摘要：文章根據地鐵環(huán)境特點(diǎn)提出影響地下通風(fēng)空調系統的幾點(diǎn)因素，并簡(jiǎn)要介紹地鐵通風(fēng)空調系統的幾種節能途徑。

　　關(guān)鍵詞：地鐵環(huán)控系統；模式設計；節能

　　我國正處于大規模城市化的時(shí)期，全國各大城市的交通狀況一直非常緊張，交通不暢嚴重影響著(zhù)人們的生活，制約著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展。改善城市公共交通狀況已經(jīng)成為各大中城市政府相當急迫的要求和共識。隨著(zhù)近年來(lái)軌道交通的高速發(fā)展，北京、上海、廣州、深圳、天津、南京等各大城市都建成或正在實(shí)施各自的快速軌道交通路網(wǎng)的骨干線(xiàn)路。地鐵具有高效、快捷、安全和污染小的特點(diǎn)，避開(kāi)了地面道路擴容困難的矛盾，有效地緩解了交通難的問(wèn)題。因此地鐵建設在世界各大城市得到廣泛應用，已經(jīng)成為城市大運量公共交通系統的首選。

　　一、地鐵環(huán)境特點(diǎn)

　　地鐵是一類(lèi)特殊的建筑，是由多個(gè)車(chē)站通過(guò)隧道連接成的一個(gè)整體。地鐵主體建筑（車(chē)站和行車(chē)隧道）一般位于地下數米至數十米深處，其上覆蓋土層，是一個(gè)相對封閉的場(chǎng)所。內部空間（包括隧道和站臺，站廳等）較大，但與外界連通的開(kāi)口相對較少，只有少量的通風(fēng)井和車(chē)站的出入口與外界直接連通，其他部分基本上與大氣隔絕。由于功能上的要求，地鐵一般是全年運行的，在車(chē)站和隧道內有大量的人流和車(chē)流，而且流量在不斷地變化。地鐵運營(yíng)和乘客進(jìn)出站口揮發(fā)出大量的熱量，使空氣濕度增大，同時(shí)還產(chǎn)生一些有害氣體，如不及時(shí)排除就會(huì )降低地鐵的運營(yíng)環(huán)境。同時(shí)，當列車(chē)因非火災事故阻塞在區間隧道內時(shí)，因不能產(chǎn)生“活塞效應”而無(wú)法提供新鮮空氣而導致停留在車(chē)廂內的乘客和向安全地疏散的乘客感到不舒適。隨著(zhù)人們生活水平的提高，地鐵必須給乘客提供一個(gè)舒適度高的環(huán)境。因此，建立一套完整的環(huán)控系統不僅是乘客舒適乘車(chē)的要求也是確保地鐵安全運營(yíng)的要求。

　　二、地鐵環(huán)控系統組成及作用

　　地鐵環(huán)控系統主要由以下幾部分組成：隧道通風(fēng)系統；車(chē)站空調通風(fēng)系統（大系統）；車(chē)站管理用房和設備用房空調通風(fēng)系統（小系統）；空調制冷循環(huán)水系統；隧洞口空氣幕系統；折返線(xiàn)通風(fēng)系統等。環(huán)控系統的作用是控制和調節地鐵內的熱環(huán)境，保證地鐵內的IAQ（室內空氣品質(zhì)）在一個(gè)合理舒適的范圍之內，滿(mǎn)足乘客和工作人員的舒適性、健康和安全需求，滿(mǎn)足設備的工作要求。此外，它應當在事故及災害情況下進(jìn)行通風(fēng)、排煙和排熱，起到生命保障及輔助滅火作用。

　　三、環(huán)控系統節能途徑

　　作為地鐵運輸系統的一個(gè)重要子系統，在保證地鐵環(huán)境的同時(shí)，地鐵環(huán)控系統的代價(jià)也是高昂的。由于地鐵內部的巨大空間和負荷，環(huán)控系統的風(fēng)機、制冷機、空調機的裝機容量都相當大，由此引起大量設備投資和運行能耗費用。尤其是運行能耗，而其中環(huán)控系統能耗在總能耗中占相當大的比例，已經(jīng)嚴重影響到地鐵運營(yíng)的經(jīng)濟性。因此環(huán)控系統的節能具有重要的意義。

