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廣州地鐵一號線(xiàn)公園前站環(huán)控設計

作者：鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-23 10:04:33 [收藏]


    1、概述
    廣州地鐵一號線(xiàn)主要為東西走向，大部分穿過(guò)老城區，全長(cháng)18.48公里，南起西朗站，東至廣州東站，共設14個(gè)地下站和兩個(gè)地面站。投資總概算為127.15億元人民幣，主要設備從德國、英國、日本、美國等國家引進(jìn)，整個(gè)系統達到80年代末、90年代初國際先進(jìn)水平，設計最高車(chē)速為80公里/小時(shí)，平均運行速度為35公里/小時(shí)，最小發(fā)車(chē)間隔2分鐘，可滿(mǎn)足2023年的預測客流量。
    公園前站位于廣州市文化、商業(yè)、金融、貿易中心的中山五路地段，是廣州市軌道路網(wǎng)規劃中一、二號線(xiàn)的立交換乘車(chē)站，該站創(chuàng )造性地采用一島兩側的站臺形式，是東南亞目前最大的地鐵換乘站。
    2、地鐵環(huán)控系統主要功能
    地鐵環(huán)控系統是通過(guò)對影響環(huán)境的空氣溫度、濕度、空氣流速和空氣品質(zhì)等主要因素的控制來(lái)創(chuàng )造一個(gè)適于地鐵設備正常運轉、人員安全舒適的人工環(huán)境：
    在列車(chē)正常運行時(shí)，排除余熱余濕，提供人員所需的新風(fēng)量，為乘客和工作人員提供一個(gè)適宜的人工環(huán)境，滿(mǎn)足站內各種設備正常運轉所需的溫、濕度要求；
    列車(chē)阻塞在區間隧道時(shí)，向阻塞區間提供一定的通風(fēng)量，保證列車(chē)空調等設備正常工作，維持車(chē)廂內乘客在短時(shí)間內能接受的環(huán)境條件；
    在發(fā)生火災事故時(shí)，提供迅速有效的排煙手段，給乘客和消防人員提供足夠的新鮮空氣，并形成一定的迎面風(fēng)速，引導乘客安全迅速地撤離。
    3、地鐵環(huán)控系統設計特點(diǎn)
    3.1 車(chē)站空調負荷受外界氣象影響小
    根據有關(guān)資料，地鐵車(chē)站空調負荷主要由以下幾方面組成：列車(chē)本身發(fā)熱及列車(chē)空調冷凝器散熱約占74%，車(chē)站照明、廣告燈箱的燈光負荷約占6%，自動(dòng)扶梯、售票機、檢票機等動(dòng)力負荷約占5%，乘客散熱約占15%.由此可見(jiàn)，地鐵車(chē)站的主要熱源來(lái)自列車(chē)本身，受外界氣象條件影響較小。
    3.2 某些設計參數的確定不同于民用建筑
    在地鐵設計中，確定夏季空氣調節新風(fēng)的室外計算干球溫度時(shí)，采用“近20年夏季地下鐵道晚高峰負荷時(shí)平均每年不保證30h的干球溫度”，而不采用《采暖通風(fēng)與空氣調節設計規范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“暖通規范”）規定的“采用歷年平均不保證50h的平均溫度”，因為暖通規范是主要針對地面建筑工程的，與地下鐵道的情況不同。暖通規范的每年不保證50h的干球溫度一般出現在12～14時(shí)，而據地鐵運營(yíng)資料統計，此時(shí)地鐵客運負荷較低，僅為晚高峰負荷的50～70%，若按此計算空調負荷，則不能滿(mǎn)足地鐵晚高峰負荷要求；若同時(shí)采用夏季不保證50h干球溫度與地鐵晚高峰負荷來(lái)計算空調冷負荷，則形成兩個(gè)峰值疊加，使空調負荷偏大。因此采用地下鐵道晚高峰負荷出現的時(shí)間相對應的室外溫度較為合理。由此根據氣象資料統計得出廣州地鐵空調室外新風(fēng)計算干球溫度為32.5℃，比暖通規范中規定的33.5℃低約1℃。
