浅谈地铁车站通风空调系统设计中的优缺点

广东建材２００８年第５期１引言通风空调系统是地铁系统中一个重要系统，其不仅直接关系到整个地铁内部空气环境能否满足需要，也关系到险情（列车阻塞、火灾、车站火灾等）发生时整个地铁系统的防灾、救灾和人员疏散工作。

因此，地铁通风空调系统应具备以下主要功能：⑴列车正常运行时，保证地铁内部空气环境在规定的标准范围内，为乘客提供一个往返于地面至车站至列车的“过渡性”舒适环境，为管理人员提供较适宜的工作环境等。

⑵根据地铁系统内各种设备的工艺要求，提供空调或通风换气，以保证工艺设备良好运行时所需的工作环境要求。

⑶列车阻塞在区间隧道时，对阻塞隧道进行机械通风，为列车空调系统提供运行所需的空气冷却能力和新风量，在阻塞期间维持列车内部乘客能接受的环境条件，或向疏散的乘客提供足够的新鲜空气，使乘客能迎着新风方向疏散。

⑷列车在地铁内发生火灾时，根据火灾发生的部位和具体位置，对事发点采取有效的通风、排烟措施，以诱导乘客安全撤离火场及消防人员进行灭火工作。

由此，地铁通风空调系统主要由以下四个子系统组成（其中前三个为风系统）：⑴公共区通风空调兼排烟系统（简称系统Ａ）；⑵设备管理用房通风空调兼排烟系统（简称系统Ｂ）；⑶隧道通风兼排烟系统（简称系统Ｃ）；⑷空调制冷循环水系统（简称系统Ｄ）。

２概述图１为我国北方某城市在建地铁典型车站（左端）通风空调风系统的原理图（其中点划线范围内为系统Ｂ）。

由于典型地铁车站一般两端各设１个通风空调机房，各负担半个车站的空调负荷，本文仅针对该车站左端的通风空调系统进行分析。

该城市地处我国北部，根据该地的气象数据、该地铁系统高峰时间内每小时的设计行车对数和每列车车辆编组数等，该地铁采用了自然闭式、机械开式相结合的系统；并在车站站台两端部设置迂回风道，以满足闭式运行时列车活塞风的泄压要求，有效地减小地铁车站站台上的“吹风”现象，最大限度地增加候车乘客的舒适感。

３本工程特点目前我国地铁通风空调系统普遍存在：①系统比较复杂、庞大，设备众多，机房占用面积过大；②单台设备功能较为单一，系统操作复杂、繁琐，从而也导致了有的地铁已经运营三、四年，其控制系统还不能很好地发挥作用；③设备装机容量大，能耗高，不利于地铁系统的节能运行；④在市区，大体量的地面进、排风亭（风口），其用地、美观、噪声处理等诸多方面，都与周边环境存在较难协调等不利情况。

鉴于以上问题，地铁的设计者们也从各个方面作出了努力，力求解决这一系列的问题。

浅谈地铁车站通风空调系统设计中的优缺点林世生（广州市地下铁道设计研究院）摘要：本文以我国北方某地铁车站的通风空调系统设计为例，通过对其运行原理、机房布置、设备配置、运行控制模式及对其设计出发点和设计思路的分析，与目前应用较多的地铁通风空调系统进行比较，阐述了该系统在满足系统功能的情况下，基本上解决了普遍存在的一些问题，但同时也存在一些其他需要解决的问题。

关键词：地铁；通风空调系统；设计；优缺点图１某地铁车站（左端）通风空调风系统原理图工艺与设备１８８－－广东建材２００８年第５期从图１中可以看出，该系统最大的特点也是它与其他地铁开／闭式通风空调系统（其原理见图２，其中点划线范围内为系统Ｂ，虚线范围内为系统Ｃ）最大的不同之处是：系统Ａ、Ｂ、Ｃ合用风道、风亭；系统Ａ与系统Ｃ合用风机、风阀等设备，并将系统Ａ的过滤器、表冷器、风机（双向可逆、变频调速）、消声器、电动调节风阀等设备分散设置于土建混凝土风道内（详见图３）。

从而达到减少设备数量、节省机房面积，有效缩短车站长度，节约通风空调系统和因为本系统设备台数、装机容量的减小而导致的其它专业的设备、土建等初期投资，从而降低工程的整个造价。