　�。ㄒ唬┩�風(fēng)系統的優(yōu)化

　　目前地鐵環(huán)控系統基本采用全空氣系統，由于地鐵的負荷特點(diǎn)，風(fēng)機的運行時(shí)間要長(cháng)于制冷機，而且風(fēng)機的功率遠大于一般建筑的空調系統的風(fēng)機，因此風(fēng)機能耗比例通常大于一般建筑的空調系統的風(fēng)機能耗比例。地鐵環(huán)控系統運行能耗中，風(fēng)機能耗所占比例最大。冷機能耗雖然也不小，但由于地鐵負荷的特點(diǎn)，發(fā)熱量不可能有大的減少，根據現有技術(shù)水平，螺桿式冷水機組已具有良好的部分負荷特性，冷量調節范圍為20-100％，所以冷機節能的余地不大。因此，車(chē)站節能的重點(diǎn)應放在風(fēng)系統的節能優(yōu)化上。

　　1、隧道通風(fēng)系統。站臺下/軌道頂排熱通風(fēng)系統中UPE/OTE風(fēng)機正常情況每日從地鐵運營(yíng)開(kāi)始至運營(yíng)結束期間一直運作，是長(cháng)期運作風(fēng)機。其作用是排除列車(chē)進(jìn)站、停站、出站時(shí)的產(chǎn)熱量，以減少列車(chē)發(fā)熱量對車(chē)站及區間的影響，同時(shí)還兼容排煙功能�？紤]到近遠期列車(chē)對數不同、列車(chē)發(fā)熱量不同、風(fēng)機的排風(fēng)量不同，UPE/OTE風(fēng)機宜采用變頻風(fēng)機來(lái)調節風(fēng)量，既能滿(mǎn)足功能要求又可以達到良好的效果，同時(shí)對風(fēng)機的控制簡(jiǎn)單可靠容易實(shí)現。

　　2、車(chē)站通風(fēng)系統。車(chē)站公共區空調通風(fēng)系統由組合式空調箱、回/排風(fēng)機、空調新風(fēng)機組成，以往一般都是采用定風(fēng)量運行，靠調節設備的運行臺數來(lái)適應車(chē)站負荷的變化。由于早晚兩個(gè)客流負荷高峰的存在，使送風(fēng)量出現兩個(gè)峰值而其他時(shí)候的風(fēng)量較小。采用定風(fēng)量系統時(shí)，必須滿(mǎn)足兩個(gè)峰值風(fēng)量，這樣在非峰值負荷時(shí)，其風(fēng)量顯然浪費了。如果按照平均風(fēng)量計算風(fēng)機能耗，則風(fēng)機能耗僅為按峰值風(fēng)量計算時(shí)的70％左右�？梢�(jiàn)采用定風(fēng)量運行的能耗浪費是相當嚴重的，采用變風(fēng)量系統是必要的。

　　實(shí)現風(fēng)機變風(fēng)量最有效最節能的方法是對風(fēng)機變頻調速。變頻調節具有無(wú)級調節、調節范圍大、調節靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現對風(fēng)量的準確控制，并保持風(fēng)機的效率不因風(fēng)量的減小而減小，從而達到明顯的節能效果。

　�。ǘ�）通風(fēng)、空調運行模式的優(yōu)化

　　通風(fēng)系統采用“只送不排”模式，利用車(chē)站出入口作為排風(fēng)道，可以節省大系統回排風(fēng)機的能耗。采用“只排不送”模式，車(chē)站出入口成為進(jìn)風(fēng)道，節省空調箱送風(fēng)機的能耗。

　　事實(shí)上，由于回排風(fēng)道上沒(méi)有過(guò)濾器和表冷器等局阻，回排風(fēng)道的阻抗小于送風(fēng)道的阻抗，因此相同條件下“只排不送”的能耗要小于“只送不排”的能耗。但是“只排不送”受新風(fēng)溫度限制，當室外溫度過(guò)低時(shí)，采用“只排不送”由出入口進(jìn)風(fēng)，迎面吹來(lái)冷風(fēng)將令出站的乘客明顯覺(jué)得不舒適；此時(shí)如果采用“只送不排”，出入口排風(fēng)，且排風(fēng)溫度高于外溫，迎面吹來(lái)的暖風(fēng)將使正進(jìn)站的乘客覺(jué)得更舒適。需要注意的是，采用單排或單送模式時(shí)，出入口送/排風(fēng)可能和無(wú)組織進(jìn)/出風(fēng)相疊加，需考慮出入口風(fēng)速過(guò)大的問(wèn)題。

　　文獻指出送風(fēng)溫度與系統能耗的關(guān)系：存在著(zhù)一個(gè)令總能耗最小的送風(fēng)溫度的極小值，送風(fēng)溫度小于極小值以后，系統能耗上升非常緩慢。根據這一理論，送風(fēng)溫度盡可能的定得比較低以減少風(fēng)機能耗，在工程計算一般情況下，給出幾個(gè)送風(fēng)溫度作為設定值，當實(shí)際送風(fēng)溫度高于該值時(shí)，降低冷凍水供水溫度，反之則提高。

　�。ㄈ�）集中制冷

　　這是近期經(jīng)常提出的研討課題。目前國內地鐵多為各站分設冷水機房。集中冷凍方式集中設置冷卻塔和制冷設備，減少制冷機房數量和占地面積，解決冷卻塔分站設置的難點(diǎn)，減輕對城市景觀(guān)造成的負面影響，具有較強的技術(shù)優(yōu)勢。同時(shí)，它在初投資、運行費用及壽命周期總費用等方面都低于集中冷卻方式，具有相對于集中冷卻方式的經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢。因此，應該在受到條件限制不便設置冷卻塔的地鐵車(chē)站中大力推廣這一集中供冷方式。建集中制冷站有兩種方案：一是橫向即一條線(xiàn)多個(gè)車(chē)站的制冷站合建。冷水通過(guò)管網(wǎng)（敷設在地下或地鐵隧道內）送至各車(chē)站。此方案需要根據不同線(xiàn)路和車(chē)站的方案具體從技術(shù)、經(jīng)濟、安全、節能、城市規劃等方面進(jìn)行利弊分析比較確定。二是縱向即換乘站集中合建。目前國內大城市均在大力興建地鐵，大型換乘站越來(lái)越多，且多條線(xiàn)縱向交叉。換乘站一般分為既有制冷站和新建制冷站。傳統的設計理念是不同線(xiàn)路分別建制冷站，這樣造成機房多、冷卻塔多。如果拆除既有制冷站并與新建線(xiàn)路制冷站合建，只要實(shí)施社會(huì )化管理，對不同部門(mén)進(jìn)行用冷計量，集中制冷站的方案完全可行，并具有明顯的優(yōu)勢：供冷半徑小，節約機房面積，減少站外冷卻塔與膨脹水箱數量，從而減少噪聲污染，美化城市景觀(guān)，精簡(jiǎn)運行管理人員以節省人員開(kāi)支，提高制冷機COP值，節約能源及運行費用。

　�。ㄋ模┢帘伍T(mén)模式

　　環(huán)控系統的運行模式分為開(kāi)式運行模式、閉式運行模式、屏蔽門(mén)模式3種形式。設置站臺屏蔽門(mén)，就是通過(guò)在地鐵車(chē)站的站臺候車(chē)區與行車(chē)軌道之間設置屏蔽門(mén)裝置，將地鐵車(chē)站與區間隧道從空間上分隔開(kāi)來(lái)，將車(chē)站和區間分隔成兩個(gè)不同的空氣環(huán)境區域。站臺屏蔽門(mén)可以減少列車(chē)活塞風(fēng)對車(chē)站站臺環(huán)境的影響，列車(chē)運行產(chǎn)生的熱量大部分通過(guò)設置在車(chē)站端部的活塞風(fēng)道及車(chē)站行車(chē)道頂部和站臺下排熱風(fēng)道直接排放到地面，因而可以阻止大部分的列車(chē)散熱量進(jìn)入車(chē)站。據以往的工程經(jīng)驗值比較，屏蔽門(mén)模式車(chē)站空調系統的冷負荷僅為閉式運行系統的22-28％，從而減少車(chē)站通風(fēng)與空調系統的冷負荷及用電負荷，節省通風(fēng)空調系統的運行費用。

　　地鐵屏蔽門(mén)系統是現代化地鐵工程的必備設施。地鐵安裝屏蔽門(mén)系統，不僅可以防止乘客跌落或跳下軌道而發(fā)生危險，讓乘客安全、舒適地乘坐地鐵，而且屏蔽門(mén)系統作為一種高科技產(chǎn)品所具有的節能、環(huán)保和安全功能，減少了站臺區與軌行區之間冷熱氣流的交換，降低了環(huán)控系統的運營(yíng)能耗，從而節約了營(yíng)運成本，因此在夏季空調季節較長(cháng)的地區普遍被采用。

　　四、結束語(yǔ)

　　環(huán)控系統是地鐵工程中的一個(gè)重要組成部分，它對地鐵環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響，其重要性引起了國內外許多者和設計者的關(guān)注。有效的節能手段使得環(huán)控能耗顯著(zhù)下降，節約了大量能源，從而減少了地鐵對于自然環(huán)境的影響，對于建設綠色地鐵有重要的意義，也符合當前建設節能型社會(huì )、和諧社會(huì )的趨勢，具有良好的社會(huì )效益。

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