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摘要:研究目的:通過對同一地鐵車站2種空調通風系統形式的比較和分析,了解開閉式系統和屏蔽門系統的主要差別和各自的特點。針對空調通風系統專業而言,在工程造價及土建影響方面,明確屏蔽門系統較之開閉式系統的優勢。

研究方法:采用對比的方法對開閉式系統和屏蔽門系統在系統構成、計算結果、空調通風機房及設備布置方面進行比較,并且就這兩種空調通風系統在運行費用、土建造價和環控設備初投資等方面進行技術經濟比較和分析。

研究結果:由比較結果得出,在設備運行費用上,屏蔽門系統要低于開閉式系統;在初投資上,包括環控系統設備初投資和影響土建造價的投資,屏蔽門系統比開閉式系統節省投資100多萬元。

研究結論:僅對于空調通風系統而言,在天津地區,無論在初投資還是在運行費用上,屏蔽門系統都比開閉式系統具有一定的優勢。進一步證實,天津地鐵2號線初步設計空調通風系統由開閉式系統到屏蔽門系統的轉變,是可行的。

關鍵詞:地鐵車站;開閉式系統;屏蔽門系統;空調通風

天津地鐵二期工程2號線初步設計空調通風系統采用開閉式空調通風系統,并于2004年3月份完成,到2005年4月份為止,天津地鐵二期工程系統方案經過多輪研究、論證,通過經濟技術比較,并結合國內外工程實例,經地鐵總公司領導決策,作了較大變化,其中變化之一,即空調通風系統由開閉式系統改為屏蔽門系統,并于2005年7月份完成初步設計。本人作為天津地鐵二期工程2號線初步設計空調通風系統工點設計的主要設計者,負責A地下車站的空調通風系統工點設計,這為本人對這兩種空調通風系統進行比較和分析提供了難得的機會和有利條件。

本文是以天津市地下鐵道二期工程初步設計技術要求和天津市地下鐵道二期工程2、3號線初步設計文件為理論研究依據,明確開閉式系統和屏蔽門系統的主要差別和它們的各自優勢,對于空調通風專業來說,重點解決屏蔽門系統與開閉式系統在設備初投資、土建影響、運行費用上,屏蔽門系統存在多大優勢的問題。現以天津地鐵2號線A車站為例,進行經濟技術可行性的探討和分析。

A地下車站為地下二層,島式站臺,車站標準段寬度18.5m,站臺寬度10m。

1空調通風系統設計原則

空調通風系統在正常運行時,應向乘客提供一個過渡性舒適環境,最大限度的吸引客流。

當列車發生事故阻塞在區間隧道時,空調通風系統應向阻塞區間提供有效通風,保證列車空調的正常工作。

車站或區間隧道內發生火災事故時,空調通風系統應具備有效防災排煙、通風功能,保證乘客安全疏散,并為消防人員滅火創造條件。

空調通風系統應滿足地鐵車站內各種設備及管理用房的溫度和濕度要求,為地鐵工作人員創造一個良好的工作環境,并保證設備正常運行。排風系統應兼具排煙功能,如無法兼用,應考慮單獨的排煙系統。同一條線路按同一時間內發生1次火災考慮[1]。

系統按遠期2034年夏季晚高峰運營條件進行車站公共區空調負荷計算;按遠期2034年夏季早高峰運營條件進行車站公共區人員新風量校核計算。

在確保空調通風系統功能的前提下,設備選型應按照安全可靠、技術先進、經濟合理的原則,充分考慮設備國產化,并綜合比較,擇優選用[4]。

2兩種空調通風系統的比較

2.1兩種空調通風系統的原理

2.1.1屏蔽門系統

屏蔽門系統就是通過在地鐵車站的站臺候車區與行車軌道之間設置屏蔽門裝置,將地鐵車站與區間隧道從空間上分隔開來,將車站和區間分隔成兩個不同的空氣環境區域。

車站站臺設置屏蔽門系統不僅提高服務水平、改善地鐵乘車環境、保證乘客安全及滿足列車正常運營的需要。同時,可以減少列車活塞風對車站站臺環境的影響,列車運行產生的熱量大部分通過設置在車站端部的活塞風道及車站行車道頂部和站臺下排熱風道直接排放到地面,因而可以阻止大部分的列車散熱量進入車站,從而減少車站通風與空調系統的冷負荷及用電負荷,降低車站空調通風系統及供電系統的設備初投資,節省通風空調系統的運行費用。同時也能起到一定的消音、降噪作用,并且屏蔽門可以充分體現地下車站的現代化特色、提升城市整體形象[3]。

2.1.2開閉式系統(站臺設置安全門)

車站站臺設置安全門主要起到一種隔離的作用,提高了站臺候車乘客的安全性。安全門在結構組成及控制原理上與屏蔽門類似,但高度上及其他功能上不同于屏蔽門,并不能完全將車站和區間分隔開,站臺的候車區與軌道區仍然是一個公共的空間。因此,空調通風系統形式仍為開閉式系統。

2.2兩種空調通風系統的構成

屏蔽門系統與開閉式系統在空調通風系統構成方面是有差別的,具體內容詳見表1。

從表1可以看出,在空調通風系統構成方面,屏蔽門系統比開閉式系統多一個系統,即車站屏蔽門外車軌區域排熱和排煙系統(簡稱排熱系統)。這是兩種空調通風系統構成的主要區別。

3車站公共區空調通風系統計算結果的比較

兩種空調通風系統在計算結果上有很大差異,其中屏蔽門系統在站臺層通風量和空調冷量上明顯要少于開閉式系統,具體內容詳見表2。

從表2可以看出,在這兩種空調通風系統的計算結果中,在站臺送風量、回/排風量、空調冷量方面,屏蔽門系統比開閉式系統明顯地減少。站臺送風量減少了約50000m3/h,回/排風量減少了將近90000m3/h;空調冷量減少了將近500kW,這足以顯示出屏蔽門系統節能效果的優越性。

4空調通風機房及設備布置的比較

4.1開閉式系統機房及設備的布置

站廳層兩端分別設置一座空調通風機房,各負擔一半車站公共區負荷。每端機房內設有風量為5×104m3/h的組合式空調機組、回/排風機各2臺,風量為10309m3/h的空調新風機各1臺。

在車站兩端分別設置車站排風道一個(兼作區間機械風道)、車站新風道一個,每端機械風道內設置2臺TVF風機,對應每條線路分別設置一個面積20m2的風孔,用于區間隧道的事故通風、排煙。在車站兩端的站臺層端部對應每條線路分別設噴嘴一個,用于區間事故送風;站臺層每端的迂回風道處設電動防火卷簾一扇,凈面積不小于30m2。在站臺軌頂上、站臺板下設置結構風道,用于站臺公共區正常工況下的回/排風,站臺軌頂風道兼作火災工況下的排煙風道。空調通風機房布置圖詳見圖1[5]。

4.2屏蔽門系統機房及設備的布置

站廳層兩端分別設置一座空調通風機房。每端機房內設有風量為35000m3/h的組合式空調機組2臺、風量為35000/25000m3/h的回/排風機2臺、風量為6000m3/h的空調新風機1臺,各負擔一半車站公共區負荷。

站廳層兩端分別設置一座排熱風機房,每端機房內設有風量為178200m3/h的排熱風機1臺,用于站臺下及軌頂上排熱風。

站廳層兩端分別設置一座活塞/機械風機房,每端機房內設有風量為237600m3/h的隧道通風機2臺,用于區間隧道通風及排煙。

車站兩端分別設置活塞/機械風道一個,排風道一個,新風道一個。在車站兩端風井出地面處分別設置活塞/機械風亭一座,排風亭一座,新風亭一座。通風機房布置圖詳見圖2[2]。

5兩種空調通風系統在土建規模上的比較

屏蔽門系統與開閉式系統在風井、機房、機房面積及車站長度方面存在一定的差異,為了更好地了解兩種空調通風系統對土建規模的影響,詳見表3。

從表3的比較結果中可以看出,屏蔽門系統比開閉式系統要多兩座排熱風井及相應的排熱機房,占用機房面積比開閉式系統多約284m2。但車站的整體規模即車站長度卻縮短11m。綜合考慮,采用屏蔽門系統對土建的整體影響相對于開閉式系統要小一些。

6經濟分析

6.1兩種空調通風系統在運行費用上的比較

屏蔽門系統與開閉式系統運行費用的比較,主要在空調季、非空調季及排熱風機三方面進行考慮的,其中,設備的運行費用按1年計算,根據空調通風設備的運行時間不同,對空調系統設備、排熱風機、TVF風機三類設備分別計算。其中據調查,電費0.56元/度。

空調通風系統設備運行時間,根據天津的氣候條件,空調季運行時間按3個月90d計算,4班3運轉,每天運行時間為18h。非空調季運行時間按6個月180d計算,4班3運轉,每天運行時間為18h。

