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背景介紹

地鐵空間作為典型的地下大空間建筑，其空調(diào)運行能耗是地鐵總能耗的重要組成部分。因此，地鐵空調(diào)系統(tǒng)的合理設(shè)計及優(yōu)化運行對于地鐵的節(jié)能運行具有舉足輕重的影響。由于列車是影響地鐵熱環(huán)境的主要干擾源，列車的往來運動導(dǎo)致地鐵站臺內(nèi)氣流分布的周期性變化，根據(jù)靜態(tài)平均負(fù)荷設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)在實際運行中可能無法滿足設(shè)計要求，因此有必要了解這一動態(tài)變化過程。同時地鐵站作為一個整體，其各部分負(fù)荷相差很大，所以有必要分析各部分負(fù)荷的實際情況，有針對性的采取節(jié)能措施，以合理減低空調(diào)能耗。

這些問題的解決，都依賴于對地鐵熱環(huán)境詳細(xì)的測量與分析。同時，近年來應(yīng)用漸廣的地鐵熱環(huán)境模擬手段，也急需大量的實驗驗證。但是由于地鐵熱環(huán)境實地測量的復(fù)雜性，目前國內(nèi)對地鐵空調(diào)負(fù)荷的的實測數(shù)據(jù)非常缺乏。

地鐵主要是由車站、隧道兩大部分組成。地鐵車站根據(jù)城市規(guī)劃控制要求：位于城市主干道下的，應(yīng)滿足主體結(jié)構(gòu)上覆土不小于3米；位于城市次干道下的，應(yīng)滿足主體結(jié)構(gòu)上覆土不小于2米。車站包括公共區(qū)、管理及設(shè)備用房。整個車站全長一般應(yīng)在160米以上。地下鐵道基本上是與大氣隔絕的，室外大氣的溫、濕度對車站的空調(diào)負(fù)荷只有間接的影響。

系統(tǒng)設(shè)計

1、機械通風(fēng)

當(dāng)活塞式通風(fēng)不能滿足地鐵除余熱與余濕的要求時，要設(shè)置機械通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)地鐵系統(tǒng)的實際情況，可在車站與區(qū)間隧道分別設(shè)置獨立的通風(fēng)系統(tǒng)。車站通風(fēng)一般為橫向的送排風(fēng)系統(tǒng)；區(qū)間隧道一般為縱向的送排風(fēng)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)應(yīng)同時具備排煙功能。區(qū)間隧道較長時，宜在區(qū)間隧道中部設(shè)中間風(fēng)井。對于當(dāng)?shù)貧鉁夭桓?，運量不大的地鐵系統(tǒng)，可設(shè)置車站與區(qū)間連成一起的縱向通風(fēng)系統(tǒng)，一般在區(qū)間隧道中部設(shè)中間風(fēng)井，但應(yīng)通過計算確定。

2、閉式系統(tǒng)

閉式系統(tǒng)使地鐵內(nèi)部基本上與外界大氣隔斷，僅供給滿足乘客所需的新鮮空氣量。車站一般采用空調(diào)系統(tǒng)，而區(qū)間隧道的冷卻是借助于列車運行的“活塞效應(yīng)”攜帶一部分車站空調(diào)冷風(fēng)來實現(xiàn)。這種系統(tǒng)多用于當(dāng)?shù)刈顭嵩碌脑缕骄鶞囟雀哂?5℃、且運量較大、高峰時間內(nèi)每小時的列車運行對數(shù)和每列車車輛數(shù)的乘積大于180的地鐵系統(tǒng)。

3、屏蔽門系統(tǒng)

在車站的站臺與行車隧道間安裝屏蔽門，將其分隔開，車站安裝空調(diào)系統(tǒng)，隧道用通風(fēng)系統(tǒng)(機械通風(fēng)或活塞通風(fēng)，或兩者兼用)。若通風(fēng)系統(tǒng)不能將區(qū)間隧道的溫度控制在允許值以內(nèi)時，應(yīng)采用空調(diào)或其他有效的降溫方法。安裝屏蔽門后，車站成為單一的建筑物，它不受區(qū)間隧道行車時活塞風(fēng)的影響。車站的空調(diào)冷負(fù)荷只需計算車站本身設(shè)備、乘客、廣告、照明等發(fā)熱體的散熱，及區(qū)間隧道與車站間通過屏蔽門的傳熱和屏蔽門開啟時的對流換熱。

4、此時屏蔽門系統(tǒng)

車站空調(diào)冷負(fù)荷僅為閉式系統(tǒng)的22%～28%，且由于車站與行車隧道隔開，減少了運行噪聲對車站的干擾，不僅使車站環(huán)境較安靜、舒適，也使旅客更為安全。地鐵環(huán)控系統(tǒng)一般采用屏蔽門制式環(huán)控系統(tǒng)或閉式環(huán)控系統(tǒng)。屏蔽門制式系統(tǒng)即：站臺和軌行區(qū)分開，車站為獨立的制冷、除濕區(qū)、因此有安全、節(jié)能和美觀等優(yōu)點。由于屏蔽門的隔斷，屏蔽門制式環(huán)控系統(tǒng)形成了兩個相對獨立的系統(tǒng)——車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)和隧道通風(fēng)系統(tǒng)。

負(fù)荷計算方面

根據(jù)地鐵的建筑特點，造成地鐵內(nèi)部對室外溫度影響的延遲性，相對穩(wěn)定，根據(jù)有關(guān)資料顯示：列車本身及列車空調(diào)的散熱約占74%，照明、廣告燈箱的散熱約占6%，設(shè)備(如自動扶梯、售票機等)的散熱約占5%，乘客和工作人員的散熱約占15%；地鐵圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍的土壤能吸收大量的熱量并儲蓄起來，夏儲冬放，以調(diào)節(jié)地鐵內(nèi)空氣的溫度，根據(jù)一些資料記載，此部分熱量占地鐵產(chǎn)熱量的25%-40%。

環(huán)控設(shè)計采用常規(guī)閉式系統(tǒng)，總散熱量扣除傳入地鐵周圍土壤中的熱量外，基本為車站的空調(diào)負(fù)荷；環(huán)控設(shè)計采用常規(guī)開式系統(tǒng)，列車本身及列車空調(diào)的散熱量扣除傳入地鐵周圍土壤中的熱量外，其他部分的熱量通過隧道通風(fēng)系統(tǒng)傳到室外，而車站的空調(diào)負(fù)荷僅包括車站內(nèi)乘客和工作人員散熱量、照明散熱量及設(shè)備散熱量。

1、參數(shù)取值方面

地鐵站的空調(diào)屬于舒適性空調(diào)。站內(nèi)雖然人員密集，但逗留時間較短，同時地鐵空調(diào)負(fù)荷很大，為了節(jié)約能源，只考慮乘客由地面進(jìn)入車站的一個“暫時舒適”環(huán)境即可。而人體對溫度變化有明顯感覺的溫差在2°C以上。這樣乘客從地面進(jìn)站到上車，經(jīng)歷一個環(huán)境溫度逐漸降低的過程，32.5℃→30℃→29℃→27℃，既是一個較舒適的過程又是一個較衛(wèi)生的過程，沒有突冷的感覺；車站的一些管理用房，由于管理人員長時間在里面工作，取tn =27℃；車站的一些設(shè)備用房據(jù)工藝要求確定室內(nèi)溫度取值。

2、防排煙方面

由于地鐵是一個人員密集的地下公共建筑，且地下車站對外連通的口部相對來說比較少，因此地下鐵道及區(qū)間隧道的機械事故通風(fēng)至關(guān)重要。

地鐵事故通風(fēng)分為非火災(zāi)性原因和火災(zāi)性原因二類。火災(zāi)事故按區(qū)間隧道、站廳、站臺同一時間只有一處發(fā)生火災(zāi)來考慮，此較好的方法是使人、煙分向流動，用機械排煙設(shè)施使煙氣按一個方向流動，排出地面，而人員從另一個方向撤離。

考慮到地鐵的站廳或站臺公共區(qū)的使用面積一般在1500m2左右，且為了使一個站廳或站臺分為兩個防煙分區(qū)，因此規(guī)范規(guī)定：每個防煙分區(qū)的建筑面積不宜超過750m2。排煙量按每分鐘每平方米建筑面積1m3計算。

地鐵排煙系統(tǒng)，排煙風(fēng)機及煙氣流經(jīng)的輔助設(shè)備如風(fēng)閥及消聲器等，應(yīng)保證在150℃時能連續(xù)工作1h。

3、噪聲控制方面

地鐵車站的主要噪聲源來自列車的運行，噪聲級高達(dá)80dB(A)，一般聲功率級100分貝以上；其它如變壓器、水泵、制冷機、冷卻塔等為次聲源。

環(huán)境特點

(1)地鐵的車站和區(qū)間隧道除出入口(地面線和高架線除外)等極少部位與外界相通外，基本上與外界隔絕，長年不見陽光，通風(fēng)條件差，潮濕、多粉塵、行車震動大、空間狹小、小昆蟲自由出入、人員密集，只有用人工氣候才能滿足乘客的要求；

(2)列車各種設(shè)備的運行和乘客都將釋放出大量的熱，若不及時排除，將使本站和區(qū)間溫度上升，是乘客在此環(huán)境中難以忍受；

(3)地下鐵道是狹長的地鐵建筑物，列車及各種設(shè)備運行產(chǎn)生的噪音不易消除，對乘客影響較大；

(4)地鐵運行時產(chǎn)生“活塞效應(yīng)”，局部與瞬間空氣流速較大，會干擾車站氣流組織，使乘客感覺到不舒適，并影響車站負(fù)荷；

(5)當(dāng)發(fā)生事故，尤其是發(fā)生火災(zāi)事故時，將導(dǎo)致環(huán)境惡化，不易救援，要采取有效措施。