西安市某地铁站通风空调系统设计分析

宋 威 林成楷

(1.太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002； 2.太原理工大学土木工程学院，山西 太原 030024)

0 引言

随着科技进步发展，人们生活品质得到快速提高，人们利用多种交通工具方便日常交通需求，确保日常经济建设的发展和环境稳定，实现交通便捷的基本需求。国家大力开展轨道交通，即利用地下空间，有效利用地下资源完成交通顺利发展的效果。良好的地下暖通空调系统是完成地下轨道交通运输的基础环节，其中以地铁暖通空调系统较为多见。

1 系统的设计原则

地铁车站通风系统主要由大小系统和水系统三部分组成，在地铁运行中，这三大系统一起发挥作用，大、小系统负责保持车站内良好的热湿环境；其中，大系统负责站厅、站台层的公共区通风空调系统,小系统负责车站功能房间和机房的通风空调系统。水系统主要负责为地铁车站空调系统供给冷量或热量，协助空调机组完成工作。不同于普通通风空调系统，地铁车站通风空调技术有其独有的特点：系统操作复杂、繁琐，控制运行不便；系统庞大，设备众多；机房占用面积过大；控制区域环境受室外和隧道的影响较大。综上所述，地铁车站通风空调系统的运行原理为：地铁运行时，经空调新风机向站内输送充足新风，同时经排风机把站内空气排出站外；地铁进出站或停站时，经站层顶部的排热风口把车顶冷凝热排出站外，以保证地铁安全运行。

2 系统的设计分析

以西安地铁某地铁站为例，该站总共有站厅层、设备层、站台层，其中站厅站台靠阶梯扶梯联通。该站设备房风管的布置，当空间过于狭小时，风管允许穿墙布置，但应在不妨碍其他管线布置的情况下进行，具体布置可见图1，图2。

站厅、站台层的公共区是乘客主要活动场所，也是环控系统、通风系统的主要控制区，该区域的通风空调系统称为大系统。该车站的大系统分别设置在车站站台两端，基本上各负担半个车站的负荷，外界新风通过出入口进入站厅、站台层。该车站采用侧式站台，站台层空调系统为上送上回形式，考虑到人流分布情况，送风口布置于屏蔽门前，回风口布置于靠墙侧。送风口、回风口应保持一定的距离，以免出现短路。轨道顶部排风口采用手动插板阀,通过手转动手轮使丝杆带动闸板反复运动排风，达到启闭目的。

地铁暖通小系统包括车站功能房间和机房的通风空调系统，其设计质量将直接影响地铁的安全、正点运营。小系统的设备组成主要包括：设备、管理用房的轴流风机、空调机组以及各类风阀。

由于各类设备用房的环控要求不同，故小系统的空调还可作以下细分：

1)通信、车站控制、环控机房和会议室需要空调系统；

2)照明配电、高低压电机房需要通风系统；

3)洗手间和储藏间需要排风系统；

4)通信、环控机房需要气体灭火系统。

该地铁站的小系统风道布置空间较为狭小，风系统干管布置于走廊顶端，并允许部分分支管穿墙，在标高变化处设置阶梯式风管。在机房中，由于场地限制，风管穿过机房，设置在房间顶端以防其他管路布置受到干扰[1]。气体灭火管道布置于设备左侧，当发生火灾时，灭火气体从管道的小孔喷出，既保证灭火效率，又可以使得机房设备不受水淋损害。送风口普遍采用单层百叶送风口，回风口采用双层百叶风口。单层可调百叶风口常用于管道中的吸、送风用，同时可根据实际情况配上多叶对开调节阀，用以控制风量[2]。该车站中，其具体布置见图3。

空调系统是否舒适主要是通过空气的温度、湿度，以及其对人体的辐射强度来体现。人体对空调的反应是通过这些环境因素共同作用的结果[3]。

同时，地铁内部是一个人群密集，较为封闭的空间，一旦发生火灾事故，如果不提前做好防范，会造成重大损失。因此，在地铁暖通设计中，必须对车站各功能区域分别进行防火设计；如在排风系统两端设置补风装置，确保发生火灾时，排风机正常运行。在车站发生火灾时，排风通道为排烟通道，排烟风机启动，各运行设备立即停止运行，人员应通过安全防火通道疏散撤离。

