1、概述

　　廣州地鐵一號線主要為東西走向，大部分穿過老城區(qū)，全長18.48公里，南起西朗站，東至廣州東站，共設(shè)14個地下站和兩個地面站。投資總概算為127.15億元人民幣，主要設(shè)備從德國、英國、日本、美國等國家引進，整個系統(tǒng)達到80年代末、90年代初國際先進水平，設(shè)計最高車速為80公里/小時，平均運行速度為35公里/小時，最小發(fā)車間隔2分鐘，可滿足2023年的預(yù)測客流量。

　　公園前站位于廣州市文化、商業(yè)、金融、貿(mào)易中心的中山五路地段，是廣州市軌道路網(wǎng)規(guī)劃中一、二號線的立交換乘車站，該站創(chuàng)造性地采用一島兩側(cè)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(tǒng)主要功能

　　地鐵環(huán)控系統(tǒng)是通過對影響環(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創(chuàng)造一個適于地鐵設(shè)備正常運轉(zhuǎn)、人員安全舒適的人工環(huán)境：

　　在列車正常運行時，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適宜的人工環(huán)境，滿足站內(nèi)各種設(shè)備正常運轉(zhuǎn)所需的溫、濕度要求；

　　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；

　　在發(fā)生火災(zāi)事故時，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(dǎo)乘客安全迅速地撤離。

　　3、地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計特點

　　3.1 車站空調(diào)負荷受外界氣象影響小

　　根據(jù)有關(guān)資料，地鐵車站空調(diào)負荷主要由以下幾方面組成：列車本身發(fā)熱及列車空調(diào)冷凝器散熱約占74%，車站照明、廣告燈箱的燈光負荷約占6%，自動扶梯、售票機、檢票機等動力負荷約占5%，乘客散熱約占15%.由此可見，地鐵車站的主要熱源來自列車本身，受外界氣象條件影響較小。

　　3.2 某些設(shè)計參數(shù)的確定不同于民用建筑

　　在地鐵設(shè)計中，確定夏季空氣調(diào)節(jié)新風(fēng)的室外計算干球溫度時，采用“近20年夏季地下鐵道晚高峰負荷時平均每年不保證30h的干球溫度”，而不采用《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“暖通規(guī)范”）規(guī)定的“采用歷年平均不保證50h的平均溫度”，因為暖通規(guī)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(guī)范的每年不保證50h的干球溫度一般出現(xiàn)在12～14時，而據(jù)地鐵運營資料統(tǒng)計，此時地鐵客運負荷較低，僅為晚高峰負荷的50～70%，若按此計算空調(diào)負荷，則不能滿足地鐵晚高峰負荷要求；若同時采用夏季不保證50h干球溫度與地鐵晚高峰負荷來計算空調(diào)冷負荷，則形成兩個峰值疊加，使空調(diào)負荷偏大。因此采用地下鐵道晚高峰負荷出現(xiàn)的時間相對應(yīng)的室外溫度較為合理。由此根據(jù)氣象資料統(tǒng)計得出廣州地鐵空調(diào)室外新風(fēng)計算干球溫度為32.5℃，比暖通規(guī)范中規(guī)定的33.5℃低約1℃。

　　又如室內(nèi)參數(shù)的確定，地鐵車站空調(diào)屬舒適性空調(diào)。一般情況下，乘客從進站、候車到上車在車站僅3～5分鐘，下車出站約需3分鐘，其余約3/4的時間在車廂內(nèi)。因此車站的空調(diào)有別于一般的舒適性空調(diào)。既然乘客在站廳和站臺的時間特別短，只是通過和短暫停留，為了節(jié)約能源，只考慮乘客由地面進入地下鐵道車站有較涼快的感覺，滿足于“暫時舒適”就可以了，而人們對溫度變化有明顯感覺的溫差為2℃以上，因此廣州地鐵一號線站廳夏季的空調(diào)計算溫度取30℃（比空調(diào)新風(fēng)室外計算溫度32.5℃低2.5℃）；站臺比站廳低1℃，取29℃；而車站管理用房等，由于工作人員長時間在里面工作，取27℃；列車車廂中取27℃等。

　　3.3 噪聲控制難度大

　　地鐵的噪聲源主要有：列車運行時的噪聲，這是站臺的主要聲源，當(dāng)列車以60km/h運行時，噪聲約為100db（A），因此隧道內(nèi)列車通過時噪聲在100db（A）左右，而當(dāng)列車進、出站臺時使得站臺噪聲在75db（A）以上，但時間不長；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噪聲只在建筑方面作相應(yīng)處理；對可控聲源風(fēng)機等在其進、出口上均設(shè)有消聲器，以滿足規(guī)范要求；對水泵、制冷機等次聲源均設(shè)有減震措施。