    又如室內參數的確定，地鐵車(chē)站空調屬舒適性空調。一般情況下，乘客從進(jìn)站、候車(chē)到上車(chē)在車(chē)站僅3～5分鐘，下車(chē)出站約需3分鐘，其余約3/4的時(shí)間在車(chē)廂內。因此車(chē)站的空調有別于一般的舒適性空調。既然乘客在站廳和站臺的時(shí)間特別短，只是通過(guò)和短暫停留，為了節約能源，只考慮乘客由地面進(jìn)入地下鐵道車(chē)站有較涼快的感覺(jué)，滿(mǎn)足于“暫時(shí)舒適”就可以了，而人們對溫度變化有明顯感覺(jué)的溫差為2℃以上，因此廣州地鐵一號線(xiàn)站廳夏季的空調計算溫度取30℃（比空調新風(fēng)室外計算溫度32.5℃低2.5℃）；站臺比站廳低1℃，取29℃；而車(chē)站管理用房等，由于工作人員長(cháng)時(shí)間在里面工作，取27℃；列車(chē)車(chē)廂中取27℃等。
    3.3 噪聲控制難度大
    地鐵的噪聲源主要有：列車(chē)運行時(shí)的噪聲，這是站臺的主要聲源，當列車(chē)以60km/h運行時(shí)，噪聲約為100db（A），因此隧道內列車(chē)通過(guò)時(shí)噪聲在100db（A）左右，而當列車(chē)進(jìn)、出站臺時(shí)使得站臺噪聲在75db（A）以上，但時(shí)間不長(cháng)；其次為風(fēng)機的噪聲，它主要是站廳及地面風(fēng)亭的聲源，對站臺影響較大，這部分噪聲主要以中、低頻為主的寬頻帶噪聲，一般聲功率級都在100分貝以上；其他如變壓器、水泵、制冷機等為次聲源。
    在消聲處理方面，對控制難度大的列車(chē)噪聲只在建筑方面作相應處理；對可控聲源風(fēng)機等在其進(jìn)、出口上均設有消聲器，以滿(mǎn)足規范要求；對水泵、制冷機等次聲源均設有減震措施。
    3.4 排煙系統設計尤為重要
    由于地鐵是人員密集的地下建筑，而且相對來(lái)說(shuō)地下車(chē)站直接出入地面的出口較少且距地面較遠；另?yè)鴥韧獾馁Y料分析，發(fā)生火災時(shí)造成的人員傷亡，絕大多數是被煙氣熏倒、中毒、窒息所致。因此排煙設計在地鐵中顯得很重要。
    排煙系統的設計原理為：當站廳或站臺發(fā)生火災時(shí)，要對火災區進(jìn)行迅速而有效的機械排煙；當列車(chē)在隧道發(fā)生火災時(shí)，要對發(fā)生火災的隧道進(jìn)行機械送風(fēng)和機械排煙；當列車(chē)事故阻塞在隧道中時(shí)，要對事故點(diǎn)進(jìn)行機械送風(fēng)。
    但與民用建筑相比，地鐵排煙的某些要求又有所不同。如地下車(chē)站的防煙分區面積可擴大至750平方米；又如選擇排煙風(fēng)機及煙氣流經(jīng)的輔助設備如風(fēng)閥、消聲器等時(shí)，要求能保證150℃時(shí)連續有效工作1h.
    4、地鐵環(huán)控系統設計組成部分
    地鐵環(huán)控系統主要由以下四部分組成：區間隧道機械通風(fēng)（兼排煙）及活塞風(fēng)系統，簡(jiǎn)稱(chēng)隧道通風(fēng)系統；車(chē)站公共區部分（站廳、站臺、人行通道）的空調、通風(fēng)（兼排煙）系統，簡(jiǎn)稱(chēng)車(chē)站大系統；車(chē)站管理用房及設備用房的空調、通風(fēng)（兼排煙）系統，簡(jiǎn)稱(chēng)車(chē)站小系統；車(chē)站制冷供冷系統，簡(jiǎn)稱(chēng)車(chē)站水系統。
    4.1 隧道通風(fēng)系統
