【精品工程案例分析】广州地铁通风空调系统设计

地铁的地下线部分是一个大型狭长的地下空间，仅有车站出入口、风亭、隧道洞口等少数部位与地面大气相通。密集的乘客、高速运行的列车、各种机电设备的运行、以及连续的 照明都会产生很大热量，不及时有效的排除就会导致地铁地下线部分温度逐年上升和环境的恶化。所以应采用通风空调的手段来保证乘客、工作人员以及机电设备的环境要求。
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随着广州地铁一号线于1997年的开通，地铁的客运量大、速度快、安全准点以及舒适的特点日益显现出来，并迅速得到了广大市民的欢迎，取得了巨大的经济和社会效益。在番禺和花县撤市改区后，市政府及地铁总公司为实现广州现代化大都市的目标，以及尽快形成地铁网络，完善广州市的交通网络，将在今后的几年里迅速发展地铁二号线以及三号线，以至更多线路。本文就新港东站的通风空调系统的设计问题与大家进行探讨，供参考。

一、工程概述 广州市地下铁道二号线首期工程全程约23.245 km，南起于琶洲站，北终于江夏站，共设20个车站。新港东站是首期工程中第二个车站，编号为202，位于华南快速大道东侧新港东路中心，东侧为琶洲站，西侧为磨碟沙站，附近有广州会展中心和广州博览中心等大型建筑。车站总长度206.2m，标准段宽度16.5m，为单层明挖侧式站台的地下车站，站台在轨道两侧纵向布置，站厅为服务及中转区域，设在南北两侧中部，站台边缘设置屏蔽门与轨道隔开。由于轨道将车站分割为南北两侧，因此南北两侧均设环控机房及设备管理用房。车站东端隧道风亭及排风亭设于车站东端南北两侧，西端隧道风亭及排风亭，车站中部新风亭及排风亭结合出入口设于中部南北两侧，本车站南北两侧各有六个风亭。整个车站呈一个古字"车"形。
根据隧道通风系统的要求，在车站两端布置相应的隧道通风设备。根据地铁运营环境要求，在车站站厅站台的公共区部分设置通风空调和防排烟系统，正常运行时为乘客提供过渡性舒适环境，事故状态时迅速组织排除烟气(简称大系统)。根据地铁设备管理用房的工艺要求和运营管理要求设置通风空调和防排烟系统，正常运行时为运营管理人员提供舒适的工作环境和为设备正常工作提供必需的运行环境，事故状态时迅速组织排除烟气(简称小系统)。

地铁二号线采用集中供冷站负责向各车站提供冷冻水，全线设四个集中供冷站，新港东站由赤沙供冷站负责。各车站设计单位只负责本站内 空调设计，集中供冷站由总体负责设计。
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二、车站室内外设计参数及设计原则 车站通风空调系统按站台设置屏蔽门系统设计。 地铁内发生火灾或事故时，通风空调系统为乘客和消防人员提供新鲜空气，迅速排除烟气、为乘客撤离现场创造条件。事故或火灾按区间隧道、站厅站台同时只有一处发生考虑。

1.广州市地铁空调室外计算干球温度按《地下铁道设计规范》，应是近20年夏季地下铁道晚高峰负荷时平均每年不保证30h的干球温度(第6.2.6条)。由于我国地铁工程起步较晚，这方面的气象资料不全，因此采用《空调设计 规范》中历年平均每年不保证50h的干球温度为33.5℃减1℃，为32.5℃，相应的湿球温度为26.9℃，都较《空调 设计规范》中的规定低。

2.地铁车站空调为舒适性空调，地铁二号线车站内 室内设计参数：站厅集散厅采用29℃，站台27℃，相对湿度均为45~65%。
需空调的管理，设备用房：t=27℃ф=45~65%
只需通风的管理，设备用房：t≤35℃ф=45~65%
区间隧道：正常运行：t≤35℃
阻塞运行：t≤40℃

3.人员最小新风量：由于地铁工程为地下工程，空气质量较室外差， 因此人员的新风量标准就显得尤为重要，按照《地下铁道设计规范》第6.2.9条的规定，并考虑到广州市的具体情况，站厅站台空调季节采用每个乘客按不小于12.6m3/h.人，且新风量不小于系统总风量的15%；非空调季节每个乘客按不小于30m3/h.人，且换气次数大于5次/h；设备管理用房人员新风量按不小于30m3/h.人，且不小于系统总风量的10%。

