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摘要：軌道交通地下车站内部空间广、发热量大，为维持其热环境，通风空调系统的风机、冷水机组、空调机组的装机容量较大。本文主要对城市轨道交通通风空调系统技术发展新趋势进行了简要分析。
关键词：轨道交通；通风空调；发展趋势
中图分类号：C913文献标识码： A
一、城市轨道交通通风空调系统的功能
通风空调系统作为城市轨道交通中的重要设备系统之一,担负着对城市轨道交通内部空间的空气温度、湿度、空气流速、空气压力和空气品质进行控制的任务。列车正常运行时,为乘客和工作人员提供一个适宜的人工环境,满足其生理和心理要求；当列车阻塞在区间隧道时,向阻塞区间提供一定的通风量,保证列车空调等设备正常工作,维持车厢内乘客在短时间内能接受的环境条件；当发生火灾事故时,提供迅速有效的排烟手段,为乘客和消防人员提供足够的新鲜空气,并形成一定的迎面风速,引导乘客安全迅速地撤离火灾现场；为各种设备提供必要的空气温度、湿度以及洁净度等条件,保证其正常运转。
从系统功能上可以看出,以满足乘客出行为目的的城市轨道交通需要通风空调系统为乘客和工作人员营造一个安全良好的内部空气环境,这是保证其开通运转必不可少的基础条件。
二、城市轨道交通通风空调系统的现状
国外城市轨道交通通风空调系统是随着工程建设不断发展的,从最初完全采用自然通风到后来设置机械通风,再发展到空调降温,基本上与地面建筑设备技术是同步前行的。国内城市轨道交通从1969年北京地铁一期工程的通风系统开始,经过上海、广州等城市的工程建设和运营,通风空调系统不断完善,并在工程实践中学习和借鉴欧洲国家和美国的技术和经验,目前城市轨道交通通风空调系统已经能够满足功能需求,技术比较成熟和可靠。
目前城市轨道交通通风空调系统广泛采用（1）通风系统(含自然通风、活塞通风和机械通风)；（2）站台不设屏蔽门的通风空调系统；（3）站台设置屏蔽门的通风空调系统这三种形式。具体到某个地下车站或某段地下隧道,通风空调系统的布局可能差异较大,但系统构成则是相同的。
城市轨道交通通风空调系统存在诸多问题,其中最主要的问题包括:
1、系统设置构成复杂,控制运行不便；
2、占用面积和空间巨大,地下机房面积一般在1200～2500m2左右,占地下车站总面积的12%～30%；
3、系统运行能耗巨大,以地铁为代表的城市轨道交通的电力能源消耗主要体现在地铁列车的牵引用电和通风空调系统用电两个方面,在现有地铁线的实际耗能统计中,通风空调系统的能耗已经达到了地铁总能耗的50%左右；
4、系统优化和技术创新,以及新产品、新技术、新工艺的应用进展缓慢。
三、城市轨道交通通风空调系统发展展望
1、安全健康
通风空调系统担负着城市轨道交通内部的空气环境控制的重任,事关乘客和工作人员的健康与安全,系统设置和设备配置上一定要以此为最基本的出发点。以往工程上采用的系统形式也都是以此为前提的,但随着工程建设速度的加快,遇到的复杂实际情况越来越多,例如城市地下长大隧道、山岭隧道、过江(河、海)隧道等。山岭隧道经常伴随着大埋深情况,过江(河、海)隧道经常具有较大长度,因此在隧道中部设置中间风亭的代价将极其巨大,甚至技术上不可实施；长大隧道由于结构施工的要求,其结构形式多种多样,隧道通风和排烟仅依赖已有的技术措施已不能完全满足要求或技术经济合理性很差,这些都导致传统的系统设置和运行模式无法适应实际的需要。中庭式车站、双洞或三洞式全暗挖车站等多种新型建筑和结构形式车站目前也屡见不鲜,通风空调系统必须根据实际需要不断改进,实现既满足人员健康要求又保证安全的目标。
