天津滨海新区建投轨道交通建设有限公司 300450
摘要：随着我国轨道交通建设的蓬勃发展，地铁交通设施已经逐渐从一线城市向二、三线迈进，成为缓解城市交通压力的主要通勤途径。地铁车站通常位于地下空间，因此在通风空调方面比地上轨道交通的要求更高，其设计和运行需要通过严格精准的计算，以保障通风空调系统满足乘客空气质量、温度、湿度等舒适度要求。本文分析了国内地铁车站通风空调系统的设计、运行现状，并展开了一定程度的研究展望，以供广大技术人员参考借鉴。
关键词：地铁车站；通风空调系统；系统设计；运行实证
地铁是现代化城市的重要标志。一个典型的地铁车站包括了通道、大厅、站台等公共区域，以及必要的办公、维修、管理等功能区域，属于特征明显的多区域并存建筑空间。相比地表建筑空间的设计而言，各区域的使用周期更长，如商场、剧院、办公建筑等，主要执行“朝九晚五”的运作模式，而地铁车站的一般运行时间为早上5点到夜晚11点，在特殊节假日、社会活动的需要下，甚至可以做到24小时不间断运行，这本身就对空调通风系统提出了更高的要求。同时，地铁车站的空间位于地下，通风空调的设计模式和运行负荷也有特殊的要求，从乘客停留较为短暂的特征上分析，地铁车站的热湿环境要求标准明显低于外部，大多采用全空气方式对各区域进行气温、湿度、通风等实现调控，暖通空调的运行功率明显要高于普通建筑。
一、地铁车站通风空调系统设计分析
本文研究以地铁车站公共区（即“大系统”）为研究对象，整体上包括了站台、站厅两个组成部分。其中，站台的主要功能是为乘客提供等待空间，一般利用屏蔽门与隧道进行连接，并通过楼梯口、电梯口等方式与站厅打通空间阻隔。而站厅（即“地铁站大厅”）的主要功能是进出站口、票务服务、安全检查、临时消费等空间，它是地铁车站外部和地铁车站站厅之间的“过渡部分”。根据我国现有的各地地铁站设计要求，站厅面积通常在2000-4000㎡之间，部分在地铁线路上的“外部站”空间相对较小。对比而言，站台的功能相对稳定，因此在面积设计上也不会出现太大浮动，其变化依据主要是列车编组的形式，丹姐车厢的长度是20m、站台宽度为15m，我国地铁列车的编组包括6节和8节两种常见形式，因此，一般的地铁站站台面积设计为1800㎡、2400㎡两种标准值；此外，一些地铁枢纽站、中转站、换乘站等，展厅面积设计时会超过4000㎡的数值，视具体情况而定。
除了站厅、站台等公共区域之外，地铁站中还包括办公区、维修区、服务区、贩卖区等空间设计，彼此之间的作用相对独立，针对通风空调系统的设计中，形成一个个“小系统”。一般来说，整体面积设计“小系统”的总和，不会超过“大系统”的50%，如图1所示，地铁车站大系统、小系统在设计上对于通风空调系统的效果需求，也存在明显的差异。其中，大系统的站厅和站台两部分，温度差异存在1-2℃的微小差别，这也主要考虑到乘客上下车、停留时间较短。
图1 地铁车站通风空调系统设计需求
二、地铁车站通风空调系统运行现状实证
随着我国地铁交通建设在各地区的广泛开展，区域气候也成为影响地铁站通风系统运行的重要影响因素。较为典型的对比下，南方、北方的地铁站通风空天系统运行现状呈现明显区别。本文以我国华北地区某地铁站设计为例，属于典型的“夏热冬冷地区”特征，如2所示给出了该地铁站在夏季时段的通风空调系统在不同运行测试数据。现有模式下，机械新风量及出入口渗风量的实测结果差异明显较大；其中，在设计客流高峰新风需求的限制下（23000m3），小新风模式为车站环控系统开启小新风机引入机械新风；大新风模式为开启新风阀、关闭小新风机引入机械新风；全回风模式及全关闭模式均为关闭大新风阀、小新风机不引入机械新风的模式，前者为开启大系统空调箱供冷的工况，后者则为大系统通风空调设备全部关闭的工况。
