對地鐵環(huán)控系統(tǒng)的探索

左定強(qiáng)

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地鐵交通已慢慢被廣大城市所青瞇。由于地鐵位于地下，與其它交通工具不同，為了吸引更多的乘客，必須營造出一個良好人工環(huán)境系統(tǒng)，來滿足乘客對環(huán)境的要求。于是，致力于控制地鐵環(huán)境這一工程的專業(yè)人員不斷探索，經(jīng)過不斷發(fā)展，更加關(guān)注局部通風(fēng)空調(diào)、變量調(diào)節(jié)控制及緊急情況下的通風(fēng)，于是概念也得到更新，地鐵環(huán)控就這樣出現(xiàn)了。

關(guān)鍵詞：地鐵環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能通風(fēng)空調(diào)

1 地鐵環(huán)控系統(tǒng)分類

地鐵環(huán)控系統(tǒng)的通風(fēng)形式可分為開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)。

1.1 隧道空氣與周圍空氣的自由交換稱之為開式系統(tǒng)，它應(yīng)用于機(jī)械通風(fēng)或列車的“活塞效應(yīng)”將空氣由隧道中間通風(fēng)井引入隧道內(nèi)，當(dāng)列車快要到達(dá)車站時(shí)打開的排風(fēng)減壓井排出，車站通過站臺底部排風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)。這樣的排風(fēng)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省費(fèi)用，缺點(diǎn)是車站的舒適性較差，開式通風(fēng)系統(tǒng)在早期城市地鐵系統(tǒng)普遍常見。

1.2 地鐵內(nèi)部與外界空氣的隔絕屬于閉式系統(tǒng)，它是通過有關(guān)閉閥門的隧道風(fēng)井來實(shí)現(xiàn)，只給能滿足乘客所需的空氣量。這種閉式的通風(fēng)系統(tǒng)主要是通過站臺的排風(fēng)系統(tǒng)將行車站臺里的熱空氣帶入站臺的空調(diào)中，以達(dá)到冷卻空氣的目的。而行車隧道里面的空氣冷卻方法是列車啟動車從站臺內(nèi)帶入的冷空氣到隧道里面，來達(dá)到冷卻隧道的目的。它的主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)與開式系統(tǒng)剛好相反，車站的舒適性較好，但費(fèi)用很高，閉式通風(fēng)系統(tǒng)多為早期的發(fā)達(dá)城市地鐵系統(tǒng)所采用。

1.3 在車站站臺與行車隧道之間安裝一道帶門的透明屏障所組成的一個系統(tǒng)簡稱屏蔽門系統(tǒng)，這道屏蔽門隔絕了行車隧道與車站站臺的空氣，導(dǎo)致列車從外部帶來的熱空氣進(jìn)入不了車站站臺，減少站臺內(nèi)空調(diào)的負(fù)荷運(yùn)行，而列車通道的通風(fēng)是由站臺底部的排風(fēng)系統(tǒng)通過隧道風(fēng)井抽進(jìn)新鮮室外空氣，并且通過列車的活塞作用引起隧道空氣與由站臺底部排風(fēng)系統(tǒng)吸進(jìn)的室外空氣進(jìn)行交換以實(shí)現(xiàn)隧道的冷卻來實(shí)現(xiàn)的。但是這樣的行車通道所產(chǎn)生的熱量會大大的增加，所以應(yīng)該核算行車通道的溫度是否達(dá)到允許設(shè)計(jì)的溫度，如需要用機(jī)械通風(fēng)和空調(diào)降溫的方法時(shí)，應(yīng)該綜合比較總能耗。它的主要優(yōu)點(diǎn)是安全性和舒適性都較好，主要缺點(diǎn)就是費(fèi)用十分昂貴，屏蔽門系統(tǒng)技術(shù)要求高，這種高科技系統(tǒng)一般存在于當(dāng)今的發(fā)達(dá)城市的地鐵中。

2 地鐵的空調(diào)通風(fēng)

地鐵中的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由于其特殊的應(yīng)用場合，與地面建筑物空調(diào)系統(tǒng)相比有很大不同：