另一方面，通过对系统Ａ、Ｃ的设备功能进行扩展、协调与兼顾，减少了设备的数量，达到了降低系统的复杂程度，简化运营操作的难度和方便运营管理的目的。

从上面的分析可以看出，该地铁通风空调系统在系统形式上进行了较大的变革；这种系统形式的出现，也丰富了我国地铁通风空调系统的设计。

４系统运行模式分析⑴从图１和图３中可以看出，该地铁通风空调系统运行控制的主要模式为：当地铁系统正常运行时，ＤＭ－１～４风阀关闭，新风、回风的混合风（或全新风）经ＢＬＱ－１表冷器处理、ＳＦ－１风机低速运转加压后，通过风管送至车站站厅、站台公共区；区间隧道则是利用列车运动产生的活塞风携带车站冷空气来进行冷却。

系统Ｂ的运行控制基本原理与系统Ａ相同。

当车站的公共区或设备管理用房发生火灾时，转换相关的通风空调子系统、分系统进入火灾运行模式，进行机械补风和排烟。

⑵当列车阻塞在区间隧道内时，ＤＴ－３～１２风阀关闭，ＤＴ－１、２风阀开启，系统转入隧道阻塞运行模式：ＤＭ－１、２（左线隧道阻塞时）或ＤＭ－３、４（右线隧道阻塞时）风阀开启，列车后方车站近端的２台隧道风机（即通风空调系统送风机ＳＦ－１、２和回／排风机ＨＰＦ－１、２，下同）高速运转送风，列车前方车站近端的２台隧道风机高速运转排风，隧道内机械通风气流方向与行车方向一致，控制列车周围空气温度＜４０℃，确保列车空调设备正常工作和乘客的安全与舒适。

⑶当列车在区间隧道内发生火灾且停留在区间隧道内时，ＤＴ－３～１２风阀关闭，ＤＴ－１、２风阀开启，系统转入区间隧道火灾运行模式：ＤＭ－１、２（左线隧道火灾时）或ＤＭ－３、４（右线隧道火灾时）风阀开启，根据列车的着火部位和具体滞留位置，该区间两端的两个车站，每站邻近火场的２台隧道风机同时启动高速运转送风或排烟（一个车站送，一个车站排），在着火隧道内形成纵向推挽式气流，诱导乘客迎着气流方向撤离火灾事故现场。

⑷当列车在车站隧道发生火灾或着火列车驶入车站时，ＤＴ－３、５～１１风阀关闭，ＤＴ－１、２、风阀开启，系统转入车站隧道火灾运行模式：ＤＭ－１、２和ＤＴ－４（左线隧道火灾时）或ＤＭ－３、４和ＤＴ－１２（右线隧道火灾时）风阀开启，车站每端的２台共４台隧道风机同时启动高速运转排烟，乘客迎着从列车通过站台、站厅、出入口通道向地面疏散。

５运行控制中应该注意的问题从上面的分析可以看出，对于地铁通风空调系统Ａ、Ｂ、Ｃ应具备的每一单项功能，不管是空调季节小新风、全新风和非空调季节全通风工况，还是车站公共区火灾、设备管理用房火灾、车站隧道火灾、区间隧道阻塞及火灾等工况，通过控制系统Ａ、Ｃ合用的ＳＦ－１、ＨＰＦ－１等风机的转速、运转方向和ＤＴ－１～１２、ＤＭ－１～４等风阀的开关及系统Ｂ的设备、风阀等，均能一一实现。

在实际的运行操作中，为了实现一种目的，不是其中一个系统独立运行就能完成的，而是需要与其它的子系统、分系统相互配合、协同动作才能完全实现。

该地铁通风空调系统Ａ、Ｂ、Ｃ合用风道与风亭，系统Ａ、Ｃ合用风机等设备，因此，在某些情况下三个系统分别担负的功能就很难完全被同时实现。

阐述如下：当某段区间隧道发生事故时，事故区间两端车站邻近事发点的各２台隧道风机都将投入事故运行工况；根据以上对运行模式的分析，同一车站的某端的这２台风机高速运转，要么同时向里送风，要么同时向外排风（烟）。

图２典型地铁车站（左端）通风空调风系统原理图（开／闭式）图３某地铁车站通风空调机房平面图（局部）工艺与设备１８９－－广东建材２００８年第５期如果是火灾列车滞留在区间隧道内时，事故区间两端车站邻近事发点的系统Ｃ就将转入火灾运行模式，同时系统Ａ、Ｄ均应停止运行。

此种工况下系统所有的操作都能够完全实现。

而当列车因故障（非火灾原因）或前方车站未发车而必须停在区间超过４分钟时，阻塞区间两端车站邻近事发点的系统Ｃ就将转入阻塞运行模式。

此种工况下就会导致这２个车站中邻近事发点的半个车站的通风空调系统Ａ停止运行，但这种情况不会对整个地铁系统造成很大的不利影响；需要注意的是：系统Ａ与Ｃ合用的设备（包括风机、风阀等）需在短时间内根据不同的运行模式进行相互转换，实施起来有一定的难度。

尤其是电动风阀，其电动执行器须选用工业专用类执行机构，才能长期保证其正常转换运行的可靠性。

另外，系统Ｂ所负责管辖的设备管理用房，包括车控室、站长室、通风空调电控室、信号设备室、通信设备室、通信电源室、低压、高压开关柜室、整流变压器室等重要的电气设备间及控制间，因此这些设备管理用房，尤其是车控室，房间内的各种设备均为一级负荷，其设备良好运行的可靠性，直接影响到整个地铁系统的运行和事故时的救援工作。

因此，当地铁系统发生事故和灾害时，除非是上述房间本身发生火灾，否则上述房间所属的通风空调子系统、分系统，尤其是车控室所属的通风空调系统，应该继续运行，为房间补充必需的新鲜空气或保证一定次数的通风换气以排除余热，保障设备正常运行的可靠性，以减轻操作人员的负担和杜绝误操作。

因此，当区间隧道发生事故，系统Ｃ按照既定的灾害运行模式投入运行，系统Ｂ的部分系统，则应该继续投入正常运行，以保证在事故延续时间内，各种工艺设备运行良好。

结合图３分析：由于系统Ｂ与系统Ａ、Ｃ共享风道、风亭，事故发生时，当隧道风机同时向隧道里送风时，因为隧道风机的风量大、压头也大，风道内将形成很大的负压，系统Ｂ则无法从风道内吸入新鲜空气，其送风量也就无法保证；当隧道风机同时向外排风时，系统Ｂ从风道内吸入的是从区间排出的热气流，而且由于风道内的正压，其排风则无法顺利排出；当隧道风机同时向外排烟时，系统Ｂ就会将风道内的烟气送入设备管理用房，直接影响事故指挥救援工作。

６其它需要解决的问题由于该地铁通风空调系统直接将系统Ａ的过滤段、表冷段、挡水段、风机（双向可逆、变频调速）段、消声段及电动调节风阀等设备分散设置于土建混凝土风道内，导致风道的长度增加；在系统中大量的采用混凝土风道，容易出现的问题也就越多。

⑴空调送风道，在表冷段后的部分应进行内保温绝热处理。

由于风道断面尺寸较大，尤其是在进行夜间通风和列车阻塞通风时，风道内气流速度较高，加之平时须对设备进行必要的维护管理，绝热材料的敷设（尤其是地面）及粘贴强度就是一个必须解决的重要问题。

由于是内保温，绝热材料、粘结剂的性能应符合使用温度和环境卫生的要求，另外设于地面上的风阀的保温应该如何处理等问题，都是应该值得注意的问题。

⑵在混凝土风道的底板与侧墙上有很多的开口部位，由于风道内风压形成的沿风管轴线方向的推力，容易造成钢板风管与混凝土风道相接处产生松动，引起漏风现象，因此风道的气密性较难保证。

⑶如果混凝土风道不进行保温，采用水泥砂浆找平的混凝土风道的内表面，长时间使用后容易产生灰尘，影响送风空气的质量。

⑷对于安装于风道内的设备，由于风机有正反转运行的要求，因此，过滤段、表冷段、挡水段、消声段还需考虑气流的双向流动的要求。

对于消声器，两端均采用多边形或圆形，即可满足要求；但对于过滤器、表冷器和挡水器等，虽然经过特殊设计、制作，设计成可开启式，但也不一定能够达到理想的效果，将直接影响事故时的排风、排烟效果，影响人员的安全撤离与事故救援工作。