图2 某地铁车站通风空调系统运行实证数据
此外，同一地铁站在同一天的不同时段，也表现出通风空调系统运行的数据差异。按照早上、中午、晚上三个阶段划分，分别探索小新风、大新风、全回风的数据显示：不同模式下早上、中午、晚上三个典型时段的机械风量与渗透风量测试结果现实，两部分新风量远大于实际车站人员需求的新风量。一种情况下，当开启机械新风系统时，机械送风量与出入口渗风量可达近10万m3/h，而车站内实际人员需求新风量仅为3000m3/h左右，这种运行状态下冥想存在浪费现象；另一种情况下，不管是否关闭机械新风系统，由出入口进入车站的渗透风量仍达3-5万m3/h，而这一数值也远高于客流高峰时需求新风量，说明单纯地新风需求完全可以得到满足。
所以，实证研究中发现，通过开启机械新风系统可抑制经由出入口渗入的新风，然而在实际运行的地铁车站通常存在新风量过大的现象——这种现象也表明，我国地铁站设计中，往往将统分个空调系统的功能提升到远超过实际需要的水平——当然，这样做可以确保人体有较好的舒适度，能够最大程度上减少车站内空间的二氧化碳浓度，但是却十分补经济，也会因为通风空调系统的负担过大而造成故障。
针对这一现象的解决策略，在设计角度可以完全采用“负荷规避”的状态。其中，地铁站“大系统”的负荷设计一般不会超过1MW，一旦超过这一需要，就意味着地铁站通常很大，比如枢纽站、换乘站等空间，如果大系统、小系统使用同一个冷源，则可以设计两台螺杆式冷水机组作为冷源设备，足以应对人流高峰需求。事实上，该系统设计在实际运行中，与世纪需求的偏离工况明显，也是当前地铁站通风空调系统优化的难点之一。
三、地铁车站通风空调系统研究展望
从地铁车站通风空调系统的合理设计及高效运行的需求出发，应进一步在通风及渗透风影响规律、冷源及末端方式等方面开展深入研究。
（一）地铁站通风及渗透风影响规律分析
从设计角度出发，我国目前已经建成的地铁站中，通风空调系统通常包含多个风机和风阀，可实现多种运行模式，例如全新风、小新风等，系统复杂及切换方式众多，但实际运行中却存在风阀漏风、风量调节范围有限等诸多不足，系统实际运行状况与设计工况存在显著差异。
针对这一现象，从未来展望的角度出发，应该采取“简化设计”的思维，依据实际运行状况提供的数据，尽量规避地铁车站新风过量供应的现象；具体措施包括两个方面：（1）开启机械新风系统时，在夏季时段采用小新风模式；（2）出入口渗透风会受到机械新风的影响，即便关闭机械新风系统，由出入口渗入的新风量仍可满足站内新风需求。
（二）地铁站冷源与末端方式
现阶段，我国地铁车站中部分采用大、小系统共用冷源的设计方式，这样可以满足成本降低、施工便捷，但是大、小系统的环控需求及使用时间存在显著差别，其不同区域的通风温控需求也不同。因此，在未来发展中应该强调大系统、小系统分开设计，分别设置冷源，满足各自的环控需求；其中，针对小系统主要包含几类不同功能房间、使用习惯存在一定差异的特点，可采用多联式空调机组，满足不同房间的调控需求，小系统的新风需求可通过单独的新风处理机组来满足。
综上所述，我国地铁交通在通风空调系统设计及运行的过程中，应该根据实际需求提高计算精确度，在确保系统稳定运行的情况下，发挥资源集约效应。
参考文献
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论文作者:刘勃序
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/26
标签：新风论文; 地铁论文; 车站论文; 系统论文; 空调系统论文; 需求论文; 地铁站论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;