    隧道通風(fēng)系統的設備主要由分別設置在車(chē)站兩端站廳、站臺層的四臺隧道通風(fēng)機、兩臺推力風(fēng)機及組合式風(fēng)閥等組成，其作用是通過(guò)機械送、排風(fēng)或列車(chē)活塞風(fēng)作用排除區間隧道內余熱余濕，保證列車(chē)和隧道內設備的正常運行，另外在每天清晨運營(yíng)前半小時(shí)打開(kāi)隧道風(fēng)機，進(jìn)行冷卻通風(fēng)。既可以利用早晨外界清新的冷空氣對地鐵進(jìn)行換氣和冷卻，又能檢查設備及時(shí)維修，確保事故時(shí)能投入使用；在列車(chē)由于各種原因停留在區間隧道內，而乘客不下列車(chē)時(shí)，順列車(chē)運行方向進(jìn)行送―排機械通風(fēng)，冷卻列車(chē)空調冷凝器等，使車(chē)內乘客仍有舒適的旅行環(huán)境；當列車(chē)發(fā)生火災時(shí)，應盡一切努力使列車(chē)運行到車(chē)站站臺范圍內，以利于人員疏散和滅火排煙。當發(fā)生火災的列車(chē)無(wú)法行駛到車(chē)站而被迫停在隧道內時(shí)，應立即啟動(dòng)風(fēng)機進(jìn)行排煙降溫：隧道一端的隧道風(fēng)機向火災地點(diǎn)輸送新鮮空氣，另一端的隧道通風(fēng)機從隧道排煙，以引導乘客迎著(zhù)氣流方向撤離事故現場(chǎng)，消防人員順著(zhù)氣流方向進(jìn)行滅火和搶救工作。
    4.2 車(chē)站大系統
    車(chē)站大系統主要由分設于車(chē)站兩端的兩臺站廳全新風(fēng)機、四臺站臺全新風(fēng)機、兩臺站廳空調新風(fēng)機、兩臺站臺空調新風(fēng)機、四臺站廳回/排風(fēng)機、四臺站臺回/排風(fēng)機、兩臺站廳組合式空調機組、四臺站臺組合式空調機組及相應的各種風(fēng)閥、防火閥等設備組成，其作用是通過(guò)空調或機械通風(fēng)來(lái)排除車(chē)站公共區的余熱余濕，為乘客創(chuàng )造一個(gè)舒適的乘車(chē)環(huán)境，并在發(fā)生火災時(shí)通過(guò)機械排風(fēng)方式進(jìn)行排煙，使車(chē)站內形成負壓區，新鮮空氣由外界通過(guò)人行通道或樓梯口進(jìn)入車(chē)站站廳、站臺，便于乘客撤離和消防人員滅火。
    在正常運行工況條件下，車(chē)站大系統有小新風(fēng)空調、全新風(fēng)空調、全新風(fēng)通風(fēng)等三種運行模式（由于篇幅有限，在此不作詳細介紹）。站廳層空調采用上送上回形式，站臺層采用上送上回與下回相結合的形式（在列車(chē)頂部設置軌頂回/排風(fēng)管將列車(chē)空調冷凝器的散熱直接由回風(fēng)帶走；同時(shí)在站臺下設置站臺下回/排風(fēng)道，直接將列車(chē)下面的電器、剎車(chē)等發(fā)熱和塵埃用回風(fēng)帶走）。
    列車(chē)阻塞在區間隧道時(shí)，車(chē)站空調、通風(fēng)系統按正常運行。當推力風(fēng)機需運轉時(shí)，車(chē)站按全新風(fēng)空調通風(fēng)運行。在運行推力風(fēng)機端的站臺回/排風(fēng)機停止運行，使車(chē)站的冷風(fēng)經(jīng)推力風(fēng)機送至列車(chē)阻塞的隧道內。
    車(chē)站站臺（包括列車(chē)）發(fā)生火災時(shí)，除車(chē)站的站臺回/排風(fēng)機運轉向地面排煙外，其它車(chē)站大系統的設備均停止運行，使站臺到站廳的上、下通道間形成一個(gè)不低于1.5m/s的向下氣流，便于乘客迎著(zhù)氣流撤向站廳和地面；車(chē)站站廳發(fā)生火災時(shí)，站廳回/排風(fēng)機全部啟動(dòng)排煙，大系統的其它設備均停止運行，使得出、入口通道形成由地面至車(chē)站的向下氣流，便于乘客迎著(zhù)氣流撤向地面。
    4.3 車(chē)站小系統
    車(chē)站小系統主要包括為車(chē)站的設備及管理用房服務(wù)的軸流風(fēng)機、柜式、吊掛式空調機組及各種風(fēng)閥，其作用是通過(guò)對各用房的溫、濕度等環(huán)境條件的控制，為管理、工作人員提供一個(gè)舒適的工作環(huán)境，為各種設備提供正常運行的環(huán)境。在火災發(fā)生時(shí)，通過(guò)機械排風(fēng)方式進(jìn)行排煙，有利于工作人員撤離和消防人員滅火。在氣體滅火的用房?jì)汝P(guān)閉送、排風(fēng)管進(jìn)行密閉滅火。
    4.4 車(chē)站水系統
    車(chē)站水系統的作用是為車(chē)站內空調系統制造冷源并將其供給車(chē)站大、小系統，同時(shí)將熱量通過(guò)冷卻水系統送出車(chē)站。
    因公園前站規模較大，故該站在廣州地鐵一號線(xiàn)各站中唯一采用在車(chē)站兩端分別設置制冷機房的形式，分別為兩端的空調系統提供冷源。每端采用兩臺離心式冷水機組和一臺活塞式冷水機組組合運行的模式，兩臺離心式冷水機組按大系統空調冷負荷選型，一臺活塞式冷水機組按小系統空調冷負荷選型，活塞式冷水機組既可單獨運行，也可并入大系統，與離心式冷水機組聯(lián)合運行。
    在正常運行工況的空調季節，根據車(chē)站冷負荷的大小來(lái)控制離心式及活塞式冷水機組啟停的臺數；非空調季節，水系統全部停止運行。當發(fā)生區間隧道堵塞事故時(shí)，水系統按當時(shí)正常的運行工況繼續運行。當站廳層、站臺層公共區或區間隧道發(fā)生火災時(shí)，關(guān)閉作為大系統冷源的那部分水系統，只運行與小系統有關(guān)的部分；當小系統設備用房發(fā)生火災時(shí)，水系統全部停止運行。
    5、存在的幾個(gè)問(wèn)題
    在地鐵環(huán)控系統的調試、運行中，發(fā)現存在一些問(wèn)題：
    5.1 全新風(fēng)機與空調新風(fēng)機的設置
    在設備聯(lián)機調試時(shí)，出現全新風(fēng)機不能與組合式空調機組同時(shí)正常串聯(lián)運行的情況，或者是全新風(fēng)機運行電流超出額定值，或者是組合式空調機組運行電流超出額定值。
    經(jīng)分析，全新風(fēng)機與組合式空調機組的單臺設計風(fēng)量均大于110000立方米/h，對應的風(fēng)機機外余壓均大于600Pa，這樣的兩臺全新風(fēng)機并聯(lián)后，再與兩臺并聯(lián)的組合式空調機組串聯(lián)運行，因為通過(guò)前后串聯(lián)的兩臺風(fēng)機的流量相等而壓頭等于兩臺風(fēng)機壓頭之和，所以提供給系統的壓頭將超過(guò)1000Pa，而系統送風(fēng)管路的計算阻力僅為650Pa左右，勢必造成數百帕的剩余壓頭，從而使風(fēng)機電流過(guò)大，電機過(guò)載保護而停機。而且一般說(shuō)來(lái)，象這種兩臺并聯(lián)的設備與另兩臺并聯(lián)的設備串聯(lián)運行要比單機運行的效果為差，運行工況復雜，調節困難。在調試過(guò)程中還發(fā)現，如果關(guān)閉全新風(fēng)機，僅開(kāi)啟組合式空調機組，則完全能利用組合式空調機組內風(fēng)機的壓頭來(lái)克服新風(fēng)道的阻力，使空調機組及整個(gè)空調系統都能正常運行。另外空調新風(fēng)機雖然能與組合式空調機組同時(shí)正常串聯(lián)運行，但在調試時(shí)發(fā)現，如果關(guān)閉空調新風(fēng)機，而通過(guò)調節回/排風(fēng)閥與新風(fēng)閥的開(kāi)度，也能達到設計要求。
    建議取消全新風(fēng)機及空調新風(fēng)機，而在選擇組合式空調機組時(shí)，考慮新風(fēng)道的阻力，這樣既能滿(mǎn)足空調通風(fēng)系統運行模式的要求，又能節省環(huán)控機房的面積，使系統模式的轉換簡(jiǎn)單，節約能源、減少投資。
    5.2 回/排風(fēng)機與排煙風(fēng)機的設置
    在車(chē)站站廳層兩端，各設置兩臺相同性能的風(fēng)機分別作為站廳回/排風(fēng)機，平時(shí)運行其中一臺風(fēng)機排風(fēng)；發(fā)生火災時(shí)，開(kāi)啟兩臺風(fēng)機并聯(lián)運行排煙。
