簡介： 以某地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)設計為例，通過對其機房布置、運行控制模式及對其設計出發(fā)點的分析，該地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的機房布置、設備配置及管路設計的思路與出發(fā)點，在滿足系統(tǒng)功能的情況下，基本上解決了目前地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)普遍存在的一些問題，雖然同時也產(chǎn)生了一系列其它需要重視、解決和克服的新問題，還需要不斷地完善。
關鍵字：地鐵 通風空調(diào)系統(tǒng) 設計 認識
1 引言
通風空調(diào)系統(tǒng)是地鐵系統(tǒng)中一個不可或缺的重要系統(tǒng)；它的完善程度，不僅直接關系到整個地鐵內(nèi)部空氣環(huán)境能否滿足人員的生理、心理條件要求和設備正常運轉(zhuǎn)的需要，也關系到險情（列車阻塞、火災等）發(fā)生時整個地鐵系統(tǒng)的防災、救災工作。
因此，地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)應具備以下主要功能【文獻1】：
1）列車正常運行時，保證地鐵內(nèi)部空氣環(huán)境在規(guī)定的標準范圍內(nèi)，為乘客提供一個往返于地面至車站至列車的“過渡性”舒適性環(huán)境；為管理人員提供較適宜的工作環(huán)境等等。
2）根據(jù)地鐵系統(tǒng)內(nèi)各種設備的工藝要求，提供空調(diào)或通風換氣，以保證工藝設備良好運行時所需的工作環(huán)境要求。
3）列車阻塞在區(qū)間隧道時，對阻塞隧道進行機械通風，為列車空調(diào)系統(tǒng)提供運行所需的空氣冷卻能力和量，在阻塞期間維持列車內(nèi)部乘客能接受的環(huán)境條件，或向疏散的乘客提供足夠的新鮮空氣，使乘客能迎著方向疏散。
4）列車在地鐵內(nèi)發(fā)生火災時，根據(jù)火災發(fā)生的部位和具體位置，對事發(fā)點采取有效的通風、排煙措施，以誘導乘客安全撤離火場及消防人員進行滅火工作。
為此，地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)主要由以下四個子系統(tǒng)組成（其中前三個為風系統(tǒng)）：
1）公共區(qū)通風空調(diào)兼排煙系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)A）；
2）設備管理用房通風空調(diào)兼排煙系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)B）；
3）隧道通風兼排煙系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)C）；
4）空調(diào)制冷循環(huán)水系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)D）。
下面就我國北方某城市在建地鐵，談談筆者對地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)設計的一點粗淺認識，以及該地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)存在的一些目前急需解決的問題；由于本人學識淺陋，有不當之處，請各位批評指正。
2 概述
圖1為我國北方某城市在建地鐵典型車站（左端）通風空調(diào)風系統(tǒng)的原理圖（其中點劃線范圍內(nèi)為系統(tǒng)B）。由于典型地鐵車站一般兩端各設1個通風空調(diào)機房，各負擔半個車站的空調(diào)負荷，因此本文僅針對該車站左端的通風空調(diào)系統(tǒng)進行分析。
圖1 某地鐵車站（左端）通風空調(diào)風系統(tǒng)原理圖
該城市地處我國北部，冬長干冷，夏季濕熱。根據(jù)該地的氣象數(shù)據(jù)、該地鐵系統(tǒng)高峰時間內(nèi)每小時的設計行車對數(shù)和每列車車輛編組數(shù)等，該地鐵采用了自然閉式、機械開式相結(jié)合的通風空調(diào)系統(tǒng)；并在車站站臺兩端部設置迂回風道，以滿足閉式運行時列車活塞風的泄壓要求，有效地減小地鐵車站站臺上的“吹風”現(xiàn)象，最大限度地增加候車乘客的舒適感。
3 本工程特點
