行，所以地铁车站一般都设置于地下，由轨行区、站台区、站厅、隧道、通风井、通风道等部分组成。车站站厅、候车区和隧道一般距离地面几米至几十米。 轨行区与站台区之间设置站台门，站厅内与站外一般只在车站出入口有连通。 地铁列车在进站减速制动的过程中，车轮与轨道之间摩擦会产生金属粉尘，同时，也会产生制动热，使候车区温度上升，空气质量下降，极大地影响到乘客候车环境。 为保障良好的候车环境，必须对站台区、及轨行区等不同的功能区域的环境采用不同的调节控制。另外，在火灾模式下，车站环控系统需要将火灾产生的烟气排除， 同时也要为乘客提供足够的新风，保障乘客的安全，并为乘客提供疏散撤离的条件。

目前地铁环控系统主要分为三大类，即全高屏蔽门，半高安全门及带有可调通风的屏蔽门系统。

全高屏蔽门系统就是延站台边缘安装并且在对应地铁车辆车门停靠位置可以滑动开闭形成上下车通道的门体，它将站台区与轨行区空间完全分隔开。地铁列车进出站时，屏蔽门的滑动门与车门对应同时打开或关闭，为乘客提供上下车的通道。通常情况下，站台区环控系统与轨行区通风系统相互独立设置。 车站环控系统控制站台区环境， 轨行区通风系统通过利用列车运行时的活塞风与隧道风井通风共同作用控制并排除轨行区内部的余热与余湿。 由于全高屏蔽门系统能将轨行区与站台区有效隔开，站台区噪声较低，也阻断了活塞风影响，乘客的候车环境比较安静舒适。 另外，由于全高屏蔽门系统的阻隔，也减少了列车制动热进入站台区， 降低了车站环控系统的冷负荷从而减少了车站环控系统的能耗。

安全门系统是为了保障乘客的安全，防止乘客意外跌入轨行区，在站台边缘与轨行区区间隧道之间设置的站台门，高度一般为1.5～1.7m。 其特点为轨行区与站台区在安全门上方区域相互连通。根据车站站台与站外环境连接形式区别，安全门系统分为闭式系统和开式系统两类。 闭式系统一般不在隧道内延地铁线路设置通风竖井，仅车站两端的风井及车站出入口与站外连通。闭式系统通常配合设置空调系统，若站外空气温度比站内空气热很多，将开启站内空调系统并关闭所有站内与站外通风的通风竖井，对站台区与轨行区进行降温。若站外空气温度低于或接近站内温度，则打开车站出入口处的通风井进行通风。 这种系统主要运用于最热月的平均温度高于25℃并且客运量较大的南方地区。开式系统则需要在轨行区内延地铁线路设置多处与站外相连的通风竖井，正常运行时，利用地铁列车运行时的活塞风抽吸作用通过通风竖井将站外空气引入隧道，同时将轨行区内的湿热空气通过通风竖井排至站外，在温度适宜的春季和秋季，可充分利用列车活塞风与外界换气，减小能源消耗。随着夏季外界环境气温的升高，当列车运行时的活塞风量不足将轨行区的余热全部排出时，将开启隧道风井风机，来控制轨行区温度。开式系统比较适合于国内北方夏季平均温度不算太高并且客运量相对较小的城市地铁系统， 而不适合夏季室外气温较高、湿度较大的南方地区，如果应用开式系统，轨行区及站台区的空气温度及湿度将会超出人体的舒适范围。

带可调通风系统的站台门系统在全高屏蔽门的基础上增加了门体上部的可开启的通风风口， 通过控制通风口开闭的大小实现两种功能的切换。 在夏季和冬季将可调风口完全关闭作为全高屏蔽门系统运行， 通过阻断站台区和轨行区来降低环控系统的能耗， 在春季和秋季将可调风口打开，转为安全门系统运行，利用列车活塞风进行通风，减少站台区和轨行区的通风能耗。

3 可调通风系统的应用

结合屏蔽门及安全门两种通风系统的优点， 在全高屏蔽门上部加装可调通风风口， 通过控制可调通风风口的开启角度，在不同季节对运行模式进行切换。

全高屏蔽门主体结构包括框架结构、 滑动门、 应急门、固定门及端头等部分。滑动门、应急门、端门是可以移动的门体， 不宜设置通风口， 根据全高屏蔽门的结构特点，可调通风风口设置在屏蔽门门体上方顶盖板位置。

