1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能及組成

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵中的重要設(shè)備系統(tǒng)之一，擔負著對地鐵內(nèi)部的空氣溫度、濕度、空氣流速、空氣壓力和空氣品質(zhì)進行控制的任務(wù)，平時為車站提供一個適宜的環(huán)境；當列車阻塞在區(qū)間隧道時，向阻塞區(qū)間提供一定的通風(fēng)量，保證列車空調(diào)等設(shè)備正常工作，維持車廂內(nèi)乘客在短時間內(nèi)能接受的環(huán)境條件；當發(fā)生火災(zāi)事故時，提供迅速有效的排煙手段和足夠的新鮮空氣，并形成一定的迎面風(fēng)速，引導(dǎo)乘客安全迅速地撤離火災(zāi)現(xiàn)場；也為各種設(shè)備提供必要的空氣溫度、濕度以及潔凈度等條件，保證其正常運轉(zhuǎn)。地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要由以下四個子系統(tǒng)組成（其中前三個為風(fēng)系統(tǒng)）：①公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；②設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)兼排煙系統(tǒng)；③隧道通風(fēng)兼排煙系統(tǒng)；④空調(diào)制冷循環(huán)水系統(tǒng)。

2 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的特點

1）地下部分內(nèi)部空間相對閉塞，與外界的空氣交換只能通過車站的出入口和有限的隧道、車站通風(fēng)亭口部來進行。
地下線路內(nèi)部有顯著的內(nèi)熱源，地鐵站的負荷特性決定其全年需要供冷。
3）地鐵站存在嚴重的污染源，如列車剎車閘瓦產(chǎn)生大量的粉塵、人們新陳代謝產(chǎn)生的CO2 氣體等污染物。
列車運行產(chǎn)生活塞通風(fēng)效應(yīng)。

3 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)存在的問題現(xiàn)有的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)最主要的問題：

系統(tǒng)操作復(fù)雜、繁瑣，控制運行不便；
系統(tǒng)龐大，設(shè)備眾多，機房占用面積過大，一般在1200~2500m2 左右；
3）系統(tǒng)運行能耗高，達到了地鐵總能耗的40%左右；
4）在市區(qū)，大量的地面進、排風(fēng)亭（風(fēng)口），其用地、美觀、噪聲處理等諸多方面，都與周邊環(huán)境存在較難協(xié)調(diào)等不利情況。

4.地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化措施: 

4.1 采用冷水機組群控系統(tǒng)
冷水機組的群控是指利用自動控制技術(shù)對制冷站內(nèi)部的相關(guān)設(shè)備（冷水機組、水泵、冷卻塔、閥門等）進行自動化監(jiān)控，使制冷站內(nèi)的設(shè)備達到最高效的運行狀態(tài)[1]。群控系統(tǒng)會采集和控制各類輸入輸出信號，實現(xiàn)多臺冷水機組的遠程管理控制，同時也把冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔等聯(lián)鎖控制納入管理。群控系統(tǒng)可根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)，監(jiān)控和管理空調(diào)系統(tǒng)，使系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)和最少的能源消耗。每座地鐵車站冷水機組系統(tǒng)獨立設(shè)置一套群控系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控功能和連鎖保護功能。群控系統(tǒng)的控制界面如圖1 所示。

幾年開通的北京地鐵新線，采用了冷水機組群控系統(tǒng)，做到了空調(diào)系統(tǒng)的智能自動化監(jiān)控，將車站溫度控制在合理區(qū)域內(nèi)，避免了傳統(tǒng)控制方式下按時間表開啟冷水機組、風(fēng)機、水泵等設(shè)備，使車站溫度過低而造成的能源浪費，實現(xiàn)節(jié)能運行。

4.2 采用合適的空氣凈化器
在地鐵車站中，空氣處理設(shè)備主要由初效過濾器、空氣凈化器、表冷器、風(fēng)機、消聲器和風(fēng)管組成，其中起凈化消毒作用的是空氣凈化器段。當空氣凈化選擇靜電凈化技術(shù)時，一般將靜電凈化器放置在初效過濾器后，空氣處理流程為初效過濾器-- 靜電凈化器--表冷器-- 風(fēng)機-- 消聲器-- 送風(fēng)[2]。也可以選擇靜電凈化與紫外線疊加技術(shù)，即初效過濾器-- 靜電凈化器--紫外線消毒-- 表冷器-- 風(fēng)機-- 消聲器-- 送風(fēng)。靜電凈化是利用電暈放電原理，使空氣中的粉塵帶上電荷，利用庫侖力的作用將帶電粒子捕集在集塵設(shè)備上，通過氣體電離、粉塵荷電、粉塵沉降和清灰四個階段實現(xiàn)顆粒污染物與氣流的分離，達到除塵和凈化空氣的目的。空氣凈化過程如圖2 所示。

