隧道通风空调系统基础知识

1）通风系统

地铁通风空调系统分为开式系统、闭式系统和屏蔽门式系统。根据使用场所和标准又分为车站通风空调系统、区间隧道通风系统和车站设备管理用房通风空调系统。

（1）开式系统

开式系统是采用机械或“活塞效应”的方法使地铁内部与外界交换空气，利用外界空气冷却车站和隧道，多用于当地最热月的月平均温度低于25℃且运量较少的地铁系统。

①活塞通风

列车正面与隧道断面面积之比（称为阻塞比）大于0.4时，列车在隧道中高速行驶产生活塞效应，使列车正面空气受压，形成正压，列车后面空气稀薄，形成负压，由此产生空气流动，称活塞效应通风。

活塞风量大小与列车在隧道内的阻塞比、列车行驶速度、列车行驶空气阻力系数、空气流经隧道的阻力等因素有关。利用活塞风来冷却隧道，需要与外界进行有效空气交换，使有效换气量达到设计要求。当风井间距小于300m、风道的长度在25m以内、风道面积大于10m2时，有效换气量较大。在隧道顶上设风口效果更好。设置很多活塞风井对大多数城市都很难实现，因此全“活塞通风系统”只有早期地铁应用，现今建设的地铁则设置活塞通风与机械通风的联合系统。

②机械通风

当活塞式通风不能满足地铁除余热、余湿要求时，则要设置机械通风系统。根据地铁系统的实际情况，可在车站与区间隧道分别设置独立的通风系统。车站通风一般为横向的送排风系统；区间隧道一般为纵向的送排风系统，这些系统应具备排烟功能。区间隧道较长时，宜在区间隧道中部设中间风井。对于当地气温不高，运量不大的地铁系统，可设置车站与区间连在一起的纵向通风系统，一般在区间隧道中部设中间风井。

（2）闭式系统

闭式系统使地铁内部基本上与外界大气隔断，仅供给满足乘客所需的新鲜空气量。车站一般采用空调系统，而区间隧道的冷却是借助于列车运行的“活塞效应”携带一部分车站空调冷风来实现。这种系统多用于当地最热月的月平均温度高于25℃、运量较大、高峰时间内每小时的列车运行对数和每列车车辆数的乘积大于180的地铁系统。

（3）屏蔽门系统

在车站的站台与行车隧道间安装屏蔽门，将其分隔开，车站安装空调系统，隧道用通风系统（机械通风或活塞通风或两者兼用）。若通风系统不能将区间隧道的温度控制在允许值以内时，应采用空调或其他有效的降温方法。

安装屏蔽门后，车站成为单一的建筑物，它不受区间隧道行车时活塞风的影响。车站的空调冷负荷只需计算车站本身设备、乘客、广告、照明等发热体的散热，及区间隧道与车站间通过屏蔽门的传热和屏蔽门开启时的对流换热。此时屏蔽门系统的车站空调冷负荷仅为闭式系统的22%~28%，且由于车站与行车隧道隔开，减少了运行噪声对车站的干扰，不仅使车站环境较安静、舒适，也使旅客更为安全。

西安地铁环控系统采用屏蔽门制式环控系统，屏蔽门制式系统即：站台和轨行区分开，车站为独立的制冷、除湿区、因此有安全、节能和美观等优点。由于屏蔽门的隔断，屏蔽门制式环控系统形成了两个相对独立的系统——车站空调通风系统和隧道通风系统。

（4）车站空调通风系统

①车站站厅、站台公共区的通风、排烟系统，简称大系统。由组合空调机、回排风机、新风机、排烟风机以及各种风阀、防火阀等组成。

车站大系统一般情况下每端设置一套，服务半个车站。为站厅站台排除余热余湿，为乘客创造舒适的进站及候车环境。大系统除了完成站厅站台通风外，还需完成火灾等事故情况下的消防排烟功能。火灾时向乘客输送必要的新风，诱导乘客疏散。

②车站设备管理用房空调通风系统（兼排烟系统），简称小系统。由柜式空调机、排风、排烟风机、风阀、防火阀等组成。

车站小系统根据车站管理以及设备房间不同需求，提供相应的环境条件，进而保证车站设备的正常运行，并为车站管理人员提供优质的工作环境。小系统设备除负责通风外，主要也负责火灾等事故情况下的消防排烟功能。设备区部分重要设备房设置了独立的气体灭火系统，一旦火灾喷气后会在房间内产生有害气体，小系统风机还起到了排毒的功能。

③车站制冷空调循环水系统，简称水系统。在夏季时水系统通过热传递的方式为大、小系统提供冷源，通过大、小系统为车站各个区域输送冷风，保证地铁车站区域内不同房间的冷量需求。水系统由冷水机组、水泵、冷却塔、水阀与管路等设备组成。