在实际工程建设的地质勘察过程中,不断遇到地下气压较高的有害气体的情况。当城市轨道交通线路穿越储气层时,在设计、施工和未来运营过程中,一定要认真考虑有害气体对工程的危害以及对工程后期运营带来的不利影响,这是通风空调系统面临的新问题,如果没有合理可靠的技术手段,将会威胁人员的健康尤其是安全。现实问题要求通风空调系统适应新情况,发展新技术,解决新问题。随着列车运行速度的提高,隧道内的空气压力也随之发生变化,国内已经有若干条城市轨道交通线路列车最高运行时速达到了120km/h,空气压力的波动对人员的舒适造成较大影响,情况严重时会危及健康。通风空调系统需要针对空气压力的变化,结合人员的健康要求,提出合理有效的控制标准,并会同有关专业共同加以解决。
2、经济节能
传统的城市轨道交通通风空调系统存在两大突出特点,一是占用面积和空间巨大,一般来说地下车站设备及管理用房一半的面积被通风空调机房占用。二是运行能耗极高,南方城市约50%的运营能耗为通风空调系统耗能；而北方城市通风空调系统的能耗也达到运行总能耗的近1/3。
设计、科研单位和生产企业应高度重视这两大难题,并加以解决。目前出现的集成系统等就是在这方面作出的有益尝试,但这些与工程建设的需要,尤其是国家节能减排的国策要求还有很大差距,还需要继续努力,继续探索,要从系统的精确计算、系统制式的选择、系统设备的配置、系统控制、系统运行模式以及新设备的研发与应用等多个角度来做大量的工作。
从系统制式的选择上看,合理的系统方式设置对节省所占用的土建空间和运营节能至关重要,应当结合气候条件、运力因素、土建结构类型、地质情况、建设标准和经济实力进行综合的技术经济比较,发展和采用合理的系统制式。例如,日前通过由国内多位著名专家鉴定的课题---“可调通风型站台门通风空调系统”就是一项意义重大的创新和探索。课题组开创性地提出了可调通风型站台门的理念,研制了相应的产品,并且提供了基于可调通风型站台门的适用于不同气候条件的新型环控系统形式,能够很好地满足城市轨道交通各种正常及事故工况下通风空调系统的全部功能需求,节能效果显著；同时,还可以有效解决严寒地区冬季站内温度偏低的技术难题。
在系统方式和系统构成方案确定后,系统设备的选用及配置就成为重要的环节,在工程建设中,考虑到不同运营时期客流量和热负荷的不同,通风空调应采用不同的设备配置标准以适应负荷的变化,达到最大的运行节能效果,因此,应该大力提倡设备的科学分期安装实施,尽管这样增加建设管理上的事务。另外,应从建设和运营管理及投资体制方面综合研究适当的对策和政策。
3、环保美观
从城市景观角度考虑,凸出地面的风亭和设置在地面的冷却塔、风冷机组等设施与设备无疑会对城市景观造成影响。在一些敏感区域和道路、建筑物布局紧张地段,以及居民集中地区,这些矛盾极为突出。这就需要在风亭位置的选择、风亭尺寸的选用、风亭建筑形式等方面多加研究。对于通风空调系统也应进行创新性研究,以利于解决此类问题。例如目前出现的蒸发冷凝式系统就是其中的一项实际举措,这项技术采用蒸发冷凝机组取代传统意义上的冷却塔装置,设置在地下,并充分利用水的汽化潜热将热量散发,实现制冷效率的提高,也有利于节能。
城市轨道交通通风空调系统对城市环境的噪声与振动影响也不容忽视。城市轨道交通线路可能穿越城市不同环境要求的区段,其对周边的环境噪声与振动影响应满足环保的要求。从这个意义上分析,城市轨道交通通风空调设备应低噪声、低振动和低能耗。
结束语
城市轨道交通通风空调系统技术需要总结国内外城市轨道交通通风空调系统的实际应用经验,结合新的理念,采用新的技术,改造和提升传统系统方式,加快系统技术的更新和促进技术进步,并充分结合工程建设的具体情况,解决在技术上和运行上存在的诸多不足,实现通风空调技术在城市轨道交通领域的科学理性探索和符合工程实际、满足国家需要的高水平发展。
参考文献
[1]付维纲.深圳地铁空调通风系统的设计[J].广西质量监督导报，2008.
[2]王晖,朱培根,杨军.南京站地铁通风空调系统调试与分析[J].制冷空调与电力机械,2009.