靜電凈化對于可吸入顆粒物、有機污染物、CO、CO2、細菌、微生物等都有很好的去除效果，因為粉塵、灰塵等是微生物賴以生存的載體，因此使用該設(shè)備后，間接起到殺菌效果。同時該設(shè)備在電場電離過程中可以釋放出對人體健康極有好處的負離子。非常適合于灰塵量較大的地鐵中央空調(diào)的空氣凈化和除塵。

4.3 采用新型通風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng)
地鐵中傳統(tǒng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成較為復(fù)雜，各系統(tǒng)的設(shè)置相互獨立，在運行方面也具有相對的獨立性。對于區(qū)間隧道的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備，只在區(qū)間事故情況下運行，平時長時間閑置，造成浪費。由于傳統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，所以系統(tǒng)對機房面積的需求大大增加，占用了大量寶貴的地下空間，導(dǎo)致車站規(guī)模大。從工況分析可以看出，區(qū)間隧道與車站公共區(qū)兩個獨立的系統(tǒng)不存在同時使用的情況，即車站公共區(qū)系統(tǒng)運行時，區(qū)間隧道系統(tǒng)是關(guān)閉的，反之亦然。同時，車站公共區(qū)系統(tǒng)常年運行，而區(qū)間隧道系統(tǒng)則長時間的閑置。另外，地鐵線路通常在規(guī)劃道路下面，風(fēng)亭要控制在道路紅線以外的合適位置，風(fēng)道一般很長，少則三四十米，多則七八十米。傳統(tǒng)系統(tǒng)中風(fēng)道內(nèi)部的空間不能很好地加以利用。

傳統(tǒng)系統(tǒng)的區(qū)間隧道與車站公共區(qū)的通風(fēng)空調(diào)機房一般都設(shè)置在車站兩端，位置相鄰。區(qū)間隧道風(fēng)機與車站公共區(qū)系統(tǒng)風(fēng)量相近，采用變頻技術(shù)可以將兩個系統(tǒng)的風(fēng)機合用，滿足不同風(fēng)量、風(fēng)壓要求。從兩個系統(tǒng)的通風(fēng)方向看，一個向隧道且方向可逆轉(zhuǎn)，一個向車站有送有排，風(fēng)機合用后設(shè)置在風(fēng)道內(nèi)，通過風(fēng)機及風(fēng)閥的轉(zhuǎn)換即可分別實現(xiàn)對隧道和車站通風(fēng)。車站公共區(qū)的空氣處理設(shè)備，取消空氣處理機組，將表冷器、過濾器通過改裝后設(shè)置在風(fēng)道中[3]。這樣就將隧道與車站公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)完全合并設(shè)置在風(fēng)道中，既解決了隧道風(fēng)機的閑置問題，又有效地利用了風(fēng)道內(nèi)的空間。

新型通風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng)已在北京地鐵5 號線、10號線等工程中成功應(yīng)用，減小了地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)機房占地面積、節(jié)省了土建成本，保證了系統(tǒng)功能要求。

4.4 采用新型可調(diào)通風(fēng)型屏蔽門
地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗的高低不僅與自身系統(tǒng)完善度有關(guān)，還與站臺門的型式關(guān)系密切。在空調(diào)季節(jié)，采用全封閉屏蔽門的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)負荷小，與設(shè)置安全門的閉式通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)相比具有節(jié)能的優(yōu)勢。

但在非空調(diào)季節(jié)，由于設(shè)置屏蔽門后無法利用列車活塞風(fēng)對車站進行自然通風(fēng)，使得其通風(fēng)能耗高于設(shè)置安全門的車站。根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的需求，新型屏蔽門綜合了全高封閉式屏蔽門和全高非封閉式屏蔽門的特點，即從型式上采用上下固定方式的全高非封閉式屏蔽門，在門體的適當位置（上部或下部）設(shè)置開口，開口采用活動式，根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的需求必要時將開口關(guān)閉，則實現(xiàn)全高封閉式屏蔽門的功能。新型開口式屏蔽門相對于傳統(tǒng)全封閉屏蔽門，從屏蔽門自身的功能特點———也就是說和列車車門一一對應(yīng)同步開啟方面沒有本質(zhì)的區(qū)別，不同之處只是在不影響滑動門開、關(guān)的適當位置設(shè)置必要的活動式開口，并根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的具體需要將開口關(guān)閉或打開[4]。屏蔽門樣式如圖3 所示。