2.1 隧道風(fēng)機(jī)的應(yīng)用

列車在行車通道運(yùn)行時(shí)，通道內(nèi)的熱量主要來源于列車的頂部冷凝器放熱和底部的機(jī)械制動，由于活塞風(fēng)的作用，所以列車在正常的運(yùn)行情況下所產(chǎn)生的熱量都得以冷卻，而當(dāng)列車由于特殊的原因停在行車通道內(nèi)時(shí)，此時(shí)的活塞風(fēng)不能夠形成，導(dǎo)致通道內(nèi)的熱量冷卻不了，加上車頂?shù)睦淠骼^續(xù)放熱，會使得行車通道內(nèi)的溫度迅速升高。當(dāng)冷凝器進(jìn)風(fēng)大于46℃，則部分壓縮機(jī)卸載，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度大于56℃時(shí)，壓縮機(jī)停止工作。壓縮機(jī)一停止工作，列車內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)就停止了工作，導(dǎo)致車內(nèi)的熱量散不出去，溫度慢慢升高，使的乘客無法忍受。為了避免這一情況的發(fā)生，此時(shí)，可以啟動列車后方車站一臺事故風(fēng)機(jī)和列車前方車站一臺事故風(fēng)機(jī)，做到后方站臺的事故風(fēng)機(jī)送風(fēng)，前方站臺的事故風(fēng)機(jī)排風(fēng)，構(gòu)成推挽型縱向通風(fēng)方式以達(dá)到快速冷卻行車通道的效果，來保障乘客與列車的安全。

2.2 地鐵火災(zāi)狀況

為了防止火災(zāi)的發(fā)生而造成不必要的人員傷亡，地鐵可以根據(jù)不同的區(qū)間劃分不同的防火區(qū)，根據(jù)不同的防火區(qū)可以利用不同的防火模式。當(dāng)行車隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，為了防止應(yīng)火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧散不出去，應(yīng)向乘客以及消防隊(duì)員提供不少于2m/s的迎面風(fēng)速，防止煙霧向乘客和消防隊(duì)員蔓延，造成不必要的人員傷亡。為了達(dá)到上述風(fēng)速的要求，在火災(zāi)發(fā)生的行車通道內(nèi)，運(yùn)行通道兩端的事故風(fēng)機(jī)，送風(fēng)端車站排/回風(fēng)機(jī)減半運(yùn)作，以形成正壓；排風(fēng)端車站另一端的事故風(fēng)機(jī)和排/回風(fēng)機(jī)全速運(yùn)作排煙，形成負(fù)壓。由于兩端壓力差，則可確保行車隧道所需要的風(fēng)速。當(dāng)車站發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)不同的防火區(qū)域可分為站廳層火災(zāi)、站臺層火災(zāi)、設(shè)備區(qū)火災(zāi)。站廳層發(fā)生火災(zāi)時(shí)，站廳排煙系統(tǒng)進(jìn)行排煙，關(guān)閉站廳層送風(fēng)及站臺層送、排風(fēng)，新風(fēng)通過出站口進(jìn)入站廳。站臺層發(fā)生火災(zāi)時(shí)，關(guān)閉站廳排風(fēng)管和站廳、站臺送風(fēng)系統(tǒng)，利用站臺排煙系統(tǒng)將煙氣經(jīng)風(fēng)井排至地面，為保證站廳站臺連通口處有一定向下≥1.5m/s的風(fēng)速，尚需打開屏蔽門利用隧道通風(fēng)系統(tǒng)加強(qiáng)排煙。設(shè)備區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，設(shè)備房間根據(jù)防火等級不同分別進(jìn)行氣滅或其他消防滅火，設(shè)備區(qū)走廊和車站控制室開啟加壓風(fēng)機(jī)，使該區(qū)域相對火災(zāi)發(fā)生區(qū)域正壓。

3 地鐵運(yùn)行與節(jié)能

地鐵的環(huán)控系統(tǒng)的用電量十分驚人，它的用電量約占整個地鐵用電量的百分之四十，因此，對環(huán)控系統(tǒng)裝置用電量的改進(jìn)意義重大。

地鐵環(huán)控分兩個部分，即車站和區(qū)間。前者無論站廳層還是站臺層都需要空調(diào)系統(tǒng)，而后者主要靠通風(fēng)來降低隧道內(nèi)的空氣溫度。早期的地鐵通風(fēng)系統(tǒng)都是車站與行車隧道聯(lián)系在一起的，車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)冷負(fù)荷主要來源于地鐵列車的加速、勻速運(yùn)行、制動、空調(diào)、接觸網(wǎng)等，占地鐵得熱量的三分之二。現(xiàn)在許多國家的城市地鐵通風(fēng)系統(tǒng)都是屏蔽門系統(tǒng)，將車站站臺與行車通道隔開，只有當(dāng)列車進(jìn)站時(shí)，屏蔽門才打開供乘客進(jìn)出。與早期的城市地鐵通風(fēng)系統(tǒng)相比，屏蔽門系統(tǒng)的車站站臺內(nèi)的空調(diào)用電量就很低，早期的車站站臺內(nèi)的空調(diào)不僅用于站臺內(nèi)行人以及各個用電器，還有大部分都用于列車所產(chǎn)生的熱量，而采用了屏蔽門系統(tǒng)之后，車站內(nèi)的空調(diào)只用于車站內(nèi)的某些用電器以及行人，不需要用于列車所產(chǎn)生的熱量。所以采用屏蔽門可以達(dá)到運(yùn)行時(shí)節(jié)電的目的。