排熱風機運行時間根據列車的運行時間一年按360d計算,每天運行時間為8h。

TVF風機的運行,因TVF風機在兩種空調通風系統中的運行模式相同,均為事故工況下運轉,因此該項設備運行費用不在比較之內。

6.1.1空調季運行費用的比較

空調通風系統空調季的運行模式:當室外空氣焓值高于回風焓值時,系統采用最小新風空調工況;當室外空氣焓值小于等于車站回風焓值時,系統轉為全新風運行狀態,車站空調進入全新風運行狀態。空調水系統運行。

兩種空調通風系統空調季運行所需電量見表4。

由表4可知,開閉式系統空調季電量合計為

645kW,其運行費用為:

645(kW)×18(h)×90(d)×0.56(元/kW)=585144(元)

屏蔽門系統空調季電量合計為347kW,其運行費用為:

347(kW)×18(h)×90(d)×0.56(元/kW)=314798(元)

6.1.2非空調季運行費用的比較

通風空調系統非空調季的運行模式有2種,即過渡季通風運行模式和冬季通風運行模式。

(1)過渡季通風運行模式:當進入過渡季節,此時地鐵轉為通風運行工況,空調水系統關閉。可僅開啟車站送風機(即組合式空氣處理機組),采用機械進風、自然排風。

(2)冬季通風運行模式:當進入嚴寒冬季之后,室外氣溫降至約3℃以下時。地鐵轉入自然通風運作狀態。

兩種空調通風系統非空調季運行所需電量見表5。

由表5可知,開閉式系統非空調季電量合計為120kW,其運行費用為:

120(kW)×18(h)×180(d)×0.56(元/kW)=217728(元)

屏蔽門系統非空調季電量合計為74kW,其運行費用為:

74(kW)×18(h)×180(d)×0.56(元/kW)=134266(元)

6.1.3排熱風機運行費用的比較

排熱風機的運行是屏蔽門系統與開閉式系統的主要差別,是屏蔽門系統所獨有。所以,排熱風機功率55kW,共2臺,總功率為110kW,其運行費用為:110(kW)×8(h)×360(d)×0.56(元/kW)=177408(元)

兩種空調通風系統在空調季、非空調季及排熱風機三方面的運行費用的比較,詳見表6。

由表6可知,屏蔽門系統一年運行費用為626472元;開閉式系統一年運行費用為802872元,顯然,屏蔽門系統比開閉式系統一年節省運行費用為:802872(元)-626472(元)=17.64(萬元)

6.2兩種空調通風系統在土建和設備初投資上的比較

開閉式系統和屏蔽門系統在設備初投資及對土建造價的影響上給予比較,詳見表7。

由表7可知,屏蔽門系統總初投資為11179萬元,開閉式系統總初投資為11300萬元,由此可以看出,屏蔽門系統比開閉式系統節省初投資為:11300-11179=121(萬元)

7結論

從上述比較的結果可以看出:在一年的運行費用上,屏蔽門系統比開閉式系統節省費用17.64萬元,而且屏蔽門系統空調用電量減少近300kW,不難看出,屏蔽門系統具有一定的節能效果。

在初投資上,盡管屏蔽門系統增加了排熱通風系統,與開閉式系統相比,使設備初投資增加429萬元,但屏蔽門系統比開閉式系統節省土建投資550萬元。因此,在總初投資上,屏蔽門系統比開閉式系統節省費用121萬元。

總之,僅對于空調通風系統而言,在天津地區,無論在初投資上還是在運行費用上,屏蔽門系統較開閉式系統具有一定優勢。它不僅滿足人們對地鐵乘車環境的舒適性和安全性的要求,同時也提升了天津市的國際形象和城市經濟發展水平。

在地鐵工程設計中,空調通風系統是采用屏蔽門系統還是開閉式系統,還需根據工程的實際情況,如投資規模、保證乘客安全、管理水平以及屏蔽門設備投資比較等多方面因素,綜合進行考慮。

參考文獻:

[1]GB50157-2003,地鐵設計規范[S].

[2]侯桂敏.天津市地下鐵道二期工程設計·通風、空調與采暖[R].天津:鐵道第三勘察設計院,2005.

[3]施仲衡.地下鐵道設計與施工[M].陜西:科學技術出版社,1997.

[4]天津市地下鐵道總公司.天津市地下鐵道二期工程初步設計技術要求[R].天津:鐵道第三勘察設計院,2003.

[5]侯桂敏.天津市地下鐵道二期工程2、3號線初步設計·通風、空調與采暖[R].天津:鐵道第三勘察設計院,2004.