4.各种噪声控制标准：正常运行时，站厅、站台公共区不大于70dB(A)；地面风亭白天≤70d B(A)，夜间≤55d B(A)；环控机房≤90d B(A)；管理用房(工作室及休室)≤60dB(A)。
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三、车站冷负荷计算 由于采用屏蔽门系统，车站内公共区散热量已不含列车驱动设备发热量、列车空调设备及机械设备发热量，仅有站内人员散热量、照明及设备散热量、站台内外温差传热量、渗透风带入的热量。与一号线相比，少了列车和隧道活塞风对车站的影响，冷负荷大为减少，系统的复杂程度也随之下降。

站内人员散热量：按27℃时轻劳动时的显热量52W，潜热量129W计。关键是车站内计算人员数量的确定，根据资料及一些数据，上车客流在车站停留时间为4分钟，其中集散厅停留1.5分钟，站台停留2.5分钟。下车客流车站停留时间为3分钟，集散厅、站台各停留1.5分钟。因此按照车站2029年夏季晚高峰的设计客流可计算出站厅站台的计算人员数量。

照明及设备散热量：照明设备、广告灯箱、自动扶梯、导向牌指示牌以及售(检)票机等的散热量可由工艺专业给出。 渗透风带入的热量：此部分热量最大，对车站总冷负荷的影响亦最大。根据新港东站建筑的特点，此部分分为出入口渗透风和屏蔽门开启时的渗透风，其中以屏蔽门开启时的渗透风最大。车站出入口的渗透风按200W/m2(断面面积计算)，屏蔽门漏风量按每站36000m3/h计。

散湿量：分为人员散湿量、结构壁面散湿量和渗透风带入的散湿量。人员散湿量按27℃时轻劳动时的散湿量193g/h；车站侧墙、顶板、底板散湿量1--2g/m2.h；渗透风的湿负荷按下式计算：Ws=1/1000(dw-dn)ρL(g/kg)。

根据区间隧道通风系统要求，车站两端对应于每一条隧道设置一台可反风隧道风机(共4台)和相应的风阀。风机风量为60m3/s，分别设置在东、西两端南北两侧的隧道通风机房内，采用卧式安装。根据系统要求隧道风机布置既可满足两端的两台隧道风机独立运行，又可以相互备用或同时向同一侧隧道送风或排风。在隧道风机旁留有有效面积不小于16m2的旁通道，保证正常运行时活塞风的进出。旁通道、隧道风机上设有组合式风阀，通过风阀的转换满足正常、阻塞、火灾工况的转换。 ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆ ☆☆☆☆☆

四、车站设备管理用房通风空调系统 第一类房间采用空气-水(风机盘管加新风)系统。风机盘管设于室内吊顶天花内，风机盘管回水管上设温控水电动双位式二通阀，温控操作器均设于房间进门墙上便于操作处，可以根据室内实际使用情况对风机盘管进行手动温度控制和风机转速三档调节。新风由设于环控机房的新风柜机通过风管和防火阀送入室内；排风采用风管和防火阀接至各自排风机处。

第二类房间采用全空气系统。设置空调柜机送风和回排风机回排风，风管采用一般镀锌钢板风管。为方便气体灭火时的系统运行，在进入各房间上的支管上均设置手动风量调节阀和电动防火阀。
第三类房间采用全通风系统。采用送、排风机通过风管和防火阀对上述各房间进行通风换气。

走廊排烟系统。长度超过20米的封闭内走道须设置排烟系统，设置专用排烟风机，风管采用δ=12mm厚耐火2小时、不含石棉的Promatect-N纤维增强耐火材料平板自撑式风管，如保全板等。
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五、车站水系统 本站大系统的水系统归赤沙集中供冷站供冷范围，通过敷设在隧道中的冷冻水管输送冷冻水至车站大系统的未端设备，车站接管管径为DN125，车站内水系统采用异程式，在供水管上设置平衡阀和流量计以平衡管路阻力，调节流量。由于是集中供冷系统，为减少流量，降低投资，采用大温差系统，供回水温度为7.5/16.5℃。

