摘 要：地鐵由多個車站通過隧道連接成的相對封閉空間，與外界的空氣交換只能通過車站出人口和有限的隧道風井來進行，因此必須合理設計地鐵通風空調系統，通過人工方法對地鐵內的溫度、濕度、有害物濃度和空氣流速等進行控制，為乘客提供適宜的環境；并在緊急情況下保證乘客的安全。
4、前言
隨著城市的快速發展，交通已經成為制約城市建設的一個重要因素。因此，地鐵作為一種方便快捷的城市公共交通工具，在國內也已受到關注，越來越多的城市開始發展地鐵交通系統。地鐵尤其是地下線，處在相對封閉的地下空間里，必須通過通風空調系統創造人工環境，以滿足列車、設備、人員和防災的需要，可以說通風空調系統在地鐵中處于一個相對較重要的地位。筆者結合地鐵車站通風空調系統設計的一些經驗和體會，對地鐵車站通風空調系統設計的幾個方面提出自己的看法，供大家參考。
2、地鐵隧道通風與空調系統運行模式
1）目前國內地鐵隧道通風與空調系統運行模式通常有以下幾種：開式系統、閉式系統、屏蔽門式系統。下面將三種系統模式作一個簡單的描述（見表1）。
綜合下來，屏蔽門式系統較普通閉式系統增加投資在200萬元～300萬元左右；同時屏蔽門式系統帶來的好處是：
a.通風空調系統節能；
b.車站內環境品質穩定（無明顯溫度波動，無吹感，噪聲降低8 dB～10 dB）；
c.站臺乘客安全度大大提高；
d.車站檔次標準提高。
2）目前在我國長江流域及其以南地區，地鐵車站的制冷需求時間較長，屏蔽門式系統較為常見。隨著人們生活水平的提高，對車站空氣品質、噪聲及溫濕度要求也越來越高，北方的很多城市像西安、鄭州等正在建設的地鐵車站也都采用了屏蔽門式系統。
3、加強地鐵空調通風節能的必要性
地鐵由于運輸量大，單向每小時可以運送 4 萬至 6 萬人次，而蓬勃發展。我國第一條地鐵始建于 1965 年的北京，之后我國的地鐵如雨后春筍，目前國內已經有 16 個城市的地鐵已經開通，還有十余個城市的地鐵在規劃中。我國地鐵的通車里程已居世界之最。
地鐵的車站一般都是狹長的地下隧道，除了各地鐵車站的出口和入口以及排風口之外，基本上與外界是相互隔絕的。而地鐵上運送著大量的旅客，會產生大量的熱量。另外，由于地鐵運行過程中，產生的活塞效應，如果不進行合理的疏導，會嚴重干擾地鐵內的負荷。同時隨著運營時間的增加，地層的蓄熱作用會使得地鐵內部的溫度聚集而不斷的升高。一旦地鐵上發生火災，不僅會造成火勢的迅速蔓延，而且在火災中積累的高溫濃煙也會迅速的聚集，并迅速地在地鐵車站內蔓延。
4、地鐵通風空調系統的節能控制措施
地鐵通風空調系統可以分為冬春季、夜間、突發情況等運行方式。按照不同的工況對地鐵空調通風進行調節，不僅可以為旅客提供良好的候車和乘車環境，還可以提高能源的利用效率，大大節約運營成本。
4.1 通風空調系統
由于城市軌道交通的特性，客流的變化很大、行車對數在不同的時刻也不盡相同，造成車站內逐時冷負荷的變化很大，其差異也相當的大，如下圖可看出，在初、近、遠期全天逐時的冷負荷變化都較大。因此、空調系統若采用定頻系統，將會造成很大的能源的浪費，因此，在空調系統采用變頻控制，根據公共區冷負荷的變化進行調節，可以達到很好的節能效果。
圖4.1-1 某地鐵車站初期逐時冷負荷
圖4.1-2 某地鐵車站近期逐時冷負荷
圖4.1-3 某地鐵車站遠期逐時冷負荷
大量的實踐證明，通過站臺的隧道排熱通風系統中風機在正常情況下每天從地鐵開始運營到運營結束期間一直運作，是長期運作風機。由于初、近、遠期行車對數的變化并且每天不同時刻行車對數也不盡相同，因此，排熱風機采用變頻控制，可根據行車對數的變化提供不同的風量，且均能滿足排熱要求。排熱風機通過采用變頻控制與定頻運行相比，每座車站的排熱系統每年可節約20萬左右的運營費用，其節能效果相當可觀。
4.2 空調制冷系統
針對軌道交通車站空調水系統的運行特點，根據目前節能技術發展水平，在滿足服務質量的要求下，采用安全、成熟、可靠、有效的節能技術和產品，實現車站空調水系統適應變負荷工況下整個系統綜合性能優化控制，在原車站空調水系統中增設變流量智能控制系統，可實現較好的節能效果。
4.2.1變流量智能控制系統概述
車站空調水系統變流量智能控制系統構成圖如圖4.2-1所示。
圖4.2-1 空調水系統變流量智能控制系統構成圖
根據車站空調水系統（冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等）設備情況，車站空調水系統變流量智能控制系統主要由以下子系統組成：
1）現場數據采集系統（各類傳感器）；
2）變流量智能控制系統（現場智能控制箱、智能控制柜）；
3）現場設備執行系統（冷凍水泵智能控制柜、冷卻水泵智能控制柜、冷卻塔風機智能控制柜）。
4.2.2變流量智能控制系統控制方式
車站空調水系統變流量智能控制節能技術集合了計算機技術、智能模糊控制技術、系統集成技術、變頻調速技術等。
根據冷凍水系統特征及循環周期，通過預測的方法推理預測出未來時刻空調系統的負荷，并據此獲得未來時刻系統的運行參數，在保證服務質量的前提下，使供給的冷量與需求冷量匹配，最大限度減少能量浪費并降低輸送能耗。
利用模糊控制技術建立自適應模糊優化控制算法模型，如圖4.2-2。實現空調冷卻水溫度的自動尋優，并據此調節冷卻水流量和冷卻塔風量，使空調系統在任何負荷條件下都高效運行，實現系統效率最佳。
圖4.2-2 自適應模糊優化控制算法模型
根據當前負荷狀況和歷史記錄的空調主機效率負荷特性，選擇一種使空調主機負荷率最接近其高效率點的運行臺數組合，實現主機效率與負荷的大致匹配，保證主機盡可能在高效率狀態運行。
4.2.3 技術經濟分析
變流量智能控制系統經濟性綜合比較，按所設置典型參數計算，采用變流量智能控制系統，每年可節約運行費用27.69萬元，考慮初投資增加60萬元，2年多即可收回初投資。其節能效果相當顯著。
5、結語
隨著科技的發展和人民生活水平的提高，人們對地鐵乘車環境的舒適和安全可靠性要求越來越高，致使地鐵通風空調系統日益復雜，并導致地鐵的土建規模、投資以及運行能耗日益增加。因此在滿足使用功能的前提下，設計人員通過優化地鐵通風空調設計，可以有效降低造價，減少能耗。
參考文獻：
[1]《通風工程學》機械工業出版社
[2]《工業通風》 中國建筑工業出版社