（5）隧道通风系统

①区间隧道活塞风与机械通风系统（兼排烟系统），简称TVF系统。如图3-8所示，区间隧道机械通风系统主要包含隧道风机、推力风机、射流风机及相关的电动风阀。

列车正常运行时，利用列车产生的活塞风与室外空气进行置换，排除区间隧道内余热、余湿。对不设隔墙的两站区间，正常运行工况也需采用机械通风方式，从车站两端的活塞风井进风，使用TVF风机排风。当发生火灾时，列车停在区间隧道内。则开启火灾区两端的TVF风机、射流风机，提供新风，诱导乘客撤离火灾现场。根据列车火灾部位决定排烟方向，最小的气流速度为2m3/s。当列车被阻塞在区间隧道时，视情况开启TVF风机，保证列车空调器能正常工作。正常情况下，每日地铁运营前0.5h和运营结束后 0.5h运作风机，作早晚清洁通风用，排除空气异味，改善空气质量。

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图3-8　区间正常工况隧道通风工作原理图

②车站隧道排热系统即车站范围内、屏蔽门外站台下排热和车行道顶部排热系统，简称TEF系统。如图3-9所示，车站隧道通风系统主要设备为轨道排热风机、电动风阀和防火阀。

站台层排风由列车顶排风和站台下排风组成。列车顶排风布置在车行道上方，列车顶排风口与列车空调冷凝器位置对应；站台下排风为土建风道，站台下排风口与列车下发热位置对应。车站隧道通风系统作用为将区间热量排出室外，避免区间温度持续上升。并且在区间火灾及站台火灾时配合区间隧道通风系统及站台大系统进行消防排烟。

图3-9　车站隧道排热系统工作原理图

（6）系统控制模式

环控系统模式由中央控制（中控级）、车站控制（集控级）和就地控制三级组成，就地控制具有优先权。

①中央控制

正常运行模式：以通信方式向各车站环控控制室下达车站及区间隧道环控系统运行方案指令，并接受各车站环控控制室反馈的设备运行信号，显示各地下车站环控系统设备工作状态；遥测室外温湿度、回风状态点和空调箱表冷器出风温度，作数据处理后决定运行工况；控制各车站公共区环控系统设备的开关。

阻塞运行工况：一接到列车阻塞信号，即将相关区段转入阻塞运行模式，直接控制和显示阻塞区间前后方车站近端TVF风机、射流风机的开关。

火灾运行模式：一旦接到火灾事故信号，确认火灾地点、列车火灾部位，然后选择火灾工况环控系统运作方案，直接控制和显示火灾区间相邻车站TVF风机、射流风机、TEF风机、回排风机的开关，并指示乘客疏散方向。

②车站控制

正常运行模式：接受控制中心通信指令，对本站的所有环控设备进行远距离监控，显示其运作状态，并向车控室反馈环控设备运作状态。

阻塞运行模式：保持对本站环控系统的运作工况进行监控，并向车控室反馈TVF风机、射流风机的开关状态。

火灾运行模式：若火灾发生在本站的站台层或站厅层，则按车站火灾运行模式控制车站环控系统，并将信息反馈至车控室。若火灾发生在设备管理用房，则将相关的设备管理用房环控系统转换为火灾运行模式，并将信息反馈至车控室。

③就地控制

在各种环控设备电源控制柜处操作，供设备安装、调试、检修时现场使用。为确保安全，就地控制具有优先权，即就地控制时，发信号给车控室，则中央控制和车站控制失效；就地控制结束后，反馈信号给车控室，恢复其正常功能。

（7）设备运行模式

地铁中环控专业设备是根据BAS系统提供的各种模式来运行的。地铁的环控系统运行模式主要分为空调季运行和非空调季运行。在不同的工作环境与不同的外界环境下，BAS会提供不同的模式信息，对环控系统设备进行控制。

主要通风模式有以下几种：

①空调季节小新风模式：当车站外空气的焓值大于车站内空气焓值并且车站外空气温度大于空调设计送风温度时，采用此模式运行；

②空调季节全新风模式：当车站外空气的焓值小于或等于车站内空气的焓值并且车站外空气温度大于空调设计送风温度时，采用此模式运行；

③非空调季节全通风模式：非空调季节，当车站外空气的温度小于空调设计送风温度时运行此模式；

④区间早晚通风模式：当地铁开始运营前及运营结束后要对区间进行一次通风，改善区间空气质量；

⑤轨道排热模式：当地铁运营时车辆进入车站制动时会产生大量热量，列车本身也会不停的散发热量，这些热量需要及时排到室外，避免区间温度持续上升。