活塞效应与地铁车站新风换气概述
城市轨道交通(地铁)车站通风空调系统讲解
二、组成
（一）系统构成
二、组成
（二）设备组成
1、隧道通风系统
（1）作用：为隧道区间提供通风、排烟等作用。 （2）主要设备：轨道排风机、电动风阀及防火
阀等； （3）分类：车站隧道通风系统、区间隧道通风
系统
•（1） 新风：新风为车站抽取的外界自然空气。
•（2） 送风：送风分为送全新风、混风（新风+回风）、全回风。
•（3） 回排风：全回风、全排风及有回排风；排风又分为固定 排风和间歇排风；回排风为来自站厅、站台及设备房的回风； 当回排风温度低于外界大气温度时可起到节能作用。紧急情况 下可将车站的烟气、毒气等排掉。
•（4） 固定排风：固定排风是将车站的设备房、卫生间、卫生 器具间、储物间、生活污水间、列车冷却及隧道内的废气（废 气、热气、湿气、烟气、毒气）全部排掉不回风。
（二）列车阻塞模式:由于延误或运行故障等原因 导致列车阻塞在隧道或车站。
（三）紧急情况运行模式:通常是由于运行车辆失 灵而引起隧道内一列行驶的列车发生火灾，或者 车站发生火灾，交通运输中断，要求乘客撤离。
（一）正常运行模式
• 正常运行模式设有空调季节小新风、空调季节全新 风和非空调季节全通模式，
• （1）空调运行在夏季，站台、站厅的温湿度大于设 定值时，启动空调系统，向站台和站厅送冷风。通 过送、回风温湿度变化调节新风与回风的比例及进 入空调器的冷水量，保证站台、站厅的温湿度要求。
• （2）全新风运行主要是在春秋两季，当室外空气的 焓低于站内空气的焓时，启动全新风风机将室外新 风送至车站。
（二）列车阻塞模式
（三）紧急情况运行模式
站台火灾送风图
相关概念
•（5） 间歇排风：列车停站时开始排风，将列车产生的废气 和热量排走，没有必要再循环冷却使用，列车出站时停止排 风，从而达到节能的目的。隧道排风也属于间歇排风方式。 • （6） 自然换风：车站自然换风是通过车站进出口通道和通 风井的敞开，利用列车运动时产生的隧道活塞风进行自然换 气、自然冷却。 •（7） 隧道通风：分为送风、排风、自然换气等。送风为送 新风；排风为排除隧道内废气、热气、湿气、烟气、毒气等。 利用列车运行时产生的隧道活塞风自然换气。 •
地铁活塞风工作原理
地铁活塞风工作原理
地铁是一种高效、快速、环保的城市交通方式，而地铁活塞风是地铁运行的重要组成部分。
本文将介绍地铁活塞风的工作原理。
地铁活塞风是指通过活塞将压缩空气推向地铁车厢的一种系统，它主要由压缩机、储气罐、活塞、管道和阀门等组成。
当地铁运行时，压缩机将空气压缩并存储在储气罐中，当地铁车厢需要空气时，阀门打开，空气经过管道进入活塞，通过活塞将压缩空气推向车厢，从而使车厢获得动力。
压缩机是地铁活塞风系统的核心部件，它将空气压缩至高压状态，使其具有足够的能量推动地铁运行。
储气罐则用于储存压缩空气，以便在需要时能够快速地将空气推送到地铁车厢中。
活塞是地铁活塞风的关键部件，它通过往返运动来推动压缩空气，使其能够快速地传递到地铁车厢中。
地铁活塞风系统的管道和阀门也是非常重要的组成部分。
管道需要具有足够的密封性和耐压性，以确保压缩空气能够快速地传递到地铁车厢中。
阀门则用于控制压缩空气的流动方向和流量，以确保地铁活塞风系统能够在不同的运行状态下正常工作。
总的来说，地铁活塞风系统是一个高效、可靠的系统，它能够为地铁车厢提供足够的动力，使地铁能够快速、安全、稳定地运行。
在
使用过程中，需要注意对地铁活塞风系统的维护和保养，以确保其能够长期正常工作。
地铁活塞风的工作原理是通过压缩空气并将其推送到地铁车厢中来为地铁提供动力。
它是地铁运行的重要组成部分，能够为城市居民提供高效、快速、环保的出行方式。
城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析
编号：AQ-JS-05998( 安全技术)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析Influence law and effective application analysis of piston wind on Subway Environment城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律与有效应用分析使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。