对于区间隧道发生火灾时，车站两端对应于两条区间隧道各设一条区间事故通风风道兼做车站送风道、排风道，站台层两端各设置有一条迂回风道，迂回风道内设电动卷帘门；站厅火灾时，在站厅排风管及站台下排风道上电动风阀对站台单独排烟。

除了空调机组，其余机组均设置在设备层中，空调机组设置在功能房间和控制室附近。空调机组负责处理系统进风，除去地铁站和功能房间的冷负荷，热量传给制冷机组，后经冷却水机组带到室外排出。空调机组进出口皆设置软连接，一是可以防震；二可方便装接。

3 主要设备和阀门的选用分析

制冷循环采用螺杆式冷水机组，螺杆式冷水机组是由螺杆式制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、油分离器以及相关仪表组成的制冷装置[3]。为了适应空调系统负荷变化而机组出水温度仍需保持恒定的要求，螺杆式冷水机组是通过能量调节来完成这一任务的。与活塞式制冷压缩机一样，螺杆式冷水机组的能量调节也是通过调节排气量来调节制冷量的，主要由压缩机的能量调节机构来实现。压缩机内设有内压比可调装置，可使压缩机减少负荷运动和实现制冷量无级调节。

冷水进出口皆设置有分集水器，分集水器间设有平衡管和平衡阀，用于调节冷量供应。平衡阀为直流型阀体结构，具有更好的等百分比流量特性，能够合理地分配流量，有效地解决室温冷热不均问题[4]。平衡阀一般安装在回水管上，安装了平衡阀的供回水管不必再设截止阀。通过对平衡阀的调节来改变系统管道阻力大小，从而达到设计要求。水系统调试合格后，应不存在水力失衡问题。

冷水泵设有3台，出水管路设有止回阀和过滤器，过滤器用于除去系统中的沉渣，止回阀是指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门。止回阀的主要作用是防止介质倒流、防止泵及驱动电动机反转，以及容器介质的泄放，该工程的止回阀见图4。

为了保证冷量在运送过程中损失减少，故对管道做外保温，再去贴钉外保温，即在管道外部粘贴保温钉，将保温材料固定于外部。保温钉是一种专用的工程塑料膨胀钉。

保温钉是由三部分组成的：一是尼龙制成的套管；二是套管内的镀锌钢螺丝；三是套管前的尼龙圆盘即用以压盖保温板，它的长度根据保温板厚度而有所不同，具体见图5。

制冷机组中的冷凝器放出的热量由冷却水吸收，将余热带到地表的冷却塔中。冷却塔是用水作为循环冷却剂，利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽散发带走余热，以保证系统的正常运行[6]。在允许的情况下，冷却塔可与风亭比邻设计，称为塔亭合一[5]。

该地铁站采取屏蔽门系统，在站与站间设置有风井和风亭。风井主要用于进风，上设置有消声器，风井入口设置防爆门，一般常开，战时状态关闭。作为人防工程，还应在地铁排热风道设置轴流式抽风机，定时抽吸[7]。轴流风机的结构较简单但是需要较大的布置场所，并且轴流式风机工作时振动较大，故在前后设置有软连接，下垫设置减震器，见图6。

为控制进风量，风道设置可调节的风阀，风阀对外界新风进行无级调节，它是实现地铁多种通风形式转换的关键设备之一，其主要特点是运转方便，噪声低，工作温度区间大，结构坚固。

4 结语

地铁通风空调系统是地铁安全运行的重要保障之一，因此在设计过程中需要认真考虑，谨慎选择，注意工程细节，既要保证设计方案的合理性和规范性，并尽量要求设计方案与施工现场完美配合，构建符合使用要求的地铁通风空调系统。