　　3.4 排煙系統(tǒng)設(shè)計尤為重要

　　由于地鐵是人員密集的地下建筑，而且相對來說地下車站直接出入地面的出口較少且距地面較遠；另據(jù)國內(nèi)外的資料分析，發(fā)生火災(zāi)時造成的人員傷亡，絕大多數(shù)是被煙氣熏倒、中毒、窒息所致。因此排煙設(shè)計在地鐵中顯得很重要。

　　排煙系統(tǒng)的設(shè)計原理為：當(dāng)站廳或站臺發(fā)生火災(zāi)時，要對火災(zāi)區(qū)進行迅速而有效的機械排煙；當(dāng)列車在隧道發(fā)生火災(zāi)時，要對發(fā)生火災(zāi)的隧道進行機械送風(fēng)和機械排煙；當(dāng)列車事故阻塞在隧道中時，要對事故點進行機械送風(fēng)。

　　但與民用建筑相比，地鐵排煙的某些要求又有所不同。如地下車站的防煙分區(qū)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(shè)備如風(fēng)閥、消聲器等時，要求能保證150℃時連續(xù)有效工作1h.

　　4、地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計組成部分

　　地鐵環(huán)控系統(tǒng)主要由以下四部分組成：區(qū)間隧道機械通風(fēng)（兼排煙）及活塞風(fēng)系統(tǒng)，簡稱隧道通風(fēng)系統(tǒng)；車站公共區(qū)部分（站廳、站臺、人行通道）的空調(diào)、通風(fēng)（兼排煙）系統(tǒng)，簡稱車站大系統(tǒng)；車站管理用房及設(shè)備用房的空調(diào)、通風(fēng)（兼排煙）系統(tǒng)，簡稱車站小系統(tǒng)；車站制冷供冷系統(tǒng)，簡稱車站水系統(tǒng)。

　　4.1 隧道通風(fēng)系統(tǒng)

　　隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備主要由分別設(shè)置在車站兩端站廳、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，其作用是通過機械送、排風(fēng)或列車活塞風(fēng)作用排除區(qū)間隧道內(nèi)余熱余濕，保證列車和隧道內(nèi)設(shè)備的正常運行，另外在每天清晨運營前半小時打開隧道風(fēng)機，進行冷卻通風(fēng)。既可以利用早晨外界清新的冷空氣對地鐵進行換氣和冷卻，又能檢查設(shè)備及時維修，確保事故時能投入使用；在列車由于各種原因停留在區(qū)間隧道內(nèi)，而乘客不下列車時，順列車運行方向進行送—排機械通風(fēng)，冷卻列車空調(diào)冷凝器等，使車內(nèi)乘客仍有舒適的旅行環(huán)境；當(dāng)列車發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)盡一切努力使列車運行到車站站臺范圍內(nèi)，以利于人員疏散和滅火排煙。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)的列車無法行駛到車站而被迫停在隧道內(nèi)時，應(yīng)立即啟動風(fēng)機進行排煙降溫：隧道一端的隧道風(fēng)機向火災(zāi)地點輸送新鮮空氣，另一端的隧道通風(fēng)機從隧道排煙，以引導(dǎo)乘客迎著氣流方向撤離事故現(xiàn)場，消防人員順著氣流方向進行滅火和搶救工作。

　　4.2 車站大系統(tǒng)

　　車站大系統(tǒng)主要由分設(shè)于車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(diào)新風(fēng)機、兩臺站臺空調(diào)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(diào)機組、四臺站臺組合式空調(diào)機組及相應(yīng)的各種風(fēng)閥、防火閥等設(shè)備組成，其作用是通過空調(diào)或機械通風(fēng)來排除車站公共區(qū)的余熱余濕，為乘客創(chuàng)造一個舒適的乘車環(huán)境，并在發(fā)生火災(zāi)時通過機械排風(fēng)方式進行排煙，使車站內(nèi)形成負壓區(qū)，新鮮空氣由外界通過人行通道或樓梯口進入車站站廳、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，車站大系統(tǒng)有小新風(fēng)空調(diào)、全新風(fēng)空調(diào)、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(diào)采用上送上回形式，站臺層采用上送上回與下回相結(jié)合的形式（在列車頂部設(shè)置軌頂回/排風(fēng)管將列車空調(diào)冷凝器的散熱直接由回風(fēng)帶走；同時在站臺下設(shè)置站臺下回/排風(fēng)道，直接將列車下面的電器、剎車等發(fā)熱和塵埃用回風(fēng)帶走）。