活塞风通过隧道和出入口引起地铁环境的变化,是地铁能耗的重要影响因素，在过渡季节和冬季充分利用活塞风是实现地铁通风系统进一步节能的有效措施。
风口屏蔽门系统可有效利用活塞风,因其兼具安全、舒适的特点，较之传统的半高安全门系统和屏蔽门系统具有许多优点，重点探讨活塞风对地铁环境的影响规律、活塞风的有效利用对地铁通风空调系统能耗的影响和带风口屏蔽门系统在北方城市的适用性。
某城市地铁概况某城市地铁里程全长26.188公里，全线共设22座车站，其中高架站有8座，地下站有13座，地面车站有1座，站间距离最小为0.784公里，最大为1.624公里，平均为1.225公里，站台有效长度均为120m，站台两端部均有站端风井，每站4条，区间隧道有双跨矩形有中柱(双线单洞)、双跨矩形有隔墙、单跨矩形、圆型盾构四种，车站两端各有两个机械风井，既有线各区间中部均有两个机械风井，列车车厢尺寸长宽高值分别为19.52m、2.8m、3.51m，动车自重37t，拖车自重27t,带司机室车定员252人，一列载额定乘客列车总质量为298.2t。
安装了平均高度为1.4m的安全门，拓宽看乘客在候车时的站立空间,适当减少活塞风对站台的影响，降低列车进出站时产生的噪声，在过渡季和冬季还可以利用活塞风满足车站新风需求。
地铁出入口活塞风有效通风量分析
地铁出入口活塞风有效通风量分析在城市建设中，地铁是现代城市交通中不可或缺的一部分，它不仅能够减少城市交通拥堵，提高城市运行效率，还能便捷市民出行。
然而，在日渐严重的空气污染下，地铁站内的通风工作变得尤为重要。
本文将以地铁出入口活塞风有效通风量为研究对象，探讨其特点及其对地铁通风的影响。
一、地铁出入口活塞风的特点地铁出入口活塞风是指地铁行车过程中，由车厢运动而产生的一种气流，它在地铁的进站口及出站口中的作用较为显著。
活塞风的产生主要是由于车厢在隧道中移动时，挤压了前方气流，形成气压较高区域。
当车厢经过出入口时，压缩气体会形成压缩波，从而形成活塞风，这可使地铁站内湿度、温度、污染物等指标发生变化。
二、地铁出入口活塞风对通风的影响1. 活塞风对地铁站内环境的影响活塞风的产生会对地铁站内的环境产生影响，主要体现在以下几个方面：（1）影响人员出入。
由于活塞风已成为一种重要的地铁安全因素，因此，在地铁站的进出站口处设置了大量的风口和通风设备，也可在一定程度上调整活塞风的作用，以确保地铁站内的空气流通。
（2）影响空气质量。
活塞风会使地铁站内的空气流动加速，从而使空气中的有害物质扩散更加迅速，影响空气质量。
（3）影响舒适度。
由于活塞风会扰动站内空气，使得空气温度、湿度等指标波动，进而影响人员的舒适度。
2. 活塞风对地铁通风的作用活塞风对地铁通风的作用主要表现在以下几个方面：（1）通过活塞风能够加速地铁站内空气的流动，增加通风效果。
（2）对通风设备的配置有一定的要求。
在地铁站的进出站口处配置通风设备，能够形成气流，减小活塞风对地铁通风的影响。
（3）需要加强通风管理。
由于活塞风对地铁站内空气产生影响，因此在地铁站的通风管理上需要加强，在通风时应考虑到活塞风的影响，合理调整通风设备及其运行方式，确保空气质量的合格。
三、地铁出入口活塞风有效通风量的分析为了研究活塞风对地铁通风的作用，我们有必要对地铁出入口活塞风有效通风量进行分析，有效通风量作为地铁通风设计中的重要指标，它对于保障地铁站内空气质量有着重要的意义。
地铁通风系统原理
地铁通风系统原理地铁通风系统原理地铁作为城市快速交通工具，拥有庞大的运输量。
但随着城市化的加速，地铁车站空气污染问题也逐渐凸显。
为了提高地铁车站空气质量和乘客舒适度，地铁通风系统应运而生。
本文将围绕地铁通风系统原理展开阐述。
一、地铁通风系统概述地铁通风系统是指通过建筑机电、热力等工程原理和技术手段，控制车站、隧道内空气的流通和调节单元内空气的温度、湿度、洁净程度以及引入新鲜空气的系统。