[3]王静伟,贺利工,涂旭炜.地铁车站通风空调大系统的节能设计[J].城市轨道交通研究,2009.
关键词：轨道交通；通风空调；发展趋势
中图分类号：C913文献标识码： A
一、城市轨道交通通风空调系统的功能
通风空调系统作为城市轨道交通中的重要设备系统之一,担负着对城市轨道交通内部空间的空气温度、湿度、空气流速、空气压力和空气品质进行控制的任务。列车正常运行时,为乘客和工作人员提供一个适宜的人工环境,满足其生理和心理要求；当列车阻塞在区间隧道时,向阻塞区间提供一定的通风量,保证列车空调等设备正常工作,维持车厢内乘客在短时间内能接受的环境条件；当发生火灾事故时,提供迅速有效的排烟手段,为乘客和消防人员提供足够的新鲜空气,并形成一定的迎面风速,引导乘客安全迅速地撤离火灾现场；为各种设备提供必要的空气温度、湿度以及洁净度等条件,保证其正常运转。
从系统功能上可以看出,以满足乘客出行为目的的城市轨道交通需要通风空调系统为乘客和工作人员营造一个安全良好的内部空气环境,这是保证其开通运转必不可少的基础条件。
二、城市轨道交通通风空调系统的现状
国外城市轨道交通通风空调系统是随着工程建设不断发展的,从最初完全采用自然通风到后来设置机械通风,再发展到空调降温,基本上与地面建筑设备技术是同步前行的。国内城市轨道交通从1969年北京地铁一期工程的通风系统开始,经过上海、广州等城市的工程建设和运营,通风空调系统不断完善,并在工程实践中学习和借鉴欧洲国家和美国的技术和经验,目前城市轨道交通通风空调系统已经能够满足功能需求,技术比较成熟和可靠。
目前城市轨道交通通风空调系统广泛采用（1）通风系统(含自然通风、活塞通风和机械通风)；（2）站台不设屏蔽门的通风空调系统；（3）站台设置屏蔽门的通风空调系统这三种形式。具体到某个地下车站或某段地下隧道,通风空调系统的布局可能差异较大,但系统构成则是相同的。
城市轨道交通通风空调系统存在诸多问题,其中最主要的问题包括:
1、系统设置构成复杂,控制运行不便；
2、占用面积和空间巨大,地下机房面积一般在1200～2500m2左右,占地下车站总面积的12%～30%；
3、系统运行能耗巨大,以地铁为代表的城市轨道交通的电力能源消耗主要体现在地铁列车的牵引用电和通风空调系统用电两个方面,在现有地铁线的实际耗能统计中,通风空调系统的能耗已经达到了地铁总能耗的50%左右；
4、系统优化和技术创新,以及新产品、新技术、新工艺的应用进展缓慢。
三、城市轨道交通通风空调系统发展展望
1、安全健康
通风空调系统担负着城市轨道交通内部的空气环境控制的重任,事关乘客和工作人员的健康与安全,系统设置和设备配置上一定要以此为最基本的出发点。以往工程上采用的系统形式也都是以此为前提的,但随着工程建设速度的加快,遇到的复杂实际情况越来越多,例如城市地下长大隧道、山岭隧道、过江(河、海)隧道等。山岭隧道经常伴随着大埋深情况,过江(河、海)隧道经常具有较大长度,因此在隧道中部设置中间风亭的代价将极其巨大,甚至技术上不可实施；长大隧道由于结构施工的要求,其结构形式多种多样,隧道通风和排烟仅依赖已有的技术措施已不能完全满足要求或技术经济合理性很差,这些都导致传统的系统设置和运行模式无法适应实际的需要。中庭式车站、双洞或三洞式全暗挖车站等多种新型建筑和结构形式车站目前也屡见不鲜,通风空调系统必须根据实际需要不断改进,实现既满足人员健康要求又保证安全的目标。
