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3.2.2双活塞风井方案7

4地铁通风系统展望9

4.1地铁通风空调系统展望9

参考文献11

摘要

地下铁道是一种现代化的交通系统,具有速度快、客流量大等特点。

由于地铁系统有许多机电设备以及车辆运行发热、乘客散热、新鲜空气带入的热量等,使地铁系统的温、湿度逐步升高。

若不能很好地解决地铁内通风,地铁内温度会上升到乘客无法忍受的程度。

因此,建立良好的地铁通风系统十分必要,不仅能提供安全、舒适的乘车环境,减少能源消耗,而且能够降低地铁系统的建设投资和运行效益。

本文首先介绍了地铁通风的背景，讲述了地铁通风的重要性，接着对地铁通风系统进行概述，包括地铁通风空调系统和地铁通风隧道系统，然后对地铁通风空调系统和地铁隧道通风系统分别进行了具体设计，从而更好地解决地铁通风问题，最后根据对地铁通风系统的设计分别对地铁通风空调系统和隧道通风系统的未来发展提出展望。

关键字：

地铁通风，空调系统，隧道系统，系统设计

1背景

随着城市的快速发展,交通已经成为制约城市建设的一个重要因素。

因此,地铁作为一种方便快捷的城市公共交通工具,在国内也已受到关注,越来越多的城市开始发展地铁交通系统。

地铁尤其是地下线,处在相对封闭的地下空间里,必须通过通风空调系统创造人工环境,以满足列车、设备、人员和防灾的需要,可以说通风空调系统在地铁中处于一个相对较重要的地位。

地铁车站及区间隧道是狭长的地下建筑，除各车站出入口、送排风口与外界相通外，基本上与外界隔绝。

由于列车运行及大量乘客的集散，使得地铁环境具有如下特点：

列车运行过程中产生大量的热被带入车站；

列车及各种设备的运行产生的噪声不易消除，对乘客造成很大影响；

地铁列车运行时产生活塞效应，若不能合理利用，易干扰车站的气流组织，影响车站的负荷；

地层具有蓄热作用，随着运营时间的增加，地铁系统内部的温度会逐年升高；

当发生火灾事故时，将导致环境恶化，不易救援。

2地铁通风系统概述

2.1地铁通风空调系统

地铁通风空调系统一般分为开式系统、闭式系统和屏蔽门式系统。

根据使用场所不同、标准不同又分为车站通风空调系统、区间隧道通风系统和车站设备管理用房通风空调系统。

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。

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。

当活塞式通风不能满足地铁除余热与余湿的要求时，要设置机械通风系统。

根据地铁系统的实际情况，可在车站与区间隧道分别设置独立的通风系统。

车站通风一般为横向的送排风系统；

区间隧道一般为纵向的送排风系统。

这些系统应同时具备排烟功能。

区间隧道较长时，宜在区间隧道中部设中间风井。

对于当地气温不高，运量不大的地铁系统，可设置车站与区间连成一起的纵向通风系统，一般在区间隧道中部设中间风井，但应通过计算确定。

闭式系统使地铁内部基本上与外界大气隔断，仅供给满足乘客所需的新鲜空气量。

车站一般采用空调系统，而区间隧道的冷却是借助于列车运行的“活塞效应”携带一部分车站空调冷风来实现。

这种系统多用于当地最热月的月平均温度高于25℃、且运量较大、高峰时间内每小时的列车运行对数和每列车车辆数的乘积大于180的地铁系统。

在车站的站台与行车隧道间安装屏蔽门，将其分隔开，车站安装空调系统，隧道用通风系统（机械通风或活塞通风，或两者兼用）。

若通风系统不能将区间隧道的温度控制在允许值以内时，应采用空调或其他有效的降温方法。

安装屏蔽门后，车站成为单一的建筑物，它不受区间隧道行车时活塞风的影响。

车站的空调冷负荷只需计算车站本身设备、乘客、广告、照明等发热体的散热，及区间隧道与车站间通过屏蔽门的传热和屏蔽门开启时的对流换热。

此时屏蔽门系统的车站空调冷负荷仅为闭式系统的22%～28%，且由于车站与行车隧道隔开，减少了运行噪声对车站的干扰，不仅使车站环境较安静、舒适，也使旅客更为安全。

地铁环控系统一般采用屏蔽门制式环控系统或闭式环控系统。

屏蔽门制式系统即：

站台和轨行区分开，车站为独立的制冷、除湿区、因此有安全、节能和美观等优点。

由于屏蔽门的隔断，屏蔽门制式环控系统形成了两个相对独立的系统——车站空调通风系统和隧道通风系统。

2.2.1地铁通风空调系统功能

根据地铁环境及运营特点，通风空调系统应具备入以下几种功能：

（1）列车正常运行时，保证地体内部空气环境在规定的标准范围内，为乘客提供一个舒适的过渡环境，为管理人员提供舒适的工作环境；

（2）根据地铁系统内部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所需的环境要求；

（3）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；

（4）列车在地铁内发生火灾时，根据火灾发生地部位和具体位置，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。

2.2地铁隧道通风系统

区间隧道通风系统主要负责两个车站之间隧道的通风与排烟，包括自然通风和机械通风。

地铁隧道正常通风应采用活塞通风，但活塞效应所产生的换气量是有限的，而且在地铁的实际建设中，由于环境条件的限制，可能导致活塞风道无法修建或着由于风亭出口位置的关系致使活塞风道过长，以致活塞效应失效。

因此，根据隧道通风系统的要求以及节能要求，在条件允许的情况下，车站两端上下行线路应设一个活塞风道以及相应的风井，作为正常运行时依靠列车活塞作用实现隧道与外界通风换气的通道，同时，在隧道与其相对应的活塞风井之间还应设置一套隧道风机系统，该系统在无列车活塞作用时对隧道进行机械通风。

而且在设置上要求车站每端上下行线的两套隧道风机可相互为备用。

通过对活塞通风风道以及机械通风风道上的各个组合风阀的开闭与隧道风机启停的各种组合，构成多种运行模式，满足不同的运营工况要求，达到节能效果。

地铁列车由于高速运行而消耗大量电能，通过摩擦，刹车等运动又将产生大量的热能，列车产热的67%都将分布站台，使车站温度升高。

因此，地下车站宜在列车停靠在车站时的发热部位设置排风系统[2]。

车站隧道通风一般设置轨顶排风和轨底排风，一般轨顶排风量与轨底排风量之比为6：

4。

通过局部排风的方法，有效地阻止热空气扩散，并将其排出。

3地铁通风系统设计

3.1地铁通风空调系统设计

对车站空调系统进行设计时，首先应根据工程的实际情况选择车站的环境控制系统，车站环境控制系统分为：

开式系统、闭式系统和屏蔽门系统。

车站环境控制系统的不同，其负荷计算和送排风形式设计也可能有所不同。

开式系统一般采用横向送排风，也可将车站与区间隧道连成一体进行纵向通风；

闭式系统通常将送风管沿车站长度方向布置在站台两侧，风口朝下均匀送风，在站台和轨顶设置排风系统；

屏蔽门系统中车站成为独立的空调场所，一般将送风管沿车站长度方向布置在站台和站厅上方两侧，风口朝下均匀送风，回风管设置在车站中间上部，也可采用车站两端集中回风的形式。

目前地铁系统已广泛采用了屏蔽门系统。

车站公共区通风空调系统一般采用全空气系统。

因地铁车站空间小，各种系统管线繁多，难以单独设置排烟系统，因而常将排烟系统与空调系统的回排风系统合用（如图1），此做法可提高系统运行的可靠性，并可减小初投资。

图1空调系统原理图

按照节能要求，根据室外空气的状态，可以调整空调运行模式，达到节能效果。

当室外新风焓值大于车站回风焓值时，采用空调小新风运行（回风工况），全新风风阀关闭，排风机的排风阀关闭，回风风阀打开，回风与新风混合，经处理后送入车站公共区。

当室外新风焓值小于车站回风混合点焓值且其温度大于空调送风温度时采用空调全新风运行，此时全新风风阀打开，回风风机的回风风阀关闭，排风风阀打开，回风经排风机直接排至排风道，室外新风经空调器处理后送至车站公共区；

当室外新风温度小于空调设计送风温度时，室外新风不经冷却处理，由空调器直接送入车站公共区，回风直接排至室外。

当公共区有一处发生火灾时，空调系统停止运行，即相应的送风、回风机关闭相应的风阀，启动排烟风机对着的着火区所在区域集中排烟，防止烟气蔓延。

3.1.1车站管理及设备管理用房的通风空调和防排烟系统设计

车站设备管理用房主要包括车控室、站长室、站务室、会议室、卫生间等运营管理用房和通信机房、信号房、变电所、环控机房等设备用房。

根据各设备管理用房的不同使用功能要求，结合实际建筑布局情况，对此部分房间进行分类，大致可划分为三类：

第一类如车控室、会议室等主要管理用房，均需要设置舒适性空调以满足人员和设备的要求；

第二类像通信室、信号房等；

第三类如卫生间等。

第一类房间常采用空气-水（风机盘管加新风）系统，第二类房间可采用全空气系统，第三类房间可采用全通风系统，采用送、排风机通过风管和防火阀对此类房间进行通风换气。

进行排烟设备选择时，由于通风空调兼排烟系统调试是按通风空调风量进行调试，因此需根据每一防烟分区的排烟量是否满足面积1m3/min进行校核。

根据文献，进行防烟分区时，每个防烟分区面积不超过750m2，且排烟设备按照同时排除两个防烟分区烟量配置，以确保发生火灾时排烟设备能满足排烟要求。

3.2地铁隧道通风系统设计

屏蔽门系统的应用使隧道与车站分隔开来，不仅减小了车站公共区空调负荷，对隧道通风系统的形式与运行效果也产生了影响。

目前上海、广州、深圳、成都等城市设计的地铁都采用了屏蔽门（PlatformScreenDoor，PSD）系统，很多采用开式或闭式系统的车站也加装了屏蔽门。

屏蔽门系统的设置可以有效防止乘客有意或无意跌入轨道，减小噪声及活塞风对站台候车乘客的影响，改善了乘客候车环境的舒适度，具有节能、安全、美观等特点，在地铁中的应用越来越广泛。

3.2.1单活塞风井方案

单活塞风井隧道通风系统原理图

采用单活塞风井的车站设备布置图

3.2.2双活塞风井方案

双活塞风井隧道通风系统原理图

采用双活塞风井的车站设备布置图

地铁隧道通风系统最常用的系统模式是在车站两端分别设置两个活塞风井（简称“双活塞风井方案”，其系统原理图如图所示）。

目前在国内部分城市的地铁隧道通风系统设计中，已经将隧道风机兼作车站车行区排热风机（U/O风机），同时取消进站端的活塞风道，这样车站每端只设进风亭，排风亭，活塞风亭各一座（简称“单活塞风井方案”，其系统原理图如图所示）。

该隧道通风系统方案尤其适合于设置了屏蔽门系统的岛式地铁车站。

与传统的双活塞风井相比较（设备布置如图所示），单活塞风井方案可以减少风道面积，缩短车站长度，节省土建投资，地面的风亭数量相应地减少两个，降低风亭对车站地面周围景观的影响，改善了周边环境，同时亦可以减少与规划部门的协调和地面建筑物的征地，拆迁问题。

通过分析不同的运行列车对数的车站活塞风井气流状态，可以发现，非高峰时段，列车进站时活塞风井的主要作用是出风，列车出站时活塞风井的主要作用是进风。

远期高峰时段，车站前后区间隧道均存在列车运行的情形比较常见，这样车站前后活塞风井内气流的流动就会受到多列车产生的活塞风共同作用，“双活塞风井方案”与“单活塞风井方案”的活塞风井绝大部分时间是进风，此时隧道内的排风主要靠U/O风机实现。

在小交路应用“单活塞风井方案”高峰时段的通风换气效果则与“双活塞风井方案”没有大的差别。

处于小交路的地铁车站都位于城市的繁华地段，减少一座地铁活塞风亭，可以在一定程度上降低对地铁周边环境的影响。

根据我们对国内某一在建的地铁线路应用地铁环境模拟计算程序SES进行模拟计算，两种方案的通风效果相差不明显，“单活塞风井方案”与“双风井方案”相比，地铁隧道通过活塞风井与室外交换的风量略小，采用“单活塞风井方案”的地铁隧道所有区段的平均温度介于26.6～34.9℃之间，均未超过40.0℃，满足《地铁设计规范》（GB50157－2003）的相关规定。

4地铁通风系统展望

4.1地铁通风空调系统展望

通过前面的总结可以看出,现有地铁通风空调系统在结构形式、资源利用、设置理念以及运行管理等方面都有了一定程度的改进。

但是,不可否认的是,由于地铁内部空间的局限性和特殊性,地铁通风空调系统发展缓慢,许多适用于地上建筑的新技术、新产品、新工艺在地铁中的适用性研究尚进行得不够充分,结合地铁环境特殊性的技术有待于进一步研发。

结合我国现状,我们认为未来地铁通风空调系统在以下几个方面还会有一定的发展空间：

1）减少初投资:

减少设备和占用空间,从而减少初投资；

2）降低冷量输送能耗:

风输送改为水输送、制冷剂输送；

3）合理的分散与集中系统:

在条件合适时宜采用分散式系统（占地面积小、末端易控制）；

4）合理利用能源:

充分利用自然能源,重点利用低品位能源,兼顾热回收；

5）关注部分负荷工况下系统的运行效率。

4.2地铁隧道通风系统展望

隧道通风系统可通过设置单活塞风井来压缩车站规模，减少活塞风亭对车站周围环境的影响，同时特殊区段隧道通风系统，可在充分了解地铁隧道通风系统原理的基础上优化系统设计，降低车站土建规模、避免对重要场合周围建筑景观的影响。

隧道通风的设置形式能很好地优化地下车站建筑布局,因此要在满足通风设计要求的同时,尽量优化系统,保持良好的列车运营环境并满足消防要求。

参考文献

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188-190．

[2]国家标准《地铁设计规范》（GB50157-2003）．

[3]董志周，吴喜平．地铁车站热环境分析[J]．上海节能,2003,（5）:

36-40．

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[6]陆耀庆.实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京:

中国建筑工业出版社,2008.

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中国计划出版社,2004.

[9]GB50157-2003，地铁设计规范[S].北京:

中国计划出版社,2003.

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中国计划出版社,2009.

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中国铁道出版社,2002.

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中国铁道出版社,1983.