　　列車阻塞在區(qū)間隧道時，車站空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)按正常運行。當(dāng)推力風(fēng)機需運轉(zhuǎn)時，車站按全新風(fēng)空調(diào)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，使車站的冷風(fēng)經(jīng)推力風(fēng)機送至列車阻塞的隧道內(nèi)。

　　車站站臺（包括列車）發(fā)生火災(zāi)時，除車站的站臺回/排風(fēng)機運轉(zhuǎn)向地面排煙外，其它車站大系統(tǒng)的設(shè)備均停止運行，使站臺到站廳的上、下通道間形成一個不低于1.5m/s的向下氣流，便于乘客迎著氣流撤向站廳和地面；車站站廳發(fā)生火災(zāi)時，站廳回/排風(fēng)機全部啟動排煙，大系統(tǒng)的其它設(shè)備均停止運行，使得出、入口通道形成由地面至車站的向下氣流，便于乘客迎著氣流撤向地面。

　　4.3 車站小系統(tǒng)

　　車站小系統(tǒng)主要包括為車站的設(shè)備及管理用房服務(wù)的軸流風(fēng)機、柜式、吊掛式空調(diào)機組及各種風(fēng)閥，其作用是通過對各用房的溫、濕度等環(huán)境條件的控制，為管理、工作人員提供一個舒適的工作環(huán)境，為各種設(shè)備提供正常運行的環(huán)境。在火災(zāi)發(fā)生時，通過機械排風(fēng)方式進行排煙，有利于工作人員撤離和消防人員滅火。在氣體滅火的用房內(nèi)關(guān)閉送、排風(fēng)管進行密閉滅火。

　　4.4 車站水系統(tǒng)

　　車站水系統(tǒng)的作用是為車站內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)制造冷源并將其供給車站大、小系統(tǒng)，同時將熱量通過冷卻水系統(tǒng)送出車站。

　　因公園前站規(guī)模較大，故該站在廣州地鐵一號線各站中唯一采用在車站兩端分別設(shè)置制冷機房的形式，分別為兩端的空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)空調(diào)冷負荷選型，一臺活塞式冷水機組按小系統(tǒng)空調(diào)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(tǒng)，與離心式冷水機組聯(lián)合運行。

　　在正常運行工況的空調(diào)季節(jié)，根據(jù)車站冷負荷的大小來控制離心式及活塞式冷水機組啟停的臺數(shù)；非空調(diào)季節(jié)，水系統(tǒng)全部停止運行。當(dāng)發(fā)生區(qū)間隧道堵塞事故時，水系統(tǒng)按當(dāng)時正常的運行工況繼續(xù)運行。當(dāng)站廳層、站臺層公共區(qū)或區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)時，關(guān)閉作為大系統(tǒng)冷源的那部分水系統(tǒng)，只運行與小系統(tǒng)有關(guān)的部分；當(dāng)小系統(tǒng)設(shè)備用房發(fā)生火災(zāi)時，水系統(tǒng)全部停止運行。

　　5、存在的幾個問題

　　在地鐵環(huán)控系統(tǒng)的調(diào)試、運行中，發(fā)現(xiàn)存在一些問題：

　　5.1 全新風(fēng)機與空調(diào)新風(fēng)機的設(shè)置

　　在設(shè)備聯(lián)機調(diào)試時，出現(xiàn)全新風(fēng)機不能與組合式空調(diào)機組同時正常串聯(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(diào)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(diào)機組的單臺設(shè)計風(fēng)量均大于110000立方米/h，對應(yīng)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(diào)機組串聯(lián)運行，因為通過前后串聯(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(tǒng)的壓頭將超過1000Pa，而系統(tǒng)送風(fēng)管路的計算阻力僅為650Pa左右，勢必造成數(shù)百帕的剩余壓頭，從而使風(fēng)機電流過大，電機過載保護而停機。而且一般說來，象這種兩臺并聯(lián)的設(shè)備與另兩臺并聯(lián)的設(shè)備串聯(lián)運行要比單機運行的效果為差，運行工況復(fù)雜，調(diào)節(jié)困難。在調(diào)試過程中還發(fā)現(xiàn)，如果關(guān)閉全新風(fēng)機，僅開啟組合式空調(diào)機組，則完全能利用組合式空調(diào)機組內(nèi)風(fēng)機的壓頭來克服新風(fēng)道的阻力，使空調(diào)機組及整個空調(diào)系統(tǒng)都能正常運行。另外空調(diào)新風(fēng)機雖然能與組合式空調(diào)機組同時正常串聯(lián)運行，但在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，如果關(guān)閉空調(diào)新風(fēng)機，而通過調(diào)節(jié)回/排風(fēng)閥與新風(fēng)閥的開度，也能達到設(shè)計要求。