小系统的冷源结合中部南侧风亭设置两台135kW风冷整装式冷水机组，提供车站设备管理用房空调冷冻水。水管沿新风道进入车站环控机房内的冷冻水泵房，再分送至末端。冷冻水系统采用变流量系统，末端设备回水管上设电动二通阀，通过回风温度调节水量，在集水器和分水器间设置压差旁通阀调节水系统的压力。供回水温度为7/12℃.
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六、车站防排烟设计 根据《地下铁道设计规范》第12.4.3条的规定，每个防烟分区的建筑面积不超过750m2。车站站厅站台排烟量按防烟分区每分钟每平方米建筑面积1m3计算，排烟设备按同时排除二个防烟分区烟量配置。新港东站公共区南北两侧各有1500m2,划分四个防烟分区，排烟设备风量为1500m3/min，乘以1.2的安全系数，最后分别在南北两侧环控机房内各设一台排烟量为108000 m3/s的排烟风机，该风机可在280℃高温下连续运转半小时。站厅的送风管上设置手动70℃防火阀，排风管上设置手动280℃防火阀。当站台层发生火灾时，送风停止，关闭回/排风机，开启排烟风机利用站台的回/排风管进行排烟，保证站台与出入口间的楼梯、扶梯内向下的迎面风速不小于1.5m/s，同时站台层的屏蔽门也打开，区间隧道风机(TVF)或车站隧道风机(TEF)开启协助排烟。

一般车站设备管理用房火灾设计，在《地下铁道设计规范》中并未说明，最后参照《高规》中的规定：面积超过50m2(《高规》中是100m2),且人员较多，可燃物较多的房间需要排烟；长度超过20m的内走道需设排烟设备；卫生间、垃圾间等按不发生火灾进行设计。

车站设备管理用房的第一类和第三类房间中面积未超过50m2，且人员和可燃物也不多的房间不需排烟，所以仅在各房间的送、排风支管上设置手动防火阀，火灾时易熔片熔断从而闸断风管；面积超过50m2的房间按每分钟每平方米建筑面积1m3计算排烟量。第二类房间由于是受"烟烙尽"气体消防系统保护，因而只排气而不需排烟；在所有这类房间的送、排风支管上均设置电动防火阀，火灾时，接受电信号关闭电动防火阀，停止所有送、排风系统，火灾扑灭后打开火灾房间的送、排风支管上电动防火阀的进行排毒。在喷洒和排毒时，同时也关闭其他未发生火灾房间的送、排风口，以防止毒气蔓延，并保证毒气尽快排清。长度超过20m的内走道设置专用排烟设备，排烟口距最不利排烟点不超过30米。
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七、车站控制模式设计 通风空调系统控制由中央控制(OCC)、车站控制和就地控制三级组成。中央控制(OCC)在控制中心，是以中央监控网络和车站设备监控网络为基础的网络系统，对地铁二号线全线的通风及空调系统进行监控，向车站下达各种运行模式指令或执行预定运行模式。车站控制设置在车站控制室，对车站和所管辖区的各种通风空调设备进行监视，向中央控制系统传送信息，并执行中央控制室下达的各项命令。火灾发生和在控制中心授权的条件下，车站控制室作为车站指挥中心，根据实际情况将有关通风空调系统转入灾害模式运行。就地控制设置在各车站环控电控室，具有单台设备就地控制和模式控制功能，便于各设备及子系统调试、检查和维修。就地控制具有优先权；现场操作按钮设于设备旁便 于操作处，满足单台设备的现场调试、检查和维修。
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八、总结

地铁工程是个庞大而复杂的工程，其有着较多与一般民用建筑不同的特点。广州地铁二号线又与一号线有着不同：首先，一号线采用开式设计，而二号线采用屏蔽门设计，因此车站冷负荷显著降低，设备减少，空间减少；其次，一号线空调采用各站设置冷冻站，而二号线采用集中供冷站，这样亦可减少每个车站的设备占用空间，同时由于集中设置，在沿线就不会出现一号线那样的许多冷却塔，影响城市景观，但由于广州市地处华南沿海炎热潮湿地区，地下水位较高，一个集中供冷站平均供应四个车站冷冻水，最远的车站距离有将近3公里，冷冻水管在隧道中一来一回约有7、8公里长，保温问题就显得特别突出，另外几个车站的冷冻水流量分配也存在一定的问题，这些都要在设计中予以高度的重视。