目前我國地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)普遍存在：①系統(tǒng)比較復雜、龐大，設備眾多，機房占用面積過大；②單臺設備功能較為單一，系統(tǒng)操作復雜、繁瑣，從而也導致了有的地鐵已經(jīng)運營三、四年，其控制系統(tǒng)還不能很好地發(fā)揮作用；③設備裝機容量大，能耗高，不利于地鐵系統(tǒng)的節(jié)能運行；④在市區(qū)，大體量的地面進、排風亭（風口），其用地、美觀、噪聲處理等諸多方面，都與周邊環(huán)境存在較難協(xié)調(diào)等不利情況。鑒于以上問題，各位地鐵同仁也從各個方面作出了努力，力求解決這一系列困繞地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)設計的不利局面，一方面達到減少投資，降低本系統(tǒng)的工程造價，另一方面也可有效地減少BAS系統(tǒng)的控制對象，提高自動控制系統(tǒng)的實用性、可控性和可靠性，減少緊急情況下系統(tǒng)的反應時間。
圖2 典型地鐵車站（左端）通風空調(diào)風系統(tǒng)原理圖（開/閉式）
從圖1中可以看出，該系統(tǒng)最大的特點也是它與其它地鐵開/閉式通風空調(diào)系統(tǒng)（其原理見圖2，其中點劃線范圍內(nèi)為系統(tǒng)B，虛線范圍內(nèi)為系統(tǒng)C）最大的不同之處是：系統(tǒng)A、B、C合用風道、風亭；系統(tǒng)A與系統(tǒng)C合用風機、風閥等設備，并將系統(tǒng)A的過濾器、表冷器、風機（雙向可逆、變頻調(diào)速）、消聲器、電動調(diào)節(jié)風閥等設備分散設置于土建混凝土風道內(nèi)（詳見圖3）。從而達到減少設備數(shù)量、節(jié)省機房面積，有效縮短車站長度，節(jié)約通風空調(diào)系統(tǒng)和因為本系統(tǒng)設備臺數(shù)、裝機容量的減小而導致的其它專業(yè)的設備、土建等初期投資，從而降低工程的整個造價。另一方面，通過對系統(tǒng)A、C的設備功能進行擴展、協(xié)調(diào)與兼顧，減少了設備的數(shù)量，達到了降低系統(tǒng)的復雜程度，簡化運營操作的難度和方便運營管理的目的。
從上面的分析可以看出，該地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)在系統(tǒng)形式上進行了較大的變革；這種系統(tǒng)形式的出現(xiàn)，也豐富了我國地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的設計。
圖3 某地鐵車站通風空調(diào)機房平面圖（局部）
4 系統(tǒng)運行模式分析
從圖1和圖3中可以看出，該地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)運行控制的主要模式為：
1）當?shù)罔F系統(tǒng)正常運行時，DM-1～4風閥關閉，、回風的混合風（或全）經(jīng)BLQ-1表冷器處理、SF-1風機低速運轉(zhuǎn)加壓后，通過風管送至車站站廳、站臺公共區(qū)；區(qū)間隧道則是利用列車運動產(chǎn)生的活塞風攜帶車站冷空氣來進行冷卻。
系統(tǒng)B的運行控制基本原理與系統(tǒng)A相同。
當車站的公共區(qū)或設備管理用房發(fā)生火災時，轉(zhuǎn)換相關的通風空調(diào)子系統(tǒng)、分系統(tǒng)進入火災運行模式，進行機械補風和排煙。
2）當列車阻塞在區(qū)間隧道內(nèi)時，DT-3～12風閥關閉，DT-1、2風閥開啟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入隧道阻塞運行模式： DM-1、2（左線隧道阻塞時）或DM-3、4（右線隧道阻塞時）風閥開啟，列車后方車站近端的2臺隧道風機（即通風空調(diào)系統(tǒng)送風機SF-1、2和回/排風機HPF-1、2，下同）高速運轉(zhuǎn)送風，列車前方車站近端的2臺隧道風機高速運轉(zhuǎn)排風，隧道內(nèi)機械通風氣流方向與行車方向一致，控制列車周圍空氣溫度＜40℃，確保列車空調(diào)設備正常工作和乘客的安全與舒適。
3）當列車在區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生火災且停留在區(qū)間隧道內(nèi)時，DT-3～12風閥關閉，DT-1、2風閥開啟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)間隧道火災運行模式：DM-1、2（左線隧道火災時）或DM-3、4（右線隧道火災時）風閥開啟，根據(jù)列車的著火部位和具體滯留位置，該區(qū)間兩端的兩個車站，每站鄰近火場的2臺隧道風機同時啟動高速運轉(zhuǎn)送風或排煙（一個車站送，一個車站排），在著火隧道內(nèi)形成縱向推挽式氣流，誘導乘客迎著氣流方向撤離火災事故現(xiàn)場。