可调通风风口开启后， 列车进出站过程中产生的活塞风在列车车尾后部会形成负压， 使站外空气从隧道风井吸入到轨行区；车头前部由于活塞挤压效应形成正压，将部分轨行区内的空气由轨行区通过可调通风口压入车站站台， 进入车站站台的风量部分通过站台对侧屏蔽门上的可调通风口流回隧道。

根据相关规范， 对地下车站公共区温度有着明确的规定。 夏季，车站环控系统采用通风系统时，站内温度应不高于30℃，且不高于站外环境温度5℃，采用空调系统时，站内温度也应不高于30℃，且站台区温度应比站外环境温度低2～3℃。 冬季，站台区温度应高于12℃。

根据当地气象条件，按站外环境温度从低到高的顺序，可调通风口屏蔽门环控系统可分为以下运行模式： 活塞风补充新风通风模式、活塞风通风模式、活塞风与轨行区通风组合模式、轨行区通风系统模式、环控空调模式模式。

（1）当车站内温度小于12℃时，小角度开启可调通风口，新风由列车活塞风带入，风量仅需保证车站内乘客需求，避免过多站外冷空气进入车站导致温度过低，运行活塞风补充新风通风模式。

（2）站外温度升高，车站内温度大于12℃时，完全开启可调通风口， 充分利用活塞风为站台区与轨行区通风换气，降低通风系统能耗，运行活塞风通风模式。

（3）站外温度继续升高，只通过活塞风通风无法保持站台区的适宜温度时，开启轨行区通风系统，通过活塞风与轨行区通风系统共同作用保持站台区的适宜温度，运行活塞风与轨行区通风组合模式。

（4）站外温度升高至由活塞风带入的站外新风温度高于轨行区的温度时，如果继续开启可调通风口将增大通风系统能耗。此时关闭可调通风口，开启通风系统，运行通风模式。

（5） 站外温度继续升高至只依靠轨行区通风系统也不能以维持站台区温度时，此时关闭可调通风口，开启空调系统，运行环控空调模式。

4 站台门降噪可调通风系统的节能效果分析

根据相关资料表明， 目前各城市地铁用电价略有差异，例如广州地铁电价为0.7 元/度，杭州地铁电价为0.74元/度，合肥地铁电价为0.74 元/度0.6 元/度等，且都不执行峰谷电价。 根据在不同气候条件下的地区城市采用传统屏蔽门环控系统及可调通风口屏蔽门环控系统两种方案下年运行费用对比显示， 以平均值约0.7 元/度进行估算，在气候温和的地区每年可节省更多的运行费用，例如成都、 宁波两城市地铁每站每年可分别节省运行费9.05万元及9.39 万元。 在夏热冬暖的南方地区， 由于夏季漫长，可开启可调通风口进行通风的时间不长，每年可节省年运行费用就较低。 例如广州及深圳这两座典型南方城市，每站每年只能节省运行费5.59 万元及5.68 万元。

由此可见， 环控系统采用屏蔽门可调通风口进行通风时间越长，节能效果越好，但无论所处地区及气候，使用可调通风口屏蔽门的环控系统相比使用传统屏蔽门系统的环控系统均可以产生不同程度的节能效果。

对于增加的初期投资， 屏蔽门系统增加可调通风口后，每单元屏蔽门系统价格需增加约0.8 万元。 按通常的6B 车型，共增加48 组可调通风口，相对传统屏蔽门系统形式，每个车站共需增加初期投资39 万元。 在气候温和的地区4～5 年就可以收回投资， 即使在夏热冬暖的南方地区，7～8 年也可收回投资。

5 结束语

随着城市轨道交通的发展， 地铁环控系统是其中的一个重要组成部分，承担着通风、制冷、排烟等功能，直接影响乘客舒适度。地铁环控系统作为耗能大户，其节能问题越来越受到重视。 可调风口屏蔽门环控系统相对传统屏蔽门系统能够显著降低运行能耗， 能够有效地解决城市轨道交通站台的节能问题。因此，在城市轨道交通站台的应用具有重要的意义。 未来，随着技术的不断进步，该系统的性能和效果将得到进一步提升和完善。