在实际工程建设的地质勘察过程中,不断遇到地下气压较高的有害气体的情况。当城市轨道交通线路穿越储气层时,在设计、施工和未来运营过程中,一定要认真考虑有害气体对工程的危害以及对工程后期运营带来的不利影响,这是通风空调系统面临的新问题,如果没有合理可靠的技术手段,将会威胁人员的健康尤其是安全。现实问题要求通风空调系统适应新情况,发展新技术,解决新问题。随着列车运行速度的提高,隧道内的空气压力也随之发生变化,国内已经有若干条城市轨道交通线路列车最高运行时速达到了120km/h,空气压力的波动对人员的舒适造成较大影响,情况严重时会危及健康。通风空调系统需要针对空气压力的变化,结合人员的健康要求,提出合理有效的控制标准,并会同有关专业共同加以解决。
2、经济节能
传统的城市轨道交通通风空调系统存在两大突出特点,一是占用面积和空间巨大,一般来说地下车站设备及管理用房一半的面积被通风空调机房占用。二是运行能耗极高,南方城市约50%的运营能耗为通风空调系统耗能；而北方城市通风空调系统的能耗也达到运行总能耗的近1/3。
设计、科研单位和生产企业应高度重视这两大难题,并加以解决。目前出现的集成系统等就是在这方面作出的有益尝试,但这些与工程建设的需要,尤其是国家节能减排的国策要求还有很大差距,还需要继续努力,继续探索,要从系统的精确计算、系统制式的选择、系统设备的配置、系统控制、系统运行模式以及新设备的研发与应用等多个角度来做大量的工作。
从系统制式的选择上看,合理的系统方式设置对节省所占用的土建空间和运营节能至关重要,应当结合气候条件、运力因素、土建结构类型、地质情况、建设标准和经济实力进行综合的技术经济比较,发展和采用合理的系统制式。例如,日前通过由国内多位著名专家鉴定的课题---“可调通风型站台门通风空调系统”就是一项意义重大的创新和探索。课题组开创性地提出了可调通风型站台门的理念,研制了相应的产品,并且提供了基于可调通风型站台门的适用于不同气候条件的新型环控系统形式,能够很好地满足城市轨道交通各种正常及事故工况下通风空调系统的全部功能需求,节能效果显著；同时,还可以有效解决严寒地区冬季站内温度偏低的技术难题。
在系统方式和系统构成方案确定后,系统设备的选用及配置就成为重要的环节,在工程建设中,考虑到不同运营时期客流量和热负荷的不同,通风空调应采用不同的设备配置标准以适应负荷的变化,达到最大的运行节能效果,因此,应该大力提倡设备的科学分期安装实施,尽管这样增加建设管理上的事务。另外,应从建设和运营管理及投资体制方面综合研究适当的对策和政策。
3、环保美观
从城市景观角度考虑,凸出地面的风亭和设置在地面的冷却塔、风冷机组等设施与设备无疑会对城市景观造成影响。在一些敏感区域和道路、建筑物布局紧张地段,以及居民集中地区,这些矛盾极为突出。这就需要在风亭位置的选择、风亭尺寸的选用、风亭建筑形式等方面多加研究。对于通风空调系统也应进行创新性研究,以利于解决此类问题。例如目前出现的蒸发冷凝式系统就是其中的一项实际举措,这项技术采用蒸发冷凝机组取代传统意义上的冷却塔装置,设置在地下,并充分利用水的汽化潜热将热量散发,实现制冷效率的提高,也有利于节能。
城市轨道交通通风空调系统对城市环境的噪声与振动影响也不容忽视。城市轨道交通线路可能穿越城市不同环境要求的区段,其对周边的环境噪声与振动影响应满足环保的要求。从这个意义上分析,城市轨道交通通风空调设备应低噪声、低振动和低能耗。
结束语
城市轨道交通通风空调系统技术需要总结国内外城市轨道交通通风空调系统的实际应用经验,结合新的理念,采用新的技术,改造和提升传统系统方式,加快系统技术的更新和促进技术进步,并充分结合工程建设的具体情况,解决在技术上和运行上存在的诸多不足,实现通风空调技术在城市轨道交通领域的科学理性探索和符合工程实际、满足国家需要的高水平发展。
参考文献
[1]付维纲.深圳地铁空调通风系统的设计[J].广西质量监督导报，2008.
[2]王晖,朱培根,杨军.南京站地铁通风空调系统调试与分析[J].制冷空调与电力机械,2009.
[3]王静伟,贺利工,涂旭炜.地铁车站通风空调大系统的节能设计[J].城市轨道交通研究,2009.