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1、城市轨道交通设备系统 第八章 通风空调系统 第八章 通风空调系统 十九八七六五四三二一 1863年l月10日，伦敦，世界上第一条地铁线路开通运营，“大都会”号由于采用蒸汽 机1I驱动运行，机车排放出的烟气造成地下车站环境湿热难挡；“大都会”号以后的伦敦地 铁引入了电力机车，其问又遇到了新的问题，由于电力机车的功率很大，放出的热量也更多 ，伴随着客运量的增大，伦敦地铁车站内部环境进一步恶化。 1905年10月，纽约第一条地铁开通运行，设计人员在设计过程中对于隧道和车站的强迫 通风没有多加考虑，他们认为人行道上的通风口就能为地铁系统提供足够的新鲜空气。次年 夏天由于地面通气口不畅而引起的地铁内温度
2、过高问题变得严重起来，后来为了增加通气量 ，车站的屋顶上不得不设置了更多的通气口，并在站内及站间加装了风机和通风管道。 吸取了纽约地铁的设计教训，在1909年5月修建波士顿地铁时，设计人员已充分地认识 到为乘客们提供一个舒适环境的必要性，首次采用隧道顶部的风管进行通风并加大了车站出 入口面积，提出“采用机械通风方式获得纯净空气”，总结出“温度问题与通风有关，加大 通风换气次数，将减少隧道内外温差”，通过工程实践，使得地铁的内部环境大为改善。 1943年芝加哥的第一条地铁建成，在设计芝加哥地铁的一开始设计师就关注到了车站 环境控制的问题。Edcson Brock为这条地铁通风系统的建立作出了巨大
3、贡献，Brock在“芝 加哥地铁通风计算的进展”中建立了计算列车活塞效应的方法和计算式，为了在地铁中实现 热量平衡，Brock不仅考虑了为保持舒适的地铁环境所需的空气变化量，同时也考虑了隧道 壁、土壤温度日变化和年变化影响以及热量的累积作用，并测定了多种温度及循环下的累积 效应，在设计芝力哥地铁时充分利用了这些数据，创造了在未使用空调情况下，地下车站 内部几乎全年都能提供充分通风和宜人环境温度的车站环控系统。 第八章 通风空调系统 芝加哥地铁内环境问题的成功解决，使得其他许多计划修建地铁的城市，在设计的早期阶段 开始寻找解决环境问题的方案。l954年开通的多伦多地铁基本上是以芝加哥地铁设计为蓝
4、本的。 为了降低工程造价，设计人员将通风竖井之间的间距增大了近3倍。列车的阻塞比则提高了15%， 隧道中高速行驶的列车所形成的活塞风对站台乘客的生理、心理带来了很多负面的影响。随后， 多伦多地铁为了克服上述不良影响，采用了一些结构上的改变以及利用隧道周围岩土层的蓄热（ 冷）性能，采用夜间通风，达到较好的环境要求。 从1863年伦敦建成第一条地下铁道以来，至今世界上已有近100座大城市拥有地铁。随着我国 城镇化规模的不断扩大，城市人口流通量急剧增加，交通拥堵现象日益严重，传统的公共交通工 具已经无法满足城市人群日常出行需求。地铁快捷、便利、环保、大客流量运输的特点，使它成 为解决现代化城市交通紧
5、张的有效运具。我国的第一条地铁线路于1965年7月在北京开工兴建， 1971年1月开始试运营，随后相继建设开通了上海地铁、广州地铁、深圳地铁、南京地铁，目前正 在修建的还有杭州地铁、沈阳地铁、西安地铁等。随着已开通地铁的运营，地铁通风空调系统（ 简称环控系统）已成为满足和保证人员及设备运行所需内部空气环境的关键工艺系统，是地铁中 不可或缺的一个重要组成部分。 城市轨道交通环控系统的目的就是在正常运行期间为地铁乘客提供舒适的环境，以及在紧急 情况下迅速帮助乘客离开危险地并尽可能减少损失，一条城市轨道交通线路的环控系统都必须满 足以下三个基本要求。 (1)列车正常运行时，环控系统能根据季节气候，合
