軌道交通空調(diào)設(shè)計與選型

1、軌道交通空調(diào)設(shè)計與選型 摘要本文主要介紹了軌道交通（主要是地鐵）站空調(diào)的設(shè)計要點、冷源形式和機組選型。得出以下結(jié)論：地鐵站的空調(diào)設(shè)計參數(shù)、負荷組成與普通民用建筑不同，空調(diào)通風(fēng)占據(jù)了更為重要的地位。地鐵站冷源可采用集中式和各站點獨立冷源兩種形式，應(yīng)根據(jù)具體情況進行選擇。由于軌道交通站主機容量往往按遠期負荷考慮，為了確保機組在部分負荷下的運行效率，國內(nèi)多采用螺桿機。 關(guān)鍵詞集中供冷式冷源 獨立冷源 螺桿機 1、引言 二十世紀九十年代以來，隨著我國城市邊緣化規(guī)模的不斷擴大，城市人口流通量急劇增加，交通擁堵現(xiàn)象日益嚴重，傳統(tǒng)的公共交通工具已經(jīng)無法滿足城市人群日常出行需求。因此運量大、速度快且污染小的軌

2、道交通成為了各大城市解決交通日益緊張問題的必由之路。城市軌道交通建設(shè)作為一項投資巨大的基礎(chǔ)建設(shè)項目，一方面受到國家宏觀政策的控制，一方面需要考慮到城市長期規(guī)劃和發(fā)展的切實需求，往往伴隨著巨大的投資風(fēng)險。以武漢市輕軌運行數(shù)據(jù)顯示，輕軌公司每天需55萬元收入才能償付運行費用（包括員工工資、用電電費、每日貸款本息和其它費用），而實際售票收入僅在1.53萬元之間，這對當?shù)刎斦且还P沉重的貼補負擔(dān)。國內(nèi)多個城市軌道建設(shè)項目的無法計劃開工或者叫停，也都與建設(shè)資金無法落實相關(guān)。因此，軌道交通的規(guī)劃、設(shè)計和運營，應(yīng)盡力做到經(jīng)濟、實用、安全。據(jù)國內(nèi)外軌道交通工程對地鐵的造價分析，一般土建工程造價占5055；技術(shù)

3、設(shè)備的建設(shè)、購置、安裝費用占4550（其中軌道占27，車輛占1317，機務(wù)段占56，牽引供電占710，通信信號占1012，其他占14）。中央空調(diào)對于地鐵和輕軌車站而言，是必不可少的設(shè)備投入，尤其是地鐵，其特殊的空調(diào)環(huán)境也對空調(diào)設(shè)計提出了不同于地面建筑的要求。在確定空調(diào)設(shè)計方案以后，我們在空調(diào)設(shè)備的選擇上應(yīng)當秉承經(jīng)濟合理的原則。以前國內(nèi)的中央空調(diào)市場被國外的幾大品牌所壟斷，國產(chǎn)中央空調(diào)則主要集中在家用和小型商用領(lǐng)域。隨著我國中央空調(diào)生產(chǎn)技術(shù)的不斷成熟和完善，目前國內(nèi)已有多個廠家開始進入大型中央空調(diào)機組的研制和銷售領(lǐng)域。國產(chǎn)中央空調(diào)性能指標和特性并不亞于國外同類產(chǎn)品，而且在特殊產(chǎn)品的定制和服務(wù)上，

4、比國外廠家更具優(yōu)勢，所以軌道交通空調(diào)設(shè)備的國產(chǎn)化是大勢所趨。2、軌道交通站空調(diào)設(shè)計特點分析 2.1 軌道交通的分類和特點軌道交通可按不同角度分類，按所處的空間位置可分為“地鐵”和地面鐵路；按所用軌道的輕重可分為“輕軌”和“重軌”。一般來說，運送客流量大的走地下，稱為地鐵；運量小、主要走地面的為輕軌。軌道交通具有運量大、污染小、方便快捷的特點。相比而言，地鐵的運能大，幾乎不受地面氣候和交通的影響，但造價高；輕軌的運能較小，但造價較地鐵低，受地面交通和氣候的影響較大。2.2 地鐵站空調(diào)設(shè)計特點車站空調(diào)屬于舒適性空調(diào)的設(shè)計范疇。輕軌站位于地面，其空調(diào)設(shè)計可按照普通車站的設(shè)計參數(shù)和條件進行設(shè)計，這里不