通风系统主要包括内循环通风系统、新风通风系统、废气排放系统三部分。
二、地铁车站内循环通风系统地铁站大门口、站台口、进、出口双向通道、地下大厅等区域设置有夏、冬季节温度换气控制开关，和渗透换气的防爆（防烟）排烟口。
内循环通风系统能够保证空气的流通性和均匀性，保证空气不会失控，从源头上控制污染物浓度。
三、新风通风系统新风通风系统是将新鲜空气通过特定的技术手段引入车站，控制特定房间内空气的流量、温度、湿度等参数以及空气的质量，保证站内空气的清新和宜居性。
新风通风系统能够消除车站尘埃、异味，以及通风不良引起的空气污染问题。
四、废气排放系统废气排放系统能够减少车站内有害物质、异味等对环境造成的污染和破坏。
地铁车站内引进废气处理系统，通过机械过滤等处理技术，对车站内的废气进行专业的处理和分解，达到减少排放物浓度，保证站内空气的质量。
综上所述，地铁通风系统的原理主要包括内循环通风系统、新风通风系统、废气排放系统三个方面，通过科学有效的系统设计和技术手段实现车站内空气的流通和调节，达到保证人员健康和舒适的目的，这也是地铁通风系统应运而生的初衷。
未来随着科技的不断进步和技术的不断完善，地铁通风系统的效果将会越来越好。
地铁通风空调系统
地铁通风空调系统专业术语：活塞通风：当列车的正面与隧道断面面积之比（称为阻塞比）大于0.4时，由于列车在隧道中高速行驶，如同活塞作用，使列车正面的空气受压，形成正压，列车后面的空气稀薄，形成负压，由此产生空气流动。
利用这种原理通风，称之为活塞效应通风。
活塞风量的大小与列车在隧道内的阻塞比、列车行驶速度、列车行驶空气阻力系数、空气流经隧道的阻力等因素有关。
利用活塞风来冷却隧道，需要与外界有效交换空气，因此对于全部应用活塞风来冷却隧道的系统来说，应计算活塞风井的间距及风赶时井断面授尺寸，使有效换气量达到设计要求。
实验表明：当风井间距小于300m、风道的长度在25m以内、风道面积大于10㎡时，有效换气量较大。
在隧道顶上设风口效果更好。
由于设置许多活塞风井对大多数城市来说都是很难实现的，因此全“活塞通风系统”只有早期地铁应用，现今建设的地铁多设置活塞通风与机械通风的联合系统。
小里程端：大系统：车站公共区通风空调和防排烟系统。
小系统：车站设备及管理用房的通风空调和防排烟系统。
水系统：车站空调冷冻水系统。
地铁通风空调系统制式：根据城市轨道交通隧道通风换气的形式以及隧道与车站站台层的分隔关系，城市轨道交通通风空调系统一般划分为三种制式：开式系统，闭式系统，屏蔽门系统。
1、开式系统：开式系统是应用机械或“活塞效应”的方法使地铁内部与外界交换空气，利用外界空气冷却车站和隧道。
这种系统多用于当地最热月的月平均温度低于25℃且运量较少的地铁系统。
2、闭式系统：闭式系统是一种地下车站内空气与室外空气基本不相连通的方式，即城市轨道交通车站内所有与室外连通的通风井及风门均关闭，夏季车站内采用空调，仅通过风机从室外向车站提供所需空调最小新风量或空调全新风。
区间隧道则借助于列车行驶时的活塞效应将车站空调风携带入区间，由此冷却区间隧道内温度，并在车站两端部设置迂回风通道，以满足闭式运行活塞风泄压要求，线路露出地面的洞口则采用空气幕隔离，防止洞口空气热湿交换。
活塞效应名词解释
活塞效应名词解释
活塞效应（Piston Effect）是指在隧道中高速运行的列车，会带动隧道中的空气产生高速流动，这一现象类似于汽缸内活塞压缩气体的现象。
当列车进入隧道时，隧道内的空气原为静止，因列车之重击，产生高压波。
该高压波以声音的速度传播（远大于列车行驶速度），迅速往下游传递，压力波传达的隧道空气立即被加速。
当压力波抵达下游隧道口时产生反射波，反射波往隧道上游传递，当其传递的隧道空气将再一次被加速。
当地铁机车在隧道中运行时，隧道中的空气被机车带动而顺着机车前进的方向流动，这一现象称为机车的活塞作用，由此所形成的气流称为活塞气流。
北京地铁列车活塞风的实则与分析
北京地铁列车活塞风的实则与分析Fieldtestandanalysisofpistonactionventilation inBeijingundergroundrailwaysystem北京地铁列车活塞风的实则与分析:3.3隧道中列车刹车段的活塞风状况图8为前门-崇文门区间内环线隧道靠前门站一侧距前门站40m处的活塞风测量结果，该测点处于列车刹车段。