除了靠空調(diào)來冷卻列車的行車通道外，還可以用事故風(fēng)機(jī)對區(qū)間通道進(jìn)行通風(fēng)，簡稱區(qū)間通風(fēng)。所謂的區(qū)間通風(fēng)就是兩站臺的事故風(fēng)機(jī)在列車不運(yùn)行的時(shí)候進(jìn)行推挽型縱向通風(fēng)，來降低行車通道的溫度；另一方面就是列車在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的活塞風(fēng)來降低行車通道的溫度。由地面上的風(fēng)亭排出區(qū)間內(nèi)的空氣和吸入外界的溫度較低的空氣，對隧道內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)。為了避免和減少活塞風(fēng)進(jìn)入站臺層和站廳層，在站臺與列車通道之間設(shè)立了屏蔽門系統(tǒng)，將車站與區(qū)間隔離開來。在此過程中我們發(fā)現(xiàn)，在絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)室外空氣焓值小于隧道內(nèi)空氣焓值，所以設(shè)置一個獨(dú)立的隧道排熱系統(tǒng)，直接利用室外新風(fēng)，以節(jié)約大量電能。

由于地鐵建設(shè)的特殊性，它具有一定的密封性和空調(diào)負(fù)荷的特殊性，地鐵在初始運(yùn)行時(shí)，隧道土壤溫度較低，列車活塞風(fēng)對站臺和區(qū)間有降溫作用，可承擔(dān)一部分空調(diào)負(fù)荷；而長期運(yùn)營中，由于區(qū)間周圍土壤溫度升高，會加大空調(diào)冷負(fù)荷。因此，合理選擇和適時(shí)安裝冷凍機(jī)和風(fēng)管系統(tǒng)顯得尤其重要，這種節(jié)能措施在當(dāng)今的地鐵運(yùn)行中也顯得尤為重要。

除了以上提到的屏蔽門的應(yīng)用、活塞風(fēng)的利用、合理選擇和適時(shí)安裝冷凍機(jī)和風(fēng)管系統(tǒng)有利于地鐵節(jié)能外，變頻技術(shù)的應(yīng)用使得地鐵運(yùn)行的節(jié)能效果更為顯著。由于溫差以及客流量的變化，采用變頻調(diào)速在地鐵環(huán)控系統(tǒng)中將是節(jié)能的最有效措施。在地鐵環(huán)控系統(tǒng)中采用交流變頻技術(shù)，不但操作簡單、方便、維護(hù)量小，而且有顯著的節(jié)能效果。因此在地鐵環(huán)控系統(tǒng)中采用變頻技術(shù)是應(yīng)該倡導(dǎo)和大力推廣的。

4 結(jié)束語

如今，地鐵在擁擠的大都市中的作用可謂舉足輕重，于是越來越多的城市開始修建地鐵。一方面給我們從事暖通工作的人員提供了機(jī)遇，但隨著全世界對環(huán)境的重視，人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，乘坐地鐵舒適度要求的提高，也給我們廣大暖通設(shè)計(jì)人員提出了更大的挑戰(zhàn)。我們應(yīng)當(dāng)本著節(jié)能、舒適的原則，勇于創(chuàng)新，刻苦鉆研，發(fā)揮自己的聰明才智回報(bào)社會，造福人類。

參考文獻(xiàn)：

[1]王棟，吳喜平，于赫男，于連廣，駱澤彬.一種新型均勻送風(fēng)管道在地鐵環(huán)控系統(tǒng)中的應(yīng)用.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2011年第2期.

[2]那艷玲，李志廣.深圳地鐵5號線環(huán)控系統(tǒng)的模擬輔助設(shè)計(jì).暖通空調(diào)，2010年第9期.

[3]董書蕓.寒冷地區(qū)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究.廣州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010年第2期.

[4]張光達(dá)，何斌，王曉保.基于變頻控制的地鐵站環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能效果測試.現(xiàn)代城市軌道交通，2010年第1期.

[5]馬守為.城市地鐵環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能措施與效果的初步研究.山西建筑，2009年第6期.

[6]陳韶章，鄧先平，賀利工.亞熱帶地區(qū)地鐵環(huán)控系統(tǒng)的工程實(shí)踐和理論探討.中國工程科學(xué)，2006年第10期.