軌道交通新型節(jié)能環(huán)控系統(tǒng)，不僅包括通風(fēng)空調(diào)專業(yè)，還包含了屏蔽門、FAS/BAS、供電、建筑等相關(guān)專業(yè)。它是以通風(fēng)空調(diào)為基礎(chǔ)，密切結(jié)合屏蔽門而創(chuàng)建的一種新型節(jié)能環(huán)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠滿足軌道交通中的傳統(tǒng)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能要求，而且可以適應(yīng)不同地區(qū)的氣象參數(shù)，能夠滿足更多地區(qū)的軌道交通要求。
該系統(tǒng)最大的優(yōu)點是節(jié)約能耗。對比傳統(tǒng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)而言，在過渡季及冬季，可以充分利用活塞風(fēng)，滿足車站公共區(qū)及隧道區(qū)間的溫濕度要求，從而節(jié)約車站公共區(qū)風(fēng)機能耗、區(qū)間風(fēng)機能耗，達到節(jié)約能源的目的。目前，該系統(tǒng)還未應(yīng)用到北京新建的地鐵線上，其具體的數(shù)據(jù)還有待實施后驗證。

5 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

地鐵作為一個城市的標志性公共基礎(chǔ)建筑，憑借著強大的人員分流能力，已成為各大中城市重點發(fā)展的對象。隨著地鐵建設(shè)規(guī)模的日益壯大，技術(shù)水平的不斷提高，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢必然是安全、節(jié)能、綠色。

1）安全。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)擔負著地鐵內(nèi)部的空氣環(huán)境控制的重任，事關(guān)乘客和工作人員的健康與安全，系統(tǒng)設(shè)置和設(shè)備配置上一定要以安全為本。地鐵的地下部分相對較為閉塞，隨著人們健康意識的提高，對地下空間的空氣環(huán)境將提出越來越高的要求。地鐵車輛在隧道內(nèi)運行，運行中因電刷、閘瓦制動產(chǎn)生的粉末及隧道內(nèi)灰塵，通過活塞風(fēng)效應(yīng)進入車站。人員的龐雜及上下流動性較大，對車站塵埃也有很大的影響，空氣中布滿細微顆粒物。人們在享受地鐵帶來的交通便利的同時，也要承受污濁的空氣環(huán)境。采用靜電式空氣凈化器能夠解決部分空氣質(zhì)量問題，但同時對于地下車站過濾器的清理難度較高、清理工作量較大等實際問題，還需要研究相應(yīng)的自動清洗或半自動清洗裝置，對過濾器和其他設(shè)備進行清洗。

2）節(jié)能。傳統(tǒng)的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)存在突出特點就是運行能耗高，占運行總能耗的40%左右。在正在進行的地鐵建設(shè)中，北京已經(jīng)將通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化和變頻技術(shù)加以采用，如上所說的采用冷水機組群控、采用新型通風(fēng)空調(diào)集成系統(tǒng)以及采用新型可調(diào)通風(fēng)型屏蔽門等方式，都會為能耗的降低做出較大的貢獻。從系統(tǒng)制式的選擇上看，合理的系統(tǒng)方式設(shè)置對節(jié)省所占用的土建空間和運營節(jié)能至關(guān)重要。其中可調(diào)通風(fēng)型站臺門通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)有很好的發(fā)展前景，提供了適用于不同氣候條件的新型環(huán)控系統(tǒng)形式，能夠滿足城市軌道交通各種正常及事故工況下通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的全部功能需求，節(jié)能效果顯著；同時，還可以有效解決嚴寒地區(qū)冬季地鐵站內(nèi)溫度偏低的技術(shù)難題。

3）綠色。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)要合理利用能源，充分利用自然能源，如果可能盡量重點利用低品位能源，同時兼顧熱回收。降低冷量輸送能耗，例如將風(fēng)輸送改為水輸送、制冷劑輸送等。從城市景觀角度考慮，凸出地面的風(fēng)亭和設(shè)置在地面的冷卻塔、風(fēng)冷機組等設(shè)施與設(shè)備會對城市景觀造成一定的影響，尤其是在一些敏感區(qū)域和道路。為了減小冷卻塔對城市景觀的影響，降低運行噪聲，在布置方式上，目前已經(jīng)有了非常規(guī)方式的探索和應(yīng)用,主要有:下沉式、半下沉式、風(fēng)道進風(fēng)式、綠化隱藏式等幾種。為滿足環(huán)保的要求，通風(fēng)空調(diào)設(shè)備盡量選擇超低噪聲、低振動的產(chǎn)品。

6 結(jié)語

通過前面的總結(jié)可以看出，現(xiàn)有地鐵通風(fēng)空調(diào)系在結(jié)構(gòu)形式、資源利用、設(shè)置理念以及運行管理等方面都有了一定程度的改進。但由于地鐵內(nèi)部空間的局限性和特殊性，一些適用于地上建筑的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝在地鐵中的適用性研究還有待研發(fā)。通過地鐵建設(shè)各參與方的努力，實現(xiàn)通風(fēng)空調(diào)技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的進一步發(fā)展。