集成闭式通风空调系统

（一）技术内容

1. 技术原理

在城市轨道交通集成闭式通风空调系统产生之前，国内外城市轨道交通采用的通风空调闭式系统形式基本相同，都是区间隧道与车站通风空调系统分散独立设置，系统功能单一。传统闭式系统虽然已经过长时间的实际应用、工程技术及设备工艺成熟，但这样的系统形式构成复杂、控制繁琐，从而导致车站土建规模大、投资高、运行费用大。典型闭式系统地下车站通风空调机房及土建风道的面积约为2 600 m2，占车站总建筑面积的25 %左右，土建造价约为1 900万元。由于系统分散，设备数量多，车站通风空调设备投资较高，每站约为800万～1 000万元。另外，传统城市轨道交通通风空调系统缺乏行之有效的节能降耗手段，系统的运营能耗惊人。据广州地铁公司的统计数据显示，城市轨道交通通风空调能耗已占到了城市轨道交通总能耗的约60 %，也就是说，通风空调能耗已超过了列车牵引能耗（约占17 %），成为城市轨道交通中的第一用电大户。正是在这样的背景下，北京城建设计研究总院推出了城市轨道交通集成闭式通风空调系统，以谋求在满足城市轨道交通的各种功能要求的前提下，降低城市轨道交通造价和运行成本。

根据以往传统闭式系统的做法，区间隧道与车站公共区的通风空调系统是完全分开独立设置的：区间隧道通风系统设置专用事故轴流风机，只在区间发生阻塞、火灾事故以及夜间通风时使用；车站公共区设置组合式空调机组及回排风机，仅为公共区的正常通风空调及火灾排烟服务。从工况分析可以看出，区间隧道与车站公共区两个独立的系统不存在同时使用的情况，即车站公共区系统运行时，区间隧道系统是关闭的，反之亦然。而且，车站公共区系统常年运行，而区间隧道系统则长时间闲置。另外，城市轨道交通线路通常走在规划道路下面，风亭要控制在道路红线以外的合适位置，风道一般很长，少则三四十米，多则七八十米。传统闭式系统中风道内部的空间不能很好地加以利用，如何将长时间闲置的隧道事故风机以及风道内部的空间有效地利用起来，便成为城市轨道交通集成闭式通风空调系统产生的最初动因。

传统系统的区间隧道与车站公共区的通风空调机房一般都设置在车站两端，位置相邻。区间隧道风机的风量约为20万m3/h，车站公共区系统风量在12万～18万m3/h，两个系统的风量相近，采用变频技术可以将两个系统的风机合用，满足风量、风压要求。从两个系统的通风方向看，一个向隧道且方向可逆转；另一个向车站有送有排。风机合用后设置在风道内，通过风机及风阀的转换即可实现分别对隧道和车站通风。车站公共区的空气处理设备，如表冷器、过滤器亦可以通过改装后设置在风道中。这样就可以将隧道与车站公共区通风系统完全合并设置在风道中，既解决了隧道风机的闲置问题，又有效地利用了风道内的空间。可以说，将隧道通风系统与车站公共区通风系统完全合并集成设置在风道中是集成系统的基本思路。

除将系统合并布置外，为了保证合并后的系统能够安全、可靠、节能运行，在集成闭式系统中还采用了风机变频技术及可自动开启表冷器等新型设备。采用风机变频技术，一方面，满足不同通风工况的不同通风参数要求；另一方面，根据季节、时段分别对通风空调系统进行全过程、精细化、智能化控制。采用可自动开启的表冷器，在通风季节将表冷器从风道中移开，较传统采用固定表冷器空调机组的系统风阻降低，节省风机电耗。图3-15所示为集成闭式通风空调系统原理图。

因此，所谓“集成系统”是利用传统系统中常规的通风空调设备，并采用成熟的风机变频技术以及在传统设备基础上改进而成的可自动开启表冷器，对传统闭式通风空调系统的各个子系统进行系统合并、集成，并重新组织系统布局。通过系统的集成，可以大大地简化系统构成，节省机房面积、缩小车站规模、节约运行成本。

图3-15　集成闭式通风空调系统原理图

2. 简要技术介绍

城市轨道交通集成闭式通风空调系统包括：区间隧道正常通风及事故通风系统；车站站厅和站台公共区空调、通风兼防排烟系统；车站设备管理用房空调、通风兼防排烟系统；空调水系统。其中车站设备管理用房空调、通风兼防排烟系统、空调水系统与传统系统基本相同，主要创新集中在车站公共区及区间隧道通风空调系统上。

典型车站在车站两端分别设置一条送风道和一条排风道，每端的送风道内设置可自动开启式表冷器（包括挡水板）和空气过滤器，并利用车站送排风道及风道内的送排风机、消声器、组合风阀等组成车站公共区空气处理系统。通过电动组合风阀的开闭转换及表冷器的开启，该系统能满足公共区空调季节最小新风运行、全新风空调运行和非空调季节通风运行等要求。车站公共区通风空调系统同时兼做站台、站厅的排烟系统，排风机兼排烟风机。车站送、排风机均为可逆转耐高温轴流变频风机。正常运行工况下，通过变频调整至车站所需的空调送、回风量和风压。