4）當列車在車站隧道發(fā)生火災或著火列車駛?cè)胲囌緯r，DT-3、5～11風閥關閉，DT-1、2、風閥開啟，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入車站隧道火災運行模式：DM-1、2和DT-4（左線隧道火災時）或DM-3、4和DT-12（右線隧道火災時）風閥開啟，車站每端的2臺共4臺隧道風機同時啟動高速運轉(zhuǎn)排煙，乘客迎著從列車通過站臺、站廳、出入口通道向地面疏散。
5 運行控制中應該注意的問題
從上面的分析可以看出，對于地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)A、B、C應具備的每一單項功能，不管是空調(diào)季節(jié)小、全和非空調(diào)季節(jié)全通風工況，還是車站公共區(qū)火災、設備管理用房火災、車站隧道火災、區(qū)間隧道阻塞及火災等工況，通過控制系統(tǒng)A、C合用的SF-1、HPF-1等風機的轉(zhuǎn)速、運轉(zhuǎn)方向和DT-1~12、DM-1~4等風閥的開關及系統(tǒng)B的設備、風閥等，均能一一實現(xiàn)。
但是，筆者認為，在實際的運行操作中，為了實現(xiàn)一種目的，不是其中一個系統(tǒng)獨立運行就能完成的，而是需要與其它的子系統(tǒng)、分系統(tǒng)相互配合、協(xié)同動作才能完全實現(xiàn)。也就是說，為了實現(xiàn)某一功能，而不應該損害其它系統(tǒng)的功能的實現(xiàn)。
該地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)A、B、C合用風道與風亭，系統(tǒng)A、C合用風機等設備，因此，在某些情況下，三個系統(tǒng)分別擔負的功能就很難完全被同時實現(xiàn)。
下面，就筆者的粗淺認識闡述如下：
當某段區(qū)間隧道發(fā)生事故時，事故區(qū)間兩端車站鄰近事發(fā)點的各2臺隧道風機都將投入事故運行工況；根據(jù)以上對運行模式的分析，同一車站的某端的這2臺風機高速運轉(zhuǎn)，要么同時向里送風，要么同時向外排風（煙）。
如果是火災列車滯留在區(qū)間隧道內(nèi)時，事故區(qū)間兩端車站鄰近事發(fā)點的系統(tǒng)C就將轉(zhuǎn)入火災運行模式，同時系統(tǒng)A、D均應停止運行。此種工況下系統(tǒng)所有的操作都能夠完全實現(xiàn)，系統(tǒng)不存在任何問題。
而當列車因故障（非火災原因）或前方車站未發(fā)車而必須停在區(qū)間超過4min時，阻塞區(qū)間兩端車站鄰近事發(fā)點的系統(tǒng)C就將轉(zhuǎn)入阻塞運行模式。此種工況下就會導致這2個車站中鄰近事發(fā)點的半個車站的通風空調(diào)系統(tǒng)A停止運行，但這種情況不會對整個地鐵系統(tǒng)造成很大的不利影響；需要注意的是：系統(tǒng)A與C合用的設備（包括風機、風閥等）需在短時間內(nèi)根據(jù)不同的運行模式進行相互轉(zhuǎn)換，實施起來有一定的難度。尤其是電動風閥，其電動執(zhí)行器須選用工業(yè)專用類執(zhí)行機構，才能長期保證其正常轉(zhuǎn)換運行的可靠性。因為據(jù)相關資料【文獻2】顯示“…列車阻塞事故時有發(fā)生…”，可見列車阻塞事故頻率較高。
另外，系統(tǒng)B所負責管轄的設備管理用房，包括車控室、站長室、通風空調(diào)電控室、信號設備室、通信設備室、通信電源室、低壓、高壓開關柜室、整流變壓器室等重要的電氣設備間及控制間，因此這些設備管理用房，尤其是車控室（是防災救援和事故處理時操作控制、指揮調(diào)度的中心，事故發(fā)生時交流信息、廣播、引導等多種作業(yè)交叉進行），房間內(nèi)的各種設備均為一級負荷，其設備良好運行的可靠性，直接影響到整個地鐵系統(tǒng)的運行和事故時的救援工作。因此，筆者認為，當?shù)罔F系統(tǒng)發(fā)生事故和災害時，除非是上述房間本身發(fā)生火災，否則上述房間所屬的通風空調(diào)子系統(tǒng)、分系統(tǒng)，尤其是車控室所屬的通風空調(diào)系統(tǒng)，應該繼續(xù)運行，為房間補充必需的新鮮空氣或保證一定次數(shù)的通風換氣以排除余熱，保障設備正常運行的可靠性，以減輕操作人員的負擔和杜絕誤操作。
