浅谈地铁车站公共区空调系统形式

地铁车站站厅、站台等公共区的通风空调系统一般称为“大系统”。就地铁车站这种特殊的公共建筑而言，由于其内部的巨大空间和设备人员负荷，常规的地铁大系统设计思路基本上都是采用全空气系统。风管、空调机房占用大量地下空间，导致土建成本增加; 采用空气长距离输送冷量，效率低，导致运行能耗巨大。据称广州地铁1号线1999年夏季营运收入的2/3 用于交电费，而其中环控系统能耗在总能耗中占相当大的比例。这些问题已经严重影响到地铁的建设和运营，合理的通风空调系统设计的重要性越来越受到行业同仁的重视。本文对目前国内外地铁大系统中经常使用的通风空调系统形式进行了调研，对全空气系统、风机盘管系统以及VRV 系统等几种空调方式进行分析比较。

1 空调系统的几种形式及分析

1) 全空气系统。全空气系统的布置形式如图1所示，系统由空调机组、最小新风机、回/ 排风机( 兼排烟风机)、送风管、回风管及众多的阀门、风口等组成。

图2为全空气系统在焓湿图上表示的热湿处理过程，大部分的地铁车站均采用这种系统形式，其突出的优点是能够实现全新风的空调工况及通风工况。这2种工况可利用室外空气相对于室内空气较低的焓值消除室内负荷而节能；当全空气系统处于全新风的空调或通风工况时还可以大大改善地下空间的空气品质；此外，全空气系统能够兼容排烟工况。这些都是全空气系统独有的优势，也是它在地铁中被普遍采用的最主要原因。

2) 风机盘管系统。风机盘管系统在地铁车站工程实践中使用较少，如在广州地铁2号线的江南西站，实际使用节省通风空调机房面积＞500m ² ，车站结构断面从90m ² 减少至50m ² ，节省土建初投资300万元。自2002年6月开通，2003 年8 月对车站进行了实际测试，分析对比表明，该系统的控制效果很好，车站全年运行费用比应用传统全空气系统节省约70 多万元，由于其取得的成功可靠的运营效果，广州5号线已经在所有的暗挖地下车站中全部采用风机盘管加新风系统。另外上海市轨道交通6 号线张杨路沿线的7 座半敞开式地下车站都采用了这种形式。

3) VRV 系统。VRV系统在地下车站几乎没有应用的实例，但是在一些半地下的车站中有过尝试，如上海市轨道交通11 号线北段一期的赛车场站。

另外，我国原已运行的地铁线路中，如北京地铁1、2号线、天津地铁等，由于历史条件的限制，均未设置通风空调系统，随着经济实力的增强和人们生活品质的提高，对地铁的环境提出了更高的要求。如果进行通风空调系统的改造，传统系统的实施难度很大，但由于VRV系统所独有的布置灵活、施工方便、有效节省空间等特点，使它能够很好地胜任这类改造项目。

其中，风机盘管系统和VRV系统均属于半集中式空调系统，其系统原理图比较类似，均需要另外设置空调季的新风处理机组、通风季的通风设备以及排烟设备(见图3)。图4 为这2 种系统在焓湿图上表示的热湿处理过程，能保证最小新风量送入室内，采用水或冷媒代替空气输送冷量，可大幅度地提高输送效率，实现不同季节和不同客流量的逐时分级调节。

2 各种空调系统形式在地铁车站大系统中应用的适用性分析

2 ．1 各种系统形式设备能耗比较

以上海市轨道交通7号线工程南陈路站大系统(全空气系统) 为例，首先就全空气系统和风机盘管系统采用的空调末端装置进行比较。其空调机组送风机功率为37kW，回排风机功率为22kW，小新风机功率为2.2 kW，末端设备总功率为(37 +22+2.2)×2 台= 122.4kW；如果改为风机盘管系统，其盘管用电总功率为0.37×2×30台= 22.2kW，空调新风机组功率为1.5×2台= 3.0kW，末端装置运行总功率为25.2 kW，后者明显节电。其次，就2 种系统的冷冻水系统进行比较，虽然风机盘管系统水管路较全空气系统复杂，但在地铁中一般大系统与小系统共用冷冻水系统，水系统最不利点一般在冷水机组远端的小系统处，改用风机盘管系统以后系统管路阻力因为公共区设了较多支管后会有一些变化，水泵安装功率会稍微增加。南陈路站改用风机盘管系统以后比全空气系统时水系统管路阻力增加约4mH ₂ O，但最后选型水泵功率仍为15kW，对冷冻水系统运行总功率无影响。

另外2 台螺杆式冷水机组的用电量为124×2台=248kW，2 台冷却水泵的用电量为22×2 台= 44 kW，2台冷却塔用电量为7.5×2台= 15kW，这样就得到了大系统采用全空气系统和风机盘管系统时公共区部分总的设备用电量分别为459 kW 和362 kW。

如果采用VRV 系统，同样对于南陈路站而言，大系统冷源采用6 台42 匹的VRV 室外机组，其用电量为36.74×6台= 220.44 kW，末端选用38 台VRV室内机组用电量为0.112×38台= 4.256 kW，再加上空调新风机组功率为1.5×2 台= 3.0 kW，大系统采用VRV系统时总的设备用电量为228 kW。

通过上述分析可知：在空调季小新风空调工况下运行时，VRV系统用电量最小，全空气系统最大，风机盘管系统位于两者之间。但当室外空气焓值低于室内空气焓值时，全空气系统能够实现全新风的空调工况及通风工况，这时可利用室外空气相对于室内空气较低的焓值消除室内负荷，这是其他两种空调系统形式无法做到的。因此，对地铁车站来讲，只有小新风空调工况运行时间在一年中占有较大的比例，如一年四季比较炎热的地区，采用风机盘管系统和VRV系统才有节能优势可言。

2.2 管线安装空间比较

车站内的综合管线，无论在设计阶段还是在施工后期装修阶段都是工程进程中问题最多的内容。根据以往已建成线路的管线安装经验，公共区尤其是站台层公共区，采用全空气系统时布置非常困难，这也是地铁车站管线安装的老大难问题。若采用风机盘管系统需设置独立的新风系统及独立的排烟系统，虽然需要增加新风送风管道、排烟管道及空调水管，再加上风机盘管机组，似乎与全空气系统相比节省空间并不显著，但是设备可以避开公共区楼梯口等局部管线比较集中的地方布置，可有效利用吊顶内的有限空间。采用的风机盘管加新风系统在管线综合上具有很大的优势。VRV系统也是如此。因此，对地铁来讲，在土建高度受限的地方，比如象暗挖法施工的公共区部分，采用风机盘管系统和VRV 系统往往能收到很好的建筑装饰效果。

3 结语

全空气系统、风机盘管系统和VRV系统在地铁大系统中均具有一定的适用性，而且在一些在建及已建的地铁车站中也有成功使用案例。各种空调系统形式在地铁车站中应用时的优缺点简单列表如表1 所示。

1) 地铁中通风空调系统的能耗占有相当大的比例，节能是首要考虑的问题，这方面全空气系统最具优势；其次是VRV系统，风机盘管系统只有在四季比较炎热地区，空调季节较长时使用才有节能优势可言。

2) 从节省机房面积的角度讲，VRV系统最具优势，其次是风机盘管系统，全空气系统占用土建空间最大。

3) 空调季节，3种空调系统都能保证最小新风量和室内空气品质; 空调过渡季和通风季，风机盘管和VRV系统可提供一定的新风换气量，但是只有全空气系统能提供100%新风，室内空气品质会有较大提高。

4) 对于改造的地铁项目，宜采用VRV系统，风机盘管和全空气系统实施难度较大。

综上所述，在新建地铁项目的公共区通风空调系统中仍然推荐采用全空气系统，VRV 系统在地下车站可考虑试点采用，风机盘管系统只有经综合技术经济比较合理才宜采用。对于一些土建高度受限的地方，采用风机盘管和VRV系统具有较大的优势，可推广采用。

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