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

研究方法:采用對比的方法對開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)在系統(tǒng)構成、計算結果、空調(diào)通風機房及設備布置方面進行比較,并且就這兩種空調(diào)通風系統(tǒng)在運行費用、土建造價和環(huán)控設備初投資等方面進行技術經(jīng)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(tǒng)要低于開閉式系統(tǒng);在初投資上,包括環(huán)控系統(tǒng)設備初投資和影響土建造價的投資,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)節(jié)省投資100多萬元。

研究結論:僅對于空調(diào)通風系統(tǒng)而言,在天津地區(qū),無論在初投資還是在運行費用上,屏蔽門系統(tǒng)都比開閉式系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢。進一步證實,天津地鐵2號線初步設計空調(diào)通風系統(tǒng)由開閉式系統(tǒng)到屏蔽門系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變,是可行的。

關鍵詞:地鐵車站;開閉式系統(tǒng);屏蔽門系統(tǒng);空調(diào)通風

天津地鐵二期工程2號線初步設計空調(diào)通風系統(tǒng)采用開閉式空調(diào)通風系統(tǒng),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(tǒng)方案經(jīng)過多輪研究、論證,通過經(jīng)濟技術比較,并結合國內(nèi)外工程實例,經(jīng)地鐵總公司領導決策,作了較大變化,其中變化之一,即空調(diào)通風系統(tǒng)由開閉式系統(tǒng)改為屏蔽門系統(tǒng),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(diào)通風系統(tǒng)工點設計的主要設計者,負責A地下車站的空調(diào)通風系統(tǒng)工點設計,這為本人對這兩種空調(diào)通風系統(tǒng)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(jù),明確開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)的主要差別和它們的各自優(yōu)勢,對于空調(diào)通風專業(yè)來說,重點解決屏蔽門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)在設備初投資、土建影響、運行費用上,屏蔽門系統(tǒng)存在多大優(yōu)勢的問題。現(xiàn)以天津地鐵2號線A車站為例,進行經(jīng)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(diào)通風系統(tǒng)設計原則

空調(diào)通風系統(tǒng)在正常運行時,應向乘客提供一個過渡性舒適環(huán)境,最大限度的吸引客流。

當列車發(fā)生事故阻塞在區(qū)間隧道時,空調(diào)通風系統(tǒng)應向阻塞區(qū)間提供有效通風,保證列車空調(diào)的正常工作。

車站或區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生火災事故時,空調(diào)通風系統(tǒng)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(chuàng)造條件。

空調(diào)通風系統(tǒng)應滿足地鐵車站內(nèi)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(chuàng)造一個良好的工作環(huán)境,并保證設備正常運行。排風系統(tǒng)應兼具排煙功能,如無法兼用,應考慮單獨的排煙系統(tǒng)。同一條線路按同一時間內(nèi)發(fā)生1次火災考慮[1]。

系統(tǒng)按遠期2034年夏季晚高峰運營條件進行車站公共區(qū)空調(diào)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(qū)人員新風量校核計算。

在確?？照{(diào)通風系統(tǒng)功能的前提下,設備選型應按照安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理的原則,充分考慮設備國產(chǎn)化,并綜合比較,擇優(yōu)選用[4]。

2兩種空調(diào)通風系統(tǒng)的比較

2.1兩種空調(diào)通風系統(tǒng)的原理

2.1.1屏蔽門系統(tǒng)

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

車站站臺設置屏蔽門系統(tǒng)不僅提高服務水平、改善地鐵乘車環(huán)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(huán)境的影響,列車運行產(chǎn)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(diào)系統(tǒng)的冷負荷及用電負荷,降低車站空調(diào)通風系統(tǒng)及供電系統(tǒng)的設備初投資,節(jié)省通風空調(diào)系統(tǒng)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(xiàn)地下車站的現(xiàn)代化特色、提升城市整體形象[3]。

2.1.2開閉式系統(tǒng)(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(qū)間分隔開,站臺的候車區(qū)與軌道區(qū)仍然是一個公共的空間。因此,空調(diào)通風系統(tǒng)形式仍為開閉式系統(tǒng)。

2.2兩種空調(diào)通風系統(tǒng)的構成

屏蔽門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)在空調(diào)通風系統(tǒng)構成方面是有差別的,具體內(nèi)容詳見表1。

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

3車站公共區(qū)空調(diào)通風系統(tǒng)計算結果的比較

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

從表2可以看出,在這兩種空調(diào)通風系統(tǒng)的計算結果中,在站臺送風量、回/排風量、空調(diào)冷量方面,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)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(diào)冷量減少了將近500kW,這足以顯示出屏蔽門系統(tǒng)節(jié)能效果的優(yōu)越性。