5、再贅述。而地鐵基本上與地面環(huán)境隔絕，室外大氣的溫、濕度只對車站空調(diào)負荷存在間接的影響。其空調(diào)設(shè)計參數(shù)的選取和空調(diào)負荷的計算與常規(guī)舒適性空調(diào)不同。地鐵站內(nèi)除工作人員外，其它人員只做短暫停留。為節(jié)約能源，只考慮乘客有一個短時間的舒適環(huán)境即可。由于人體對環(huán)境溫度有明顯感覺的溫差在2以上，乘客由地面進入車站，需要經(jīng)過一個由外界環(huán)境溫度逐漸過渡到站內(nèi)溫度的過程，這樣人體才不會產(chǎn)生忽冷忽熱的感覺。以廣州地鐵一、二號線設(shè)計為例廣州地鐵一號線：站廳 t=30 =4565% 站臺 t=29 =4565%廣州地鐵二號線：站廳 t=29 =4565% 站臺 t=27 =4565%這樣乘客從地面過站臺，直到上車，環(huán)境

6、溫度變化為33.5（廣州室外設(shè)計溫度）29（站廳）27（站臺、車內(nèi)），這樣的溫度變化是一個衛(wèi)生舒適的過程。至于站內(nèi)管理用房，由于工作人員長時間在內(nèi)工作，可取常規(guī)設(shè)計溫度tn2427。其它設(shè)備用房可根據(jù)運行和工藝要求來確定設(shè)計溫、濕度值。據(jù)文獻1，列車本身及列車空調(diào)的散熱約占74，照明、廣告燈箱的散熱約占6，設(shè)備（如自動扶梯、售票機等）的散熱約占5，乘客和工作人員的散熱約占15；地鐵圍護結(jié)構(gòu)周圍的土壤能吸收大量的熱量并儲蓄起來，夏蓄冬放，以調(diào)節(jié)地鐵內(nèi)空氣的溫度。根據(jù)一些資料記載，此部分熱量占地鐵產(chǎn)熱量的2540。列車本身及列車空調(diào)排放的熱量扣除傳入地鐵周圍土壤的熱量之外，剩余部分由隧道通風(fēng)系統(tǒng)排

7、到室外。車站內(nèi)的空調(diào)負荷包括站內(nèi)乘客和工作人員散熱、照明散熱和其它設(shè)備散熱量。從車站的空調(diào)負荷組成可看出，地下車站的主要熱源來自列車，當站臺使用屏蔽門將列車與站臺公共區(qū)分開時，車站的冷負荷就可以減少為開/閉式車站的1/21/3。車站公共區(qū)（也稱車站大系統(tǒng)），一般比較狹長，如果只在車站一端設(shè)置風(fēng)柜，那么單條送、回風(fēng)管就會過長，各個送風(fēng)口難以實現(xiàn)阻力平衡，送風(fēng)不均勻。為了避免這一現(xiàn)象，應(yīng)該在車站兩端設(shè)置風(fēng)柜，各自承擔(dān)大系統(tǒng)空調(diào)負荷的1/2，對工作區(qū)進行均勻送風(fēng)。以廣州地鐵站為例，因為采取集中控制，單一區(qū)域空調(diào)面積大，所以一個區(qū)域的送風(fēng)量就高達20多萬，為了實現(xiàn)各送風(fēng)口的阻力平衡，確保出風(fēng)口的余壓，

8、除了對風(fēng)柜本身的強度和控制要求較高之外，更重要的是需要在進行風(fēng)管設(shè)計時，盡量少考慮采用風(fēng)閥調(diào)節(jié)（容易產(chǎn)生“撥一發(fā)而動千鈞”的現(xiàn)象，很難調(diào)節(jié)），而應(yīng)該合理設(shè)計風(fēng)管尺寸，依靠風(fēng)管本身實現(xiàