1、地鐵通風(fēng)空調系統的功能及組成

通風(fēng)空調系統作為地鐵中的重要設備系統之一，擔負著(zhù)對地鐵內部的空氣溫度、濕度、空氣流速、空氣壓力和空氣品質(zhì)進(jìn)行控制的任務(wù)，平時(shí)為車(chē)站提供一個(gè)適宜的環(huán)境；當列車(chē)阻塞在區間隧道時(shí)，向阻塞區間提供一定的通風(fēng)量，保證列車(chē)空調等設備正常工作，維持車(chē)廂內乘客在短時(shí)間內能接受的環(huán)境條件；當發(fā)生火災事故時(shí)，提供迅速有效的排煙手段和足夠的新鮮空氣，并形成一定的迎面風(fēng)速，引導乘客安全迅速地撤離火災現場(chǎng)；也為各種設備提供必要的空氣溫度、濕度以及潔凈度等條件，保證其正常運轉。地鐵通風(fēng)空調系統主要由以下四個(gè)子系統組成（其中前三個(gè)為風(fēng)系統）：①公共區通風(fēng)空調兼排煙系統；②設備管理用房通風(fēng)空調兼排煙系統；③隧道通風(fēng)兼排煙系統；④空調制冷循環(huán)水系統。

2 地鐵通風(fēng)空調系統的特點(diǎn)

1）地下部分內部空間相對閉塞，與外界的空氣交換只能通過(guò)車(chē)站的出入口和有限的隧道、車(chē)站通風(fēng)亭口部來(lái)進(jìn)行。

2）地下線(xiàn)路內部有顯著(zhù)的內熱源，地鐵站的負荷特性決定其全年需要供冷。

3）地鐵站存在嚴重的污染源，如列車(chē)剎車(chē)閘瓦產(chǎn)生大量的粉塵、人們新陳代謝產(chǎn)生的CO2 氣體等污染物。

4）列車(chē)運行產(chǎn)生活塞通風(fēng)效應。

3 地鐵通風(fēng)空調系統存在的問(wèn)題現有的通風(fēng)空調系統最主要的問(wèn)題

1）系統操作復雜、繁瑣，控制運行不便；

2）系統龐大，設備眾多，機房占用面積過(guò)大，一般在1200~2500m2 左右；

3）系統運行能耗高，達到了地鐵總能耗的40%左右；

4）在市區，大量的地面進(jìn)、排風(fēng)亭（風(fēng)口），其用地、美觀(guān)、噪聲處理等諸多方面，都與周邊環(huán)境存在較難協(xié)調等不利情況。

4 地鐵通風(fēng)空調系統的優(yōu)化措施

4.1 采用冷水機組群控系統

冷水機組的群控是指利用自動(dòng)控制技術(shù)對制冷站內部的相關(guān)設備（冷水機組、水泵、冷卻塔、閥門(mén)等）進(jìn)行自動(dòng)化監控，使制冷站內的設備達到最高效的運行狀態(tài)[1]。群控系統會(huì )采集和控制各類(lèi)輸入輸出信號，實(shí)現多臺冷水機組的遠程管理控制，同時(shí)也把冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔等聯(lián)鎖控制納入管理。群控系統可根據需要自動(dòng)調節，監控和管理空調系統，使系統處于最佳的工作狀態(tài)和最少的能源消耗。每座地鐵車(chē)站冷水機組系統獨立設置一套群控系統，實(shí)現監控功能和連鎖保護功能。群控系統的控制界面如圖1 所示。

近幾年開(kāi)通的北京地鐵新線(xiàn)，采用了冷水機組群控系統，做到了空調系統的智能自動(dòng)化監控，將車(chē)站溫度控制在合理區域內，避免了傳統控制方式下按時(shí)間表開(kāi)啟冷水機組、風(fēng)機、水泵等設備，使車(chē)站溫度過(guò)低而造成的能源浪費，實(shí)現節能運行。

4.2 采用合適的空氣凈化器

在地鐵車(chē)站中，空氣處理設備主要由初效過(guò)濾器、空氣凈化器、表冷器、風(fēng)機、消聲器和風(fēng)管組成，其中起凈化消毒作用的是空氣凈化器段。當空氣凈化選擇靜電凈化技術(shù)時(shí)，一般將靜電凈化器放置在初效過(guò)濾器后，空氣處理流程為初效過(guò)濾器-- 靜電凈化器--表冷器-- 風(fēng)機-- 消聲器-- 送風(fēng)[2]。也可以選擇靜電凈化與紫外線(xiàn)疊加技術(shù)，即初效過(guò)濾器-- 靜電凈化器--紫外線(xiàn)消毒-- 表冷器-- 風(fēng)機-- 消聲器-- 送風(fēng)。靜電凈化是利用電暈放電原理，使空氣中的粉塵帶上電荷，利用庫侖力的作用將帶電粒子捕集在集塵設備上，通過(guò)氣體電離、粉塵荷電、粉塵沉降和清灰四個(gè)階段實(shí)現顆粒污染物與氣流的分離，達到除塵和凈化空氣的目的?？諝鈨艋^(guò)程如圖2 所示。

靜電凈化對于可吸入顆粒物、有機污染物、CO、CO2、細菌、微生物等都有很好的去除效果，因為粉塵、灰塵等是微生物賴(lài)以生存的載體，因此使用該設備后，間接起到殺菌效果。同時(shí)該設備在電場(chǎng)電離過(guò)程中可以釋放出對人體健康極有好處的負離子。非常適合于灰塵量較大的地鐵中央空調的空氣凈化和除塵。

4.3 采用新型通風(fēng)空調集成系統

地鐵中傳統的通風(fēng)空調系統的構成較為復雜，各系統的設置相互獨立，在運行方面也具有相對的獨立性。對于區間隧道的通風(fēng)系統設備，只在區間事故情況下運行，平時(shí)長(cháng)時(shí)間閑置，造成浪費。由于傳統系統構成復雜，所以系統對機房面積的需求大大增加，占用了大量寶貴的地下空間，導致車(chē)站規模大。從工況分析可以看出，區間隧道與車(chē)站公共區兩個(gè)獨立的系統不存在同時(shí)使用的情況，即車(chē)站公共區系統運行時(shí)，區間隧道系統是關(guān)閉的，反之亦然。同時(shí)，車(chē)站公共區系統常年運行，而區間隧道系統則長(cháng)時(shí)間的閑置。另外，地鐵線(xiàn)路通常在規劃道路下面，風(fēng)亭要控制在道路紅線(xiàn)以外的合適位置，風(fēng)道一般很長(cháng)，少則三四十米，多則七八十米。傳統系統中風(fēng)道內部的空間不能很好地加以利用。

傳統系統的區間隧道與車(chē)站公共區的通風(fēng)空調機房一般都設置在車(chē)站兩端，位置相鄰。區間隧道風(fēng)機與車(chē)站公共區系統風(fēng)量相近，采用變頻技術(shù)可以將兩個(gè)系統的風(fēng)機合用，滿(mǎn)足不同風(fēng)量、風(fēng)壓要求。從兩個(gè)系統的通風(fēng)方向看，一個(gè)向隧道且方向可逆轉，一個(gè)向車(chē)站有送有排，風(fēng)機合用后設置在風(fēng)道內，通過(guò)風(fēng)機及風(fēng)閥的轉換即可分別實(shí)現對隧道和車(chē)站通風(fēng)。車(chē)站公共區的空氣處理設備，取消空氣處理機組，將表冷器、過(guò)濾器通過(guò)改裝后設置在風(fēng)道中[3]。這樣就將隧道與車(chē)站公共區通風(fēng)系統完全合并設置在風(fēng)道中，既解決了隧道風(fēng)機的閑置問(wèn)題，又有效地利用了風(fēng)道內的空間。新型通風(fēng)空調集成系統已在北京地鐵5 號線(xiàn)、10號線(xiàn)等工程中成功應用，減小了地鐵通風(fēng)空調系統機房占地面積、節省了土建成本，保證了系統功能要求。

4.4 采用新型可調通風(fēng)型屏蔽門(mén)

地鐵通風(fēng)空調系統能耗的高低不僅與自身系統完善度有關(guān)，還與站臺門(mén)的型式關(guān)系密切。在空調季節，采用全封閉屏蔽門(mén)的通風(fēng)空調系統負荷小，與設置安全門(mén)的閉式通風(fēng)空調系統相比具有節能的優(yōu)勢。

但在非空調季節，由于設置屏蔽門(mén)后無(wú)法利用列車(chē)活塞風(fēng)對車(chē)站進(jìn)行自然通風(fēng)，使得其通風(fēng)能耗高于設置安全門(mén)的車(chē)站。根據通風(fēng)空調系統的需求，新型屏蔽門(mén)綜合了全高封閉式屏蔽門(mén)和全高非封閉式屏蔽門(mén)的特點(diǎn)，即從型式上采用上下固定方式的全高非封閉式屏蔽門(mén)，在門(mén)體的適當位置（上部或下部）設置開(kāi)口，開(kāi)口采用活動(dòng)式，根據通風(fēng)空調系統的需求必要時(shí)將開(kāi)口關(guān)閉，則實(shí)現全高封閉式屏蔽門(mén)的功能。新型開(kāi)口式屏蔽門(mén)相對于傳統全封閉屏蔽門(mén)，從屏蔽門(mén)自身的功能特點(diǎn)—也就是說(shuō)和列車(chē)車(chē)門(mén)一對應同步開(kāi)啟方面沒(méi)有本質(zhì)的區別，不同之處只是在不影響滑動(dòng)門(mén)開(kāi)、關(guān)的適當位置設置必要的活動(dòng)式開(kāi)口，并根據通風(fēng)空調系統的具體需要將開(kāi)口關(guān)閉或打開(kāi)。屏蔽門(mén)樣式如圖3 所示。