因此，當區(qū)間隧道發(fā)生事故，系統(tǒng)C按照既定的災害運行模式投入運行，對事發(fā)點進行有效的通風或排煙時，系統(tǒng)B的部分系統(tǒng)，則應該繼續(xù)投入正常運行，以保證在事故延續(xù)時間內(nèi)，各種工藝設備運行良好。
結(jié)合圖3分析：由于系統(tǒng)B與系統(tǒng)A、C共享風道、風亭，事故發(fā)生時，當隧道風機同時向隧道里送風時，因為隧道風機的風量大、壓頭也大，風道內(nèi)將形成很大的負壓，系統(tǒng)B則無法從風道內(nèi)吸入新鮮空氣，其送風量也就無法保證；當隧道風機同時向外排風時，系統(tǒng)B從風道內(nèi)吸入的是從區(qū)間排出的熱氣流，而且由于風道內(nèi)的正壓，其排風則無法順利排出；當隧道風機同時向外排煙時，系統(tǒng)B就會將風道內(nèi)的煙氣送入設備管理用房，直接影響事故指揮救援工作。
6 其它需要解決的問題
由于該地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)直接將系統(tǒng)A的過濾段、表冷段、擋水段、風機（雙向可逆、變頻調(diào)速）段、消聲段及電動調(diào)節(jié)風閥等設備分散設置于土建混凝土風道內(nèi)，導致風道的長度增加；從圖3可以看出，風道的水平段長度約為66m，有的車站風道甚至會更長。在通風空調(diào)系統(tǒng)中，大量的采用混凝土風道，容易出現(xiàn)的問題也就越多。
�。�1）空調(diào)送風道，在表冷段后的部分應進行內(nèi)保溫絕熱處理。由于風道斷面尺寸較大，尤其是在進行夜間通風和列車阻塞通風時，風道內(nèi)氣流速度較高，加之平時須對設備進行必要的維護管理，絕熱材料的敷設（尤其是地面）及粘貼強度就是一個必須解決的重要問題。由于是內(nèi)保溫，絕熱材料、粘結(jié)劑的性能應符合使用溫度和環(huán)境衛(wèi)生的要求。另外，設于地面上的風閥是否應該保溫，若保溫，則應該如何處理等問題，都是應該值得注意的問題。如果不進行保溫，勢必在此產(chǎn)生“冷橋”現(xiàn)象【文獻3】。
�。�2）在混凝土風道的底板與側(cè)墻上有很多的開口部位，由于風道內(nèi)風壓形成的沿風管軸線方向的推力，容易造成鋼板風管與混凝土風道相接處產(chǎn)生松動，引起漏風現(xiàn)象，因此風道的氣密性較難保證。設計應采取措施，加強處理。風管與風道的接縫處應采用不燃材料填實，做到防火封堵嚴密可靠。
�。�3）如果混凝土風道不進行保溫，采用水泥砂漿找平的混凝土風道的內(nèi)表面，長時間使用后容易產(chǎn)生灰塵，影響送風空氣的質(zhì)量。
�。�4）由于車站每端2條風道還兼作火災時的排煙通路，因此，以下問題必須得以重視：
根據(jù)文獻[4]條文說明第8.4.10條：“如利用通風系統(tǒng)管道排煙時，應采取可靠的安全措施：（1）…（2）煙氣不能通過其它的設備（如過濾器、加熱器、表冷器等）；（3）…”。雖然文獻[4]不適用于地鐵系統(tǒng)，但在設計時，我們可以借鑒，因為產(chǎn)生的后果都是相同的。即使回避此問題，也需解決混凝土風道內(nèi)設置的過濾器、表冷器、擋水器及消聲器等設備的耐高溫特性。
�。�5）對于安裝于風道內(nèi)的設備，由于風機有正反轉(zhuǎn)運行的要求，因此，過濾段、表冷段、擋水段、消聲段還需考慮氣流的雙向流動的要求。對于消聲器，兩端均采用多邊形或圓形，即可滿足要求；但對于過濾器、表冷器和擋水器等，雖然經(jīng)過特殊設計、制作，設計成可開啟式，但也不一定能夠達到理想的效果。否則，將直接影響事故時的排風、排煙效果，影響人員的安全撤離與事故救援工作。
7 結(jié)論
從以上的論述可以看出，該地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)的機房布置、設備配置及管路設計的思路與出發(fā)點，在滿足系統(tǒng)功能的情況下，基本上解決了目前地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)普遍存在的一些問題，雖然同時也產(chǎn)生了一系列其它需要重視、解決和克服的新問題，還需要不斷地完善，但畢竟作出了很大的努力與嘗試，為我們提供了很好的思路。
如果本文能在地鐵通風空調(diào)系統(tǒng)設計的改善與進步方面有所借鑒筆者將感到榮幸。
參考文獻
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