    但公園前車(chē)站的實(shí)際情況是，站廳層平時(shí)排風(fēng)量為16.7立方米/s，火災時(shí)排煙量為25立方米/s.而站廳回/排風(fēng)機又是主要根據站廳層平時(shí)的回/排風(fēng)量來(lái)選擇的，并校核兩臺風(fēng)機并聯(lián)運行能否達到排煙量的要求，由于兩臺風(fēng)機并聯(lián)運行時(shí)提供給系統的總風(fēng)量，小于兩臺風(fēng)機單獨運行時(shí)提供的風(fēng)量之和，并與空調系統的管路特性曲線(xiàn)有很大的關(guān)系：如果管路特性曲線(xiàn)平緩，則并聯(lián)后風(fēng)量增加明顯；反之，則風(fēng)量增加較少。這樣，選擇既能運行一臺風(fēng)機滿(mǎn)足平時(shí)排風(fēng)量的要求、又能在火災時(shí)并聯(lián)運行兩臺風(fēng)機滿(mǎn)足排煙量要求的風(fēng)機是比較困難的，實(shí)際情況是，選擇的站廳回/排風(fēng)機雖然能滿(mǎn)足平時(shí)排風(fēng)的要求，但在火災時(shí)并聯(lián)運行提供給系統風(fēng)量卻大大超出所需的排煙量，造成浪費。既使能為系統匹配滿(mǎn)足要求的風(fēng)機，也會(huì )給系統的運行操作及模式控制提出更高的要求。同時(shí)，兩臺風(fēng)機并聯(lián)運行是否經(jīng)濟合理，也是值得考慮的問(wèn)題。常常出現這樣的情況，并聯(lián)運行時(shí)其中一臺風(fēng)機處于最高效率區運行，另一臺風(fēng)機則不能同時(shí)處于最高效率區運行，不利于節能。
    建議采用分別設置兩臺不同的風(fēng)機，一臺作為排風(fēng)用，另一臺排煙用；或者設置一臺雙速風(fēng)機，低速工況滿(mǎn)足平時(shí)排風(fēng)量及風(fēng)壓的要求、高速工況滿(mǎn)足火災時(shí)排煙量及風(fēng)壓的要求；或者設置一臺變頻調速風(fēng)機，既能滿(mǎn)足平時(shí)排風(fēng)、火災排煙的要求，還能滿(mǎn)足將整個(gè)地鐵空調系統改為變風(fēng)量系統，根據空調負荷的變化靈活運行，達到節約能源的要求。
    5.3 冷水機組的選型
    車(chē)站每端分別設置兩臺離心式冷水機組和一臺活塞式冷水機組，兩臺離心式冷水機組滿(mǎn)足大系統空調冷負荷，一臺活塞式冷水機組滿(mǎn)足小系統空調冷負荷。
    公園前站兩端設備管理用房的冷負荷分別為120kW、485kW.因活塞式冷水機組單機制冷量為52～1060kW，負荷較小端采用活塞式冷水機組較為合理；但另一端筆者認為小系統選用螺桿式冷水機組更合理，因為螺桿式冷水機組單機制冷量為352～3870kW，而且與活塞式相比，還具有結構簡(jiǎn)單、緊湊、重量輕，易損件少，可靠性高，維修周期長(cháng)；采用滑閥裝置，制冷量可在10～100%范圍內進(jìn)行無(wú)級調節，并可在無(wú)負荷條件下啟動(dòng)；熱效率高；運轉平穩等優(yōu)點(diǎn)。而采用活塞機比采用螺桿機的耗電率約大10%左右，同時(shí)活塞機的噪聲也比螺桿機大。因此建議小系統負荷較大端配置螺桿式冷水機組，但由此又會(huì )引起整個(gè)系統的制冷機種類(lèi)過(guò)多（分別有離心式、活塞式及螺桿式等三種冷水機組），給系統的操作、控制及備件的儲備帶來(lái)困難。這樣須經(jīng)經(jīng)濟技術(shù)比較、綜合各方面情況考慮后，再確定冷水機組的型式。
    6、結束語(yǔ)
    地鐵車(chē)站的環(huán)境控制系統的設計是一個(gè)復雜的系統工程，涉及的方面還有很多，同時(shí)隨著(zhù)我國地下鐵道建設的不斷進(jìn)步，有關(guān)環(huán)控系統的理論模式和計算方式也不斷成熟。本文僅對廣州地鐵一號線(xiàn)公園前車(chē)站的環(huán)控系統設計作一簡(jiǎn)單的介紹，并對存在的問(wèn)題提出一些看法，其目的只在于拋磚引玉，希望大家對此進(jìn)行深入地研究、討論，共同促進(jìn)我國地鐵建設。
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