地铁地下车站通风空调系统分析探讨

自然通风世界各地早期地铁建设和营运中，由于客流密度不大，地铁列车运行频率不高，人类在地下空间活动产生的热量聚集对地下环境造成的影响并不明显，因此，采取普通的通风措施可以将地铁环境聚集热量有效地转移到地面大气环境。活塞通风系统早期的地铁车站，由于车站规模小、系统自动化程度低、设备房间少，地铁区间、车站以及设备管理用房都采用开式系统，而且车站和区间一般没有机械通风系统，只是依靠列车活塞风来降温。这种通风系统非常简单，基本上没有风道和机房，只能适应运量比较小的地铁线路。利用活塞通风，对车站进行换气。区间上间隔一定距离设置自然通风口，以满足阻塞通风及火灾排烟的要求。这种系统计基本上可以不需要通风机房，也没有长期的运行维护费用。车站的净空可以不考虑风管的空间，至少可以做低lm。另外，地面上没有风井等附属建筑，对城市景观影响小。采用该模式必须注意：出入口通道尽量做短、做直；站厅集散区尽量压缩规模；地下设备管理用房尽简化，或者设置到地面；区间防灾必须利用自然通风井。机械通风随着地铁建设和运营的发展，客流密度增大，列车运行频率增加，地铁环境中热量聚集导致温度升高的问题日渐突出。尤其是处于低纬度地区的城市，夏季空气温度较高，对于地铁庞大的地下空间，一般的通风排热效果不尽如人意。一般通风措施不能有效地解决人们对地铁隧道环境温度的实际需求时，人工降温技术开始在地铁环境中应用。机械通风系统在车站两端设置送排风机，正常情况下利用风机及风管对车站进行横向通风换气；在列车事故或停止运行期间，利用风机对区间进行强制通风。机械通风系统可以满足不同工况(正常行车、列车区间阻塞、火灾排烟)的通风需要，而且可以保证通风换气不存在死角，适应不同车站形式的要求。该通风系统与单纯的活塞通风系统相比，要增加送排风道，因此土建规模也要大。同时，该系统要考虑风管安装空间，因此建筑净空要高。为了充分地利用活塞风的自然通风效果，车站建筑设计也应尽量缩小非集散区的面积，在夏季利用机械通风对车站进行强制降温，其余季节利用活塞效应进行通风换气，以降低通风系统运行能耗。为了压缩车站规模，应尽量将每端的风道上下对称布置在车站的两侧。闭式系统城市地铁以隧道连接众多车站构成一个庞大的地下空间环境，出于基本卫生需求，总是需要设置与外界大气环境相通的通风通道。通过这些通道，采用强制机械通风或是自然通风的方式，地铁空间的空气与室外大气得以交换，以满足地铁环境的基本需求。这种形式在地铁中是最为普遍的，地铁环境与室外环境联络的风道开启时，则称之为开式系统。当采用人工制冷降温措施后，为了减少制冷能量的消耗，地铁系统在空调季节期间暂时切断(关闭)了地铁环境空间与室外大气环境的联络风道，即闭式系统。闭式系统是指空调季节地铁空间采用的空调通风循环系统，除了保证必要的新风外，地铁内的空气系统基本上与外界不交换。屏蔽门系统屏蔽门系统就是在地铁隧道与站台大厅之间设立了屏蔽门，并保持地铁隧道的室外风道开启。之所以这么做，是因为，我们知道闭式系统相较于开式系统，固然可以节约一定能源，但据统计，闭式系统最主要的热负荷却是来自隧道中运行的列车，占到总负荷的60％～70％。而且地铁隧道相较于站台大厅的制冷要求较低，而且借助于自然通风或机械强制通风即可保证。所以，如果可以将地铁隧道与站台大厅隔离开来，分别制冷则可以大大减少空调的制冷能耗，在夏季空调期间，屏蔽门系统模式需要负担的热负荷仅为闭式系统模式的1／3。这是屏蔽门系统最大的优点，另外，设立屏蔽门，还可以防止无关人员进入地铁隧道，防止站台乘客意外跌落轨行区间，减少意外事故。另一方面，将地铁隧道与站台大厅隔开，阻止了两个空间的通风。这导致了，非空调季节不能利用车站出入口及列车的活塞效应进行自然通风，必须进行机械强制通风。另外，由于区间与车站完全隔断，无法利用车站的冷风对区间进行冷却，为了保证区间的温度满足要求，往往还必须增加区间活塞通风系统。也因此，其机房面积比传统的闭式系统要大得多。总的来说，在全年气候较热，地铁开空调季节较长的南方等地区建议采用屏蔽门系统，可以减少较多能耗。复合式系统屏蔽门系统以其夏季节能的技术优势，在我国气候偏热、全年空调期相对较长的南方城市地铁建设中得到了广泛的应用。但是，对于全年空调期短的地区，全年运行中的屏蔽门系统却并不能充分发挥节能优势。而闭式系统由于站台与隧道没有实质性的分隔，虽然夏季空调期并无节能的优势，但在全年相当长的非空调期中，闭式系统皆可以方便地转换成开式系统运行，在隧道列车运动活塞效应的辅助作用下，充分利用外界温度较低的空气，置换隧道包括地下车站环境的空气，维持地铁正常营’运的环境温度需求。因此，对于全年空调期较短的地区i就全年通风空调系统的能耗而言，夏季以闭式系统运行，而非空调期以开式系统运行的系统模式，比之屏蔽门系统模式的能耗更低，其经济性也更优。在我国地铁工程建设中，实际形成的格局是，典型的北方地区城市地铁通风空调以闭式系统为主要的系统模式；而在南方地区则以屏蔽门系统作为主要的系统模式。当地气象特征处在两者之间的地区，其系统模式的选择主要通过不同模式的技术经济比较，选择相对较优的系统模式作为该地区地铁工程的通风空调系统模式。实际上，地铁通风空调工程中屏蔽门系统或闭式系统，在建筑形式上并无本质性的差异，仅仅在于后者站台安全门上方存在大约高500mm的未封闭断面与隧道相通，而前者则完全封闭(上方没有与隧道相通断面空间)。地铁车站站台门上方有或无这500mm与隧道相通的断面，其实质在于地铁环境与隧道是否存在气流的沟通。将站台门上方这500mm与隧道相通的断面做成可以启闭的通风窗(该方案的设备按屏蔽门系统配置)，使其在夏季空调季节关闭，而在其他非空调季节开启。那么，既可以容易地获得屏蔽门系统模式的夏季空调节能效果；同时，在非空调期也可以获得隧道列车运动活塞效应所强化的通风节能效果。这种地铁通风空调技术方案如果可以作为一种模式——复合式系统，那么，在地理纬度处于过渡地带的任一城市，复合式系统皆可以作为系统模式中的一种选择。复合式系统在夏季空调期相当于屏蔽门系统；而在非空调期则是一个设备配置功率较低的闭式系统，其技术性与既有系统并无二致。