6、理有效地控制城市轨道交通系统内空气温度 、湿度、流速和洁净度、气压变化和噪声，以提供舒适、卫生的空调环境。 (2)列车阻塞运行时，环控系统能确保隧道内空气流通，列车空调器正常运行，乘客们感到舒适 。 (3)紧急情况时，环控系统能控制烟、热、气扩散方向，为乘客撤离和救援人员进入提供安全保 障。 第八章 通风空调系统 根据城市轨道交通隧道通风换气的形式以及隧道与车站站台层的 分隔关系，城市轨道交通通风空调系统一般划分为三种制式：开式系 统、闭式系统和屏蔽门系统。 1)开式系统 隧道内部与外界大气相通， 仅考虑活塞通风或机械通风，它 是利用活塞风井、车站出入口及 两端峒口与室外空气相通，进行 通风换
7、气的方式，如图8-1所示。 主要用于北方，我国采用该系统 的有 北京地铁1号线和环线。 图8-1 开式系统 8.1 通风空调系统的制式 2)闭式系统 闭式系统是一种地下车站内空气与室外空气基本不相连通的方式，即城 市轨道交通车站内所有与室外连通的通风井及风门均关闭，夏季车站内采用 空调，仅通过风机从室外向车站提供所需空调最小新风量或空调全新风。区 间隧道则借助于列车行驶时的活塞效应将车站空调风携带入区间，由此冷却 区间隧道内温度，并在车站两端部设置迂回风通道，以满足闭式运行活塞风 泄压要求，线路露出地面的峒口则采用空气幕隔离，防止峒口空气热湿交换 。闭式系统通过风冀控制，可进行开、闭式运行。我
8、国采用该种形式的有广 州地铁1号线、上海地铁2号线、南京地铁1号线和哈尔滨地铁1号线等。 还有另一种闭式系统即大表冷器闭式系统，在其空气处理模式方面同上 述闭式系统基本一致，只是将隧道事故风机多功能化以取代组合空调机组的 离心风机和回、排风机，采用结构式空调设备，空气过滤装置和翅片式换热 装置设置于土建结构的风道内。我国采用该系统的有南京地铁2号线，北京 地铁4号线、5号线、10号线、复八线。 在闭式系统的城市轨道交通线中，为了增加旅客的安全性，许多车站在 站台边缘设置了安全门，但其并没有将隧道和车站的空气隔离开来。 8.1 通风空调系统的制式 3)屏蔽门系统 屏蔽门安装在站台边缘，是一道修建
9、 在站台边沿的带门的透明屏障，将站台公 共区与隧道轨行区完全屏蔽，屏蔽门上各 扇门上活动门之间的间隔距离与列车上的 车门距相对应看上去就像是一排电梯的 门，如图8-2所示。列车到站时，列车车门 正好对着屏蔽门上的活动门，乘客可自由 上下列车，关上屏蔽门后，所形成的一道 隔墙可有效阻止隧道内热流、气压波动和 图8-2 屏蔽门系统 灰尘等进入车站，有效地减少了空调负荷，为车站创造了较为舒适的 环境。另外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 8.1 通风空调系统的制式 适度，为轨道交通实现无人驾驶奠定了技术基础，但屏蔽门
10、的初投资 费用较高，对列车停靠位置的可靠性要求很高，若客流密度较大，车 门口可能出现拥挤，且对长期运行隧道内温度超标难以解决。采用该 系统的有香港新机场线、深圳各地下线、广州地铁2号线及以后所有 地下线、广佛地铁、上海地铁除2号线外的各地下线、杭州地铁1号线 、苏州地铁1号线、重庆地铁l号线、成都地铁1号线、长沙地铁1号线 等。 新加坡、马来西亚、日本、法国、英国、美国和丹麦等国家的轨 道交通系统早已采用了屏蔽门技术，这些国家和地区的应用情况大致 分为两类：一类为气候炎热的热带和亚热带地区，采用屏蔽门系统主 要是为了简化车站空调通风系统，以节能和减少工程投资为主要目的 ，这类屏蔽门在站台为全封
11、闭式，如新加坡NEL线，香港新机场线、 将军坳线等；另一类为在非炎热地区，采用屏蔽门的主要目的是考虑 乘客候车时的安全，主要采用在无人驾驭的城市轨道交通系统或有高 速列车通过的车站，如法国吐鲁斯轻轨系统、巴黎14号线为无人驾驭 系统 8.1 通风空调系统的制式 4)各系统应用的效果评价 屏蔽门系统优点是由于屏蔽门的存在创造了一道安全屏障，可防 止乘客无意或有意跌入轨道；屏蔽门可隔断列车噪声对站台的影响； 此外同等规模的车站加装屏蔽门系统的冷量约为未加装屏蔽门系统冷 量2/5左右，相应的环控机房面积可减少1/3左右，这样年运行费用仅 是闭式系统的一半。但是安装屏蔽门需要较大投资，并随之增加了屏