　　建議取消全新風(fēng)機及空調(diào)新風(fēng)機，而在選擇組合式空調(diào)機組時，考慮新風(fēng)道的阻力，這樣既能滿足空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運行模式的要求，又能節(jié)省環(huán)控機房的面積，使系統(tǒng)模式的轉(zhuǎn)換簡單，節(jié)約能源、減少投資。

　　5.2 回/排風(fēng)機與排煙風(fēng)機的設(shè)置

　　在車站站廳層兩端，各設(shè)置兩臺相同性能的風(fēng)機分別作為站廳回/排風(fēng)機，平時運行其中一臺風(fēng)機排風(fēng)；發(fā)生火災(zāi)時，開啟兩臺風(fēng)機并聯(lián)運行排煙。

　　但公園前車站的實際情況是，站廳層平時排風(fēng)量為16.7立方米/s，火災(zāi)時排煙量為25立方米/s.而站廳回/排風(fēng)機又是主要根據(jù)站廳層平時的回/排風(fēng)量來選擇的，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)運行時提供給系統(tǒng)的總風(fēng)量，小于兩臺風(fēng)機單獨運行時提供的風(fēng)量之和，并與空調(diào)系統(tǒng)的管路特性曲線有很大的關(guān)系：如果管路特性曲線平緩，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)機滿足平時排風(fēng)量的要求、又能在火災(zāi)時并聯(lián)運行兩臺風(fēng)機滿足排煙量要求的風(fēng)機是比較困難的，實際情況是，選擇的站廳回/排風(fēng)機雖然能滿足平時排風(fēng)的要求，但在火災(zāi)時并聯(lián)運行提供給系統(tǒng)風(fēng)量卻大大超出所需的排煙量，造成浪費。既使能為系統(tǒng)匹配滿足要求的風(fēng)機，也會給系統(tǒng)的運行操作及模式控制提出更高的要求。同時，兩臺風(fēng)機并聯(lián)運行是否經(jīng)濟合理，也是值得考慮的問題。常常出現(xiàn)這樣的情況，并聯(lián)運行時其中一臺風(fēng)機處于最高效率區(qū)運行，另一臺風(fēng)機則不能同時處于最高效率區(qū)運行，不利于節(jié)能。

　　建議采用分別設(shè)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(shè)置一臺雙速風(fēng)機，低速工況滿足平時排風(fēng)量及風(fēng)壓的要求、高速工況滿足火災(zāi)時排煙量及風(fēng)壓的要求；或者設(shè)置一臺變頻調(diào)速風(fēng)機，既能滿足平時排風(fēng)、火災(zāi)排煙的要求，還能滿足將整個地鐵空調(diào)系統(tǒng)改為變風(fēng)量系統(tǒng)，根據(jù)空調(diào)負荷的變化靈活運行，達到節(jié)約能源的要求。

　　5.3 冷水機組的選型

　　車站每端分別設(shè)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足大系統(tǒng)空調(diào)冷負荷，一臺活塞式冷水機組滿足小系統(tǒng)空調(diào)冷負荷。

　　公園前站兩端設(shè)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(tǒng)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(jié)構(gòu)簡單、緊湊、重量輕，易損件少，可靠性高，維修周期長；采用滑閥裝置，制冷量可在10～100%范圍內(nèi)進行無級調(diào)節(jié)，并可在無負荷條件下啟動；熱效率高；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點。而采用活塞機比采用螺桿機的耗電率約大10%左右，同時活塞機的噪聲也比螺桿機大。因此建議小系統(tǒng)負荷較大端配置螺桿式冷水機組，但由此又會引起整個系統(tǒng)的制冷機種類過多（分別有離心式、活塞式及螺桿式等三種冷水機組），給系統(tǒng)的操作、控制及備件的儲備帶來困難。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(jié)束語

　　地鐵車站的環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及的方面還有很多，同時隨著我國地下鐵道建設(shè)的不斷進步，有關(guān)環(huán)控系統(tǒng)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公園前車站的環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計作一簡單的介紹，并對存在的問題提出一些看法，其目的只在于拋磚引玉，希望大家對此進行深入地研究、討論，共同促進我國地鐵建設(shè)。

　　王岳怡