軌道交通新型節能環(huán)控系統，不僅包括通風(fēng)空調專(zhuān)業(yè)，還包含了屏蔽門(mén)、FAS/BAS、供電、建筑等相關(guān)專(zhuān)業(yè)。它是以通風(fēng)空調為基礎，密切結合屏蔽門(mén)而創(chuàng )建的一種新型節能環(huán)控系統，該系統不僅能夠滿(mǎn)足軌道交通中的傳統通風(fēng)空調系統的功能要求，而且可以適應不同地區的氣象參數，能夠滿(mǎn)足更多地區的軌道交通要求。

該系統最大的優(yōu)點(diǎn)是節約能耗。對比傳統的通風(fēng)空調系統而言，在過(guò)渡季及冬季，可以充分利用活塞風(fēng)，滿(mǎn)足車(chē)站公共區及隧道區間的溫濕度要求，從而節約車(chē)站公共區風(fēng)機能耗、區間風(fēng)機能耗，達到節約能源的目的。目前，該系統還未應用到北京新建的地鐵線(xiàn)上，其具體的數據還有待實(shí)施后驗證。

5 地鐵通風(fēng)空調系統的發(fā)展趨勢

地鐵作為一個(gè)城市的標志性公共基礎建筑，憑借著(zhù)強大的人員分流能力，已成為各大中城市重點(diǎn)發(fā)展的對象。隨著(zhù)地鐵建設規模的日益壯大，技術(shù)水平的不斷提高，通風(fēng)空調系統的未來(lái)發(fā)展趨勢必然是安全、節能、綠色。

1）安全。通風(fēng)空調系統擔負著(zhù)地鐵內部的空氣環(huán)境控制的重任，事關(guān)乘客和工作人員的健康與安全，系統設置和設備配置上一定要以安全為本。地鐵的地下部分相對較為閉塞，隨著(zhù)人們健康意識的提高，對地下空間的空氣環(huán)境將提出越來(lái)越高的要求。地鐵車(chē)輛在隧道內運行，運行中因電刷、閘瓦制動(dòng)產(chǎn)生的粉末及隧道內灰塵，通過(guò)活塞風(fēng)效應進(jìn)入車(chē)站。人員的龐雜及上下流動(dòng)性較大，對車(chē)站塵埃也有很大的影響，空氣中布滿(mǎn)細微顆粒物。人們在享受地鐵帶來(lái)的交通便利的同時(shí)，也要承受污濁的空氣環(huán)境。采用靜電式空氣凈化器能夠解決部分空氣質(zhì)量問(wèn)題，但同時(shí)對于地下車(chē)站過(guò)濾器的清理難度較高、清理工作量較大等實(shí)際問(wèn)題，還需要研究相應的自動(dòng)清洗或半自動(dòng)清洗裝置，對過(guò)濾器和其他設備進(jìn)行清洗。

2）節能。傳統的地鐵通風(fēng)空調系統存在突出特點(diǎn)就是運行能耗高，占運行總能耗的40%左右。在正在進(jìn)行的地鐵建設中，北京已經(jīng)將通風(fēng)空調系統的優(yōu)化和變頻技術(shù)加以采用，如上所說(shuō)的采用冷水機組群控、采用新型通風(fēng)空調集成系統以及采用新型可調通風(fēng)型屏蔽門(mén)等方式，都會(huì )為能耗的降低做出較大的貢獻。從系統制式的選擇上看，合理的系統方式設置對節省所占用的土建空間和運營(yíng)節能至關(guān)重要。其中可調通風(fēng)型站臺門(mén)通風(fēng)空調系統有很好的發(fā)展前景，提供了適用于不同氣候條件的新型環(huán)控系統形式，能夠滿(mǎn)足城市軌道交通各種正常及事故工況下通風(fēng)空調系統的全部功能需求，節能效果顯著(zhù)；同時(shí)，還可以有效解決嚴寒地區冬季地鐵站內溫度偏低的技術(shù)難題。

3）綠色。通風(fēng)空調系統要合理利用能源，充分利用自然能源，如果可能盡量重點(diǎn)利用低品位能源，同時(shí)兼顧熱回收。降低冷量輸送能耗，例如將風(fēng)輸送改為水輸送、制冷劑輸送等。從城市景觀(guān)角度考慮，凸出地面的風(fēng)亭和設置在地面的冷卻塔、風(fēng)冷機組等設施與設備會(huì )對城市景觀(guān)造成一定的影響，尤其是在一些敏感區域和道路。為了減小冷卻塔對城市景觀(guān)的影響，降低運行噪聲，在布置方式上，目前已經(jīng)有了非常規方式的探索和應用,主要有:下沉式、半下沉式、風(fēng)道進(jìn)風(fēng)式、綠化隱藏式等幾種。為滿(mǎn)足環(huán)保的要求，通風(fēng)空調設備盡量選擇超低噪聲、低振動(dòng)的產(chǎn)品。

6 結語(yǔ)

通過(guò)前面的總結可以看出，現有地鐵通風(fēng)空調系在結構形式、資源利用、設置理念以及運行管理等方面都有了一定程度的改進(jìn)。但由于地鐵內部空間的局限性和特殊性，一些適用于地上建筑的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝在地鐵中的適用性研究還有待研發(fā)。通過(guò)地鐵建設各參與方的努力，實(shí)現通風(fēng)空調技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。