上述每端两台车站送、排风机共同兼做区间隧道事故风机，共同组成区间隧道事故通风系统。当区间隧道发生火灾时，两台风机可以同时对事故区间进行送风或排烟，同时电动开启送风道内的表冷器和空气过滤器，形成无阻挡的送风道或排烟道；当区间隧道发生阻塞事故时，可以继续向表冷器送冷冻水，降低送入阻塞区间空气的温度，对降低夏季阻塞区间的温度非常有利。可自动开启式表冷器主要由两扇门式表冷器组成，而每扇门式表冷器是由3～4个小型模块式表冷器组成，安装在装配式的表冷段之内。整个表冷段在工厂完成加工、测试，现场施工管理方便，冬季可采用高压吹风的方法进行泄水防冻。另外，门式表冷器可以电动开启和关闭，开启时间小于30 s，火灾时和非空调季节可电动打开，无须设旁通风道，系统简单，节约造价及运行费用。

（二）主要技术性能

新型集成闭式系统方案，可完成城市轨道交通通风空调系统的全部功能，并达到《地铁设计规范》、《暖通空调设计规范》等规定的技术参数要求。

新型集成闭式系统方案，可完成城市轨道交通通风空调系统的如下功能：

（1）当列车正常运行时，应保证城市轨道交通内部空气环境在规定标准范围内，为乘客和工作人员提供一个适宜的人工环境，满足其生理和心理上的要求。

（2）当列车阻塞在区间隧道时，应保证阻塞处的有效通风功能，以保证列车空调等设备正常工作，维持车厢内乘客在短时间内能接受的环境条件。

（3）当列车在区间隧道发生火灾事故时，应具备防灾排烟、通风功能，为乘客和消防人员提供足够的新鲜空气，并形成一定的迎面风速，引导乘客安全迅速地撤离火灾现场。

（4）当车站内发生火灾事故时，应具备防灾排烟、通风功能。

新型集成闭式系统方案，可以保证车站公共区及区间隧道的如下设计参数：夏季空调站台计算干球温度29.0℃；夏季空调站厅计算干球温度30.0℃；夏季空调站厅、站台计算相对湿度40 %～65 %。隧道内正常运行时，日最高平均温度≤35℃；区间阻塞时，列车顶部最不利点温度≤45℃。

（三）技术特点

与国内外同类技术比较，集成闭式通风空调系统具有以下独创性和先进性。

（1）将车站公共区通风空调系统与区间隧道通风系统设备集成设置，减少平时闲置设备，降低系统的机房面积。

国内外普遍采用的闭式通风空调系统的区间通风系统、车站空调系统均为独立设置，每座车站设置的4台事故风机（大型可逆转轴流风机）常年闲置，占用宝贵的地下空间。同时，车站公共区通风空调系统设备布置在车站主体结构内，风道空间没有得到充分利用。而集成系统通过区间隧道通风设备与平时通风设备共用以及对土建风道空间的充分利用，大大简化了系统，降低系统的机房占用空间，节省土建造价。

（2）取消车站公共区组合式空调机组，设置可自动开启风道表冷器。

传统的城市轨道交通通风空调系统中设置组合式空调机组，其内部的表冷器空气侧阻力为150～200 Pa，占风系统总阻力的20 %。在空调季节表冷器对空气进行降温除湿处理，是必需的设备；而在通风季节，表冷器则变成了多余的设备，只能增加能耗。为此，在集成闭式系统中引入了可自动开启表冷器的新型设备。该设备设计为门式，两侧设轴，可以在通风季节电控延轴开启，降低系统的通风阻力，节约通风能耗。根据实测结果，8万m3/h的组合式空调机组，表冷器打开前的风机功率为50 kW，打开后风机功率降为36.8 kW。也就是说，通过表冷开启，在通风季节能耗可以降低28 %左右。对于通风季节较长的城市来说，节能意义非常重大。

（3）集成系统的车站送排风机均采用变频控制。一方面，满足不同通风工况的不同通风参数要求；另一方面，根据季节、时段对通风空调系统进行全过程、精细化、智能化控制。

集成闭式系统的车站送、排风机在事故工况下（包括车站排烟工况、区间隧道火灾及阻塞工况），兼作为事故通风机。由于不同功能所需的风机风量与风压均有所不同，为了使一台风机满足所有工况要求，以往的做法是按照最大的风量、风压（事故工况）选择风机，导致正常工况下的风量、风压都高于设计值，运行时通过风阀的调节进行节流，造成一定的浪费。在闭式集成系统中，设置了可以调节风机转速的变频器，从而改变风机的特性曲线，以满足不同的风量、风压要求。通过变频使工作点与设计点重合，从而大大降低正常通风工况的运行能耗。

地铁通风空调系统的设备一般按远期高峰小时运行情况进行配置，而系统负荷随列车的对数、客流的变化而变化。在运行初期、近期，客流及行车对数远没有达到设计水平，因此设备容量有较大的富裕量；同样，在非高峰时段的系统负荷较高峰时段也有较大的差距，也存在设备容量富余的问题。在一般民用建筑中，当空调负荷发生变化时，采用调节风量的手段较其他调节手段更加节能的思想已被广泛接受，并已大量采用。从空气动力学理论讲，改变通风机转速是最合理的调节方法。对于电动机来说，变频调速可以保证在较低的输出功时有较高的电机效率。另外，在相同的流量和压力下，由于采用变频调速调节通风机时，叶轮的转速较低，通风机的噪音相对于其他调节方法要低。同时由于转速降低，叶片所受离心力也降低，这对于延长通风机叶轮的寿命也是有利的。

城市轨道交通集成闭式通风空调系统在保证城市轨道交通工程的功能要求的前提下，通过对通风设备的共用、新设备的采用、地下空间的合理利用，实现降低城市轨道交通造价、降低城市轨道交通运行能耗的目的。

（四）适用范围及应用条件

城市轨道交通集成闭式通风空调系统适用于城市轨道交通工程采用闭式通风空调系统的地下车站。