1、地鐵通風空調系統的功能及組成

通風空調系統作為地鐵中的重要設備系統之一，擔負著對地鐵內部的空氣溫度、濕度、空氣流速、空氣壓力和空氣品質進行控制的任務，平時為車站提供一個適宜的環境；當列車阻塞在區間隧道時，向阻塞區間提供一定的通風量，保證列車空調等設備正常工作，維持車廂內乘客在短時間內能接受的環境條件；當發生火災事故時，提供迅速有效的排煙手段和足夠的新鮮空氣，并形成一定的迎面風速，引導乘客安全迅速地撤離火災現場；也為各種設備提供必要的空氣溫度、濕度以及潔凈度等條件，保證其正常運轉。地鐵通風空調系統主要由以下四個子系統組成（其中前三個為風系統）：①公共區通風空調兼排煙系統；②設備管理用房通風空調兼排煙系統；③隧道通風兼排煙系統；④空調制冷循環水系統。

2 地鐵通風空調系統的特點

1）地下部分內部空間相對閉塞，與外界的空氣交換只能通過車站的出入口和有限的隧道、車站通風亭口部來進行。

2）地下線路內部有顯著的內熱源，地鐵站的負荷特性決定其全年需要供冷。

3）地鐵站存在嚴重的污染源，如列車剎車閘瓦產生大量的粉塵、人們新陳代謝產生的CO2 氣體等污染物。

4）列車運行產生活塞通風效應。

3 地鐵通風空調系統存在的問題現有的通風空調系統最主要的問題

1）系統操作復雜、繁瑣，控制運行不便；

2）系統龐大，設備眾多，機房占用面積過大，一般在1200~2500m2 左右；

3）系統運行能耗高，達到了地鐵總能耗的40%左右；

4）在市區，大量的地面進、排風亭（風口），其用地、美觀、噪聲處理等諸多方面，都與周邊環境存在較難協調等不利情況。

4 地鐵通風空調系統的優化措施

4.1 采用冷水機組群控系統

冷水機組的群控是指利用自動控制技術對制冷站內部的相關設備（冷水機組、水泵、冷卻塔、閥門等）進行自動化監控，使制冷站內的設備達到最高效的運行狀態[1]。群控系統會采集和控制各類輸入輸出信號，實現多臺冷水機組的遠程管理控制，同時也把冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔等聯鎖控制納入管理。群控系統可根據需要自動調節，監控和管理空調系統，使系統處于最佳的工作狀態和最少的能源消耗。每座地鐵車站冷水機組系統獨立設置一套群控系統，實現監控功能和連鎖保護功能。群控系統的控制界面如圖1 所示。

近幾年開通的北京地鐵新線，采用了冷水機組群控系統，做到了空調系統的智能自動化監控，將車站溫度控制在合理區域內，避免了傳統控制方式下按時間表開啟冷水機組、風機、水泵等設備，使車站溫度過低而造成的能源浪費，實現節能運行。

4.2 采用合適的空氣凈化器

在地鐵車站中，空氣處理設備主要由初效過濾器、空氣凈化器、表冷器、風機、消聲器和風管組成，其中起凈化消毒作用的是空氣凈化器段。當空氣凈化選擇靜電凈化技術時，一般將靜電凈化器放置在初效過濾器后，空氣處理流程為初效過濾器-- 靜電凈化器--表冷器-- 風機-- 消聲器-- 送風[2]。也可以選擇靜電凈化與紫外線疊加技術，即初效過濾器-- 靜電凈化器--紫外線消毒-- 表冷器-- 風機-- 消聲器-- 送風。靜電凈化是利用電暈放電原理，使空氣中的粉塵帶上電荷，利用庫侖力的作用將帶電粒子捕集在集塵設備上，通過氣體電離、粉塵荷電、粉塵沉降和清灰四個階段實現顆粒污染物與氣流的分離，達到除塵和凈化空氣的目的。空氣凈化過程如圖2 所示。

靜電凈化對于可吸入顆粒物、有機污染物、CO、CO2、細菌、微生物等都有很好的去除效果，因為粉塵、灰塵等是微生物賴以生存的載體，因此使用該設備后，間接起到殺菌效果。同時該設備在電場電離過程中可以釋放出對人體健康極有好處的負離子。非常適合于灰塵量較大的地鐵中央空調的空氣凈化和除塵。

4.3 采用新型通風空調集成系統

地鐵中傳統的通風空調系統的構成較為復雜，各系統的設置相互獨立，在運行方面也具有相對的獨立性。對于區間隧道的通風系統設備，只在區間事故情況下運行，平時長時間閑置，造成浪費。由于傳統系統構成復雜，所以系統對機房面積的需求大大增加，占用了大量寶貴的地下空間，導致車站規模大。從工況分析可以看出，區間隧道與車站公共區兩個獨立的系統不存在同時使用的情況，即車站公共區系統運行時，區間隧道系統是關閉的，反之亦然。同時，車站公共區系統常年運行，而區間隧道系統則長時間的閑置。另外，地鐵線路通常在規劃道路下面，風亭要控制在道路紅線以外的合適位置，風道一般很長，少則三四十米，多則七八十米。傳統系統中風道內部的空間不能很好地加以利用。

傳統系統的區間隧道與車站公共區的通風空調機房一般都設置在車站兩端，位置相鄰。區間隧道風機與車站公共區系統風量相近，采用變頻技術可以將兩個系統的風機合用，滿足不同風量、風壓要求。從兩個系統的通風方向看，一個向隧道且方向可逆轉，一個向車站有送有排，風機合用后設置在風道內，通過風機及風閥的轉換即可分別實現對隧道和車站通風。車站公共區的空氣處理設備，取消空氣處理機組，將表冷器、過濾器通過改裝后設置在風道中[3]。這樣就將隧道與車站公共區通風系統完全合并設置在風道中，既解決了隧道風機的閑置問題，又有效地利用了風道內的空間。新型通風空調集成系統已在北京地鐵5 號線、10號線等工程中成功應用，減小了地鐵通風空調系統機房占地面積、節省了土建成本，保證了系統功能要求。

4.4 采用新型可調通風型屏蔽門

地鐵通風空調系統能耗的高低不僅與自身系統完善度有關，還與站臺門的型式關系密切。在空調季節，采用全封閉屏蔽門的通風空調系統負荷小，與設置安全門的閉式通風空調系統相比具有節能的優勢。

但在非空調季節，由于設置屏蔽門后無法利用列車活塞風對車站進行自然通風，使得其通風能耗高于設置安全門的車站。根據通風空調系統的需求，新型屏蔽門綜合了全高封閉式屏蔽門和全高非封閉式屏蔽門的特點，即從型式上采用上下固定方式的全高非封閉式屏蔽門，在門體的適當位置（上部或下部）設置開口，開口采用活動式，根據通風空調系統的需求必要時將開口關閉，則實現全高封閉式屏蔽門的功能。新型開口式屏蔽門相對于傳統全封閉屏蔽門，從屏蔽門自身的功能特點—也就是說和列車車門一對應同步開啟方面沒有本質的區別，不同之處只是在不影響滑動門開、關的適當位置設置必要的活動式開口，并根據通風空調系統的具體需要將開口關閉或打開。屏蔽門樣式如圖3 所示。

軌道交通新型節能環控系統，不僅包括通風空調專業，還包含了屏蔽門、FAS/BAS、供電、建筑等相關專業。它是以通風空調為基礎，密切結合屏蔽門而創建的一種新型節能環控系統，該系統不僅能夠滿足軌道交通中的傳統通風空調系統的功能要求，而且可以適應不同地區的氣象參數，能夠滿足更多地區的軌道交通要求。

該系統最大的優點是節約能耗。對比傳統的通風空調系統而言，在過渡季及冬季，可以充分利用活塞風，滿足車站公共區及隧道區間的溫濕度要求，從而節約車站公共區風機能耗、區間風機能耗，達到節約能源的目的。目前，該系統還未應用到北京新建的地鐵線上，其具體的數據還有待實施后驗證。

5 地鐵通風空調系統的發展趨勢

地鐵作為一個城市的標志性公共基礎建筑，憑借著強大的人員分流能力，已成為各大中城市重點發展的對象。隨著地鐵建設規模的日益壯大，技術水平的不斷提高，通風空調系統的未來發展趨勢必然是安全、節能、綠色。

1）安全。通風空調系統擔負著地鐵內部的空氣環境控制的重任，事關乘客和工作人員的健康與安全，系統設置和設備配置上一定要以安全為本。地鐵的地下部分相對較為閉塞，隨著人們健康意識的提高，對地下空間的空氣環境將提出越來越高的要求。地鐵車輛在隧道內運行，運行中因電刷、閘瓦制動產生的粉末及隧道內灰塵，通過活塞風效應進入車站。人員的龐雜及上下流動性較大，對車站塵埃也有很大的影響，空氣中布滿細微顆粒物。人們在享受地鐵帶來的交通便利的同時，也要承受污濁的空氣環境。采用靜電式空氣凈化器能夠解決部分空氣質量問題，但同時對于地下車站過濾器的清理難度較高、清理工作量較大等實際問題，還需要研究相應的自動清洗或半自動清洗裝置，對過濾器和其他設備進行清洗。

2）節能。傳統的地鐵通風空調系統存在突出特點就是運行能耗高，占運行總能耗的40%左右。在正在進行的地鐵建設中，北京已經將通風空調系統的優化和變頻技術加以采用，如上所說的采用冷水機組群控、采用新型通風空調集成系統以及采用新型可調通風型屏蔽門等方式，都會為能耗的降低做出較大的貢獻。從系統制式的選擇上看，合理的系統方式設置對節省所占用的土建空間和運營節能至關重要。其中可調通風型站臺門通風空調系統有很好的發展前景，提供了適用于不同氣候條件的新型環控系統形式，能夠滿足城市軌道交通各種正常及事故工況下通風空調系統的全部功能需求，節能效果顯著；同時，還可以有效解決嚴寒地區冬季地鐵站內溫度偏低的技術難題。

3）綠色。通風空調系統要合理利用能源，充分利用自然能源，如果可能盡量重點利用低品位能源，同時兼顧熱回收。降低冷量輸送能耗，例如將風輸送改為水輸送、制冷劑輸送等。從城市景觀角度考慮，凸出地面的風亭和設置在地面的冷卻塔、風冷機組等設施與設備會對城市景觀造成一定的影響，尤其是在一些敏感區域和道路。為了減小冷卻塔對城市景觀的影響，降低運行噪聲，在布置方式上，目前已經有了非常規方式的探索和應用,主要有:下沉式、半下沉式、風道進風式、綠化隱藏式等幾種。為滿足環保的要求，通風空調設備盡量選擇超低噪聲、低振動的產品。

6 結語

通過前面的總結可以看出，現有地鐵通風空調系在結構形式、資源利用、設置理念以及運行管理等方面都有了一定程度的改進。但由于地鐵內部空間的局限性和特殊性，一些適用于地上建筑的新技術、新產品、新工藝在地鐵中的適用性研究還有待研發。通過地鐵建設各參與方的努力，實現通風空調技術在城市軌道交通領域的進一步發展。