从图中可以明显看出，活塞风速平均值和最高值均减小。
对照图8和图5可知，当列车前端进站后，活塞风还要持续一段时间，这同测试人员在站台上对风流的感觉是一致的。
再对照图8和图4推断出，外环线列车起动后引起的活塞风在测点1能造成2～3m/s左右的风速。
图8测点1处的活塞风速3.4隧道中列车起动段的活塞风状况图9，图10和图11为前门--和平门区间内环线隧道靠前门站一侧距前门站分别为19m，37m，及69m处的活塞风测量结果，这些测点处于列车起动段（起动段和刹车段的阻塞比稍有增大，不予考虑），所测得的风速峰值较列车正常运行段偏小，三个测点达到最大风速值的时间亦逐渐后移。
对比图11和图5可知，当列车通过测点后，风速才逐渐加大，达到最大值，这符合列车在隧道内的运行规律。
图9测点2处的活塞风速图10测点15处的活塞风速图11测点16处的活塞风速测点15的风速（图10）较测点2的风速（图9）有所降低，是由于在测点15前后隧道隔墙上的一些窗口向另一侧隧道分流了一部分风量所致。
测验点16的风速接近于列车正常运行时引起的风速（与图7比较）。
4结论伴随列车的起动、加速、等速、减速、停止等运动状况产生的区间隧道内的活塞风随时间变化而处于不稳定状态。
本文通过现场实测，总结了地铁列车活塞风的各种现象。
4.1活塞风主要作用在列车运行的区间隧道内和两端车站行人出入口。
由于双线隧道中间隔墙卸压孔的存在，一侧隧道有列车通过时，另一侧隧道内会产生2m/s左右的风速，持续时间要较有列车通过侧短一些。
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地铁活塞效应有效利用的评价指标
列车进站时：
活塞风井排风率ε1
=
活塞风井排风量
活塞风井排风量+地面出入口排风量
列车离站时： 地面出入口进风率ε2
=
地面出入口进风量
活塞风井进风量+地面出入口进风量
如何定量确定进、排风量？
主要内容
1、地铁发展现状及问题 2、如何高效利用地铁活塞效应 3、CFD动网格分析方法 4、计算结果分析 5、结论
1000
1500
下行线列车行程(m)
2000
双活塞风井模式空气压力变化特性
A井C井 A口
B井D井
B口
40
30
20
10
压力(Pa)
0
列车运行速度
0 -10
-20
-30
-40
50
100
150
列车驶向车站 列车驶停泊车站
tatb tc td tetftg
A口 B口 A井 B井 C井 D井
时 间 (s)
t
a
t
b
tc~td
200
250 t
e
t
列车驶离车站
f
t
g
双活塞风井模式空气速度变化特性
A井C井 A口
B井D井
B口
6
5
4
3
2
1
0
列车运行速度
-1 0
A口 B口 A井 B井 C井 D井
列车驶离车站
ta tb tc~td
时 间(s)
50
100
150
200
250 te
速度(m/s)
-2
列车驶向车站 列车驶停泊车站
广州1997
数据来源: 2012年中国城市轨道交通年报
北京地铁发展
1970s，1、2号线 2013年，16条线路 10号环线全线贯通
1000km ·
527km
2020年
数据来源:
问题
1. 地铁车站内空气品质
PM CO2
如何实现地铁系统的节能减排？
2. 地铁环控系统能耗巨大
-3
tf
-4 -5
tatb tc td tetftg
tg
单活塞风井模式空气压力变化特性
列车运行速度
压力(Pa)
40 30 20 10
0 0
-10 -20 -30
50
100
150
列车驶向车站 列车驶停泊车站
ta tb tc td tf
A口 B口 A井 B井
列车驶离车站
时 间(s)
200
250
ta tb tc~td tf
2. 活塞风井距离站台端多少合适？ 1
3. 区间隧道长度变化对活塞效应 的影响？
A井
算
A口
例
2
50m
A
算 井 A口 例
3
100m
B井D井 B口
B井 B口
B井 B口
求解方法
建模 网格划分