12、蔽门的维修保养工作量和费用，且屏蔽门的存在将影响站台层车行道 壁面广告效应，站台有狭窄感，对于侧式站台这种感觉尤甚。 闭式系统的优点是车站和区间隧道内设计温度和气流速度在不同 工况条件下符合设计要求，环控工况转换简明，站台视野开阔，广告 效应良好，但其相对屏蔽门系统带来冷量大、所需环控机房面积大、 耗能高，此外站台层环境受到列车噪声影响。 只采用通风的开式系统主要应用在我国的北方，在我国夏热冬冷 和夏热冬暖地区是不适合采用的。闭式系统和屏蔽门系统在夏热冬冷 和夏热冬暖地区应用较多，偶尔也有大表冷器闭式系统的出现。 8.1 通风空调系统的制式 城市轨道交通通风空调系统制式优缺点对比如表8-1所示
13、。 表8-1 城市轨道交通空调形态优缺点对比 8.1 通风空调系统的制式 制式描述优点缺点应用范围 开式系统 活塞作用或机械通风 ，通过风亭使地下空间 与外界通风换气 系统简单，设备少，控 制简单，运行能耗低 标准低，无法有效控制站内 环境、组织防排烟 欧美北部地 区的老线，我 国北京1号线、 2号线 闭式系统 设隧道通风设施，隧 道通风系统的运行方式 根据室外气候的变化， 通过风阀控制可采用开 式和闭式运行；车站空 气与隧道相通 活塞效应将车站的空气 引入区间隧道内降低温度 作用；区间隧道内的空气 温度较同样运行条件下的 屏蔽门系统低；站台视野 开阔，广告效应好 车站的温度场、速度场无法 维
14、持稳定，车站空气品质难控 制；当乘客因意外或特殊情况 跌人轨道时将对正常运营带来 严重影响；空调季节空调系统 投资和运行费用高；通风空调 系统机房大；土建投资大 国内长江以 北城市 屏蔽门系统 在闭式系统的基础上 ，用屏蔽门将车站与隧 道区域隔离开 提高安全性；降低活塞效 应对车站的影响，减少车 站与隧道的空气对流，减 少车站冷负荷的损失，提 高车站空气洁净度、降低 列车进站带来的噪声；节 省通风空调系统的初投资 、运行费用和土建初投资 增加初投资和运营费用；增 加与有关专业的接口关系；活 塞效应将区间隧道的热空气排 至外界，引入室外的新风冷却 隧道；高温季节很难控制隧道 内的温度 国内长江流
15、 域及以南城市 我国2003年颁布的地铁设计规范(GB 50157-2003)中要求： “地铁的通风与空调系统应保证其内部空气环境的空气质量、温度、 湿度、气流组织、气流速度和噪声等均能满足人员的生理及心理条件 要求和设备正常运转的需要”。 在城市轨道交通没汁中，确定夏季空气调调节新风的室外计算干 球温度时，采用“近20年夏季地下铁道晚高峰负荷时平均每年不保证 30h的干球温度”，而不采用采暖通风与空气调节设计规范(GB 500192003)（以下简称“暖通规范”）规定的“采用历年平均不 保证50h的平均温度”，因为暖通规范是主要针对地面建筑工程的， 与地下铁道的情况不同。暖通规范的每年不保证
16、50h的干球温度一般 出现在每天的12-14时，而据城市轨道交通运营资料统计，此时城市 轨道交通客运负荷较低，仅为晚高峰负荷的50%70%，若按此计算空 调负荷，则不能满足城市轨道交通晚高峰负荷要求；若同时采用夏季 不保证50h干球温度与城市轨道交通晚高峰负荷来计算空调冷负荷， 则形成两个峰值叠加，使空调负荷偏大。因此采用地下铁道晚高峰负 荷出现的时间相对应的室外温度较为合理。 8.2 通风空调系统的技术要求 区间隧道正常工况最热月日最高平均温度为f35。 列车阻塞工况温度标准为f40。主要考虑到列车阻塞在区间 隧道工况为使列车空调冷凝器继续正常运转，须由列车后方站 TVF(tunnel ventilation fan)风机向区间隧道送入新风，由前方站 区间隧道TVF风机将区间隧道内空气排至地面，区间隧道内气流方向 与列车前进方向一致。由于阻塞在区间隧道内的列车其冷凝器产热连 续释放到周围空气中去，而这时列车活塞风已停止，从而使列车周围 气温迅速升高，当列车空调冷凝器进风温度46，则部分压缩机将 卸载，当进风温度56，压缩机就停止转动