4空調(diào)通風機房及設備布置的比較

4.1開閉式系統(tǒng)機房及設備的布置

站廳層兩端分別設置一座空調(diào)通風機房,各負擔一半車站公共區(qū)負荷。每端機房內(nèi)設有風量為5×104m3/h的組合式空調(diào)機組、回/排風機各2臺,風量為10309m3/h的空調(diào)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(qū)間機械風道)、車站新風道一個,每端機械風道內(nèi)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(qū)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(qū)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(qū)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?？照{(diào)通風機房布置圖詳見圖1[5]。

4.2屏蔽門系統(tǒng)機房及設備的布置

站廳層兩端分別設置一座空調(diào)通風機房。每端機房內(nèi)設有風量為35000m3/h的組合式空調(diào)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(diào)新風機1臺,各負擔一半車站公共區(qū)負荷。

站廳層兩端分別設置一座排熱風機房,每端機房內(nèi)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(nèi)設有風量為237600m3/h的隧道通風機2臺,用于區(qū)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(diào)通風系統(tǒng)在土建規(guī)模上的比較

屏蔽門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)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(diào)通風系統(tǒng)對土建規(guī)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(tǒng)比開閉式系統(tǒng)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(tǒng)多約284m2。但車站的整體規(guī)模即車站長度卻縮短11m。綜合考慮,采用屏蔽門系統(tǒng)對土建的整體影響相對于開閉式系統(tǒng)要小一些。

6經(jīng)濟分析

6.1兩種空調(diào)通風系統(tǒng)在運行費用上的比較

屏蔽門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)運行費用的比較,主要在空調(diào)季、非空調(diào)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(jù)空調(diào)通風設備的運行時間不同,對空調(diào)系統(tǒng)設備、排熱風機、TVF風機三類設備分別計算。其中據(jù)調(diào)查,電費0.56元/度。

空調(diào)通風系統(tǒng)設備運行時間,根據(jù)天津的氣候條件,空調(diào)季運行時間按3個月90d計算,4班3運轉(zhuǎn),每天運行時間為18h。非空調(diào)季運行時間按6個月180d計算,4班3運轉(zhuǎn),每天運行時間為18h。

排熱風機運行時間根據(jù)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(diào)通風系統(tǒng)中的運行模式相同,均為事故工況下運轉(zhuǎn),因此該項設備運行費用不在比較之內(nèi)。

6.1.1空調(diào)季運行費用的比較

空調(diào)通風系統(tǒng)空調(diào)季的運行模式:當室外空氣焓值高于回風焓值時,系統(tǒng)采用最小新風空調(diào)工況;當室外空氣焓值小于等于車站回風焓值時,系統(tǒng)轉(zhuǎn)為全新風運行狀態(tài),車站空調(diào)進入全新風運行狀態(tài)?？照{(diào)水系統(tǒng)運行。

兩種空調(diào)通風系統(tǒng)空調(diào)季運行所需電量見表4。

由表4可知,開閉式系統(tǒng)空調(diào)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(tǒng)空調(diào)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(diào)季運行費用的比較

通風空調(diào)系統(tǒng)非空調(diào)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(jié),此時地鐵轉(zhuǎn)為通風運行工況,空調(diào)水系統(tǒng)關閉?？蓛H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(zhuǎn)入自然通風運作狀態(tài)。

兩種空調(diào)通風系統(tǒng)非空調(diào)季運行所需電量見表5。

由表5可知,開閉式系統(tǒng)非空調(diào)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(tǒng)非空調(diào)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(tǒng)與開閉式系統(tǒng)的主要差別,是屏蔽門系統(tǒng)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(diào)通風系統(tǒng)在空調(diào)季、非空調(diào)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(tǒng)一年運行費用為626472元;開閉式系統(tǒng)一年運行費用為802872元,顯然,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)一年節(jié)省運行費用為:802872(元)-626472(元)=17.64(萬元)

6.2兩種空調(diào)通風系統(tǒng)在土建和設備初投資上的比較

開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)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(tǒng)總初投資為11179萬元,開閉式系統(tǒng)總初投資為11300萬元,由此可以看出,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)節(jié)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(tǒng)比開閉式系統(tǒng)節(jié)省費用17.64萬元,而且屏蔽門系統(tǒng)空調(diào)用電量減少近300kW,不難看出,屏蔽門系統(tǒng)具有一定的節(jié)能效果。

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

總之,僅對于空調(diào)通風系統(tǒng)而言,在天津地區(qū),無論在初投資上還是在運行費用上,屏蔽門系統(tǒng)較開閉式系統(tǒng)具有一定優(yōu)勢。它不僅滿足人們對地鐵乘車環(huán)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(jīng)濟發(fā)展水平。

在地鐵工程設計中,空調(diào)通風系統(tǒng)是采用屏蔽門系統(tǒng)還是開閉式系統(tǒng),還需根據(jù)工程的實際情況,如投資規(guī)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:

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