方程及边界条件离散化
求解
否
解收敛否？
是
结果分析
➢ 以安定门车站及相连区间隧道为原型
C井
➢ 区间隧道动网格， A
车站及风井静网格
自控 16%
列车 53%
数据来源: 北京地铁通风空调系统优化与节能研究课题研究报告(2011)
主要内容
1、地铁发展现状及问题 2、如何高效利用地铁活塞效应 3、CFD动网格分析方法 4、计算结果分析 5、结论
地铁活塞效应
列车进站时 进站端活塞风井
出站端活塞风井
区间隧道 及站内废 热气排出
地铁车站及区间隧道结构形式决定 着地铁活塞效应引起的区间隧道及车站 列车离站时 内的空气流动特性
边界的运动形式可以是预先定义的运 动，即可以在计算前指定其速度或角速 度。
列车运行速度
动网格模型守恒方程
(1)
速度向量 移动网格的网格速度
时间导数项,可用一阶向后差分格式写成:
(2)
n和n+1代表不同的时间层
网格构筑方式
➢ 弹簧光滑模式(spring-based smoothing)
➢ 局部重画模式(remeshing)
室外新风 被吸入
站台门对活塞效应的影响
无站台门
理论分析
半高安全门
全高安全门
实验测试
屏蔽门
除屏蔽门外，其他站台门形式对活塞效应的影响很小
活塞风井模式对活塞效应的影响
双活塞风井模式
单活塞风井模式
活塞风井在出站端
活塞风井在进站端
如何有效利用地铁活塞效应
列车进站时：将隧道及车站废热空气及时排至室外
进站端活塞风井
基本计算求解思路
列车运行速度
三维复杂流动 列车运动导致流场形状随时间改变 列车运动速度变化
一维模拟软件（SES） 静网格
CFD动网格模型
CFD动网格模型
Fluent 动网格模型
动网格模型可以用来模拟流场形状由 于边界运动而随时间改变的问题。例如 内燃机、阀门、弹体投放和火箭发射都 是包含有运动部件的例子。
➢ 动态辅层模式(dynamic layering)
适用于与运动边界相邻的网格为结构型网格 的模型，网格更新时的合并因子与分割因子可分 别设置。
计算对象
鼓楼大街站
A井 C井 A口
B井 D井 B口
1200m
安定门站
140m
雍和宫站
736m
分析问题
A井 C井
1. 双、单活塞风井模式哪种好？ 算
பைடு நூலகம்A口
例
-8
主要内容
1、地铁发展现状及问题 2、如何高效利用地铁活塞效应 3、CFD动网格分析方法 4、计算结果分析 5、结论
计算结果分析 双、单活塞风井模式的影响比较
地铁活塞效应作用下的隧道空气压力分布
下行线列车
上行线列车
压力(Pa)
300
200
100
0 0
-100
-200
-300
下行线 上行线
500
活塞效应和地铁车站新风换 气概述
主要内容
1、地铁发展现状及问题 2、如何高效利用地铁活塞效应 3、CFD动网格分析方法 4、计算结果分析 5、结论
中国地铁发展
截至2013年3月 17 城市运营中，64条线路, 运营里程2000km
12 城市建设中 24 城市规划中
北京1969 天津1976
上海1995
井
总网格数为2100,000个
A口
➢ 标准k- ε湍流模型
➢ PISO算法
B口
B井 D井
计算方法有效性验证
B口风速计算值与实测值对比
B通 道风 速 (m/s)
6
计算值
4
2
时 间（ s）
0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
-2
实测值
-4
-6
96s
126s
列车到站 列车离站
活塞风井排风率ε1:68.8%
A井 C井 A口
B井 D井 B口
单活塞风井设置模式
活塞风井排风率ε1:56.8%
A井 A口
B井 B口
总排风量：11786m³
总排风量：11215m³
单、双活塞风井设置模式比较
列车离站 （进风）
单活塞风井模式空气速度变化特性
列车运行速度
速度(m/s)
6
A口
5 4
B口 A井
ta
B井
3
2
tb
列车驶离车站
1
0
-1 0
50
100
150
-2
列车驶向车站 列车驶停泊车站
时 间(s)
200
250
tc~td tf
-3
-4
ta tb tc td tf
-5
单、双活塞风井设置模式比较
列车进站 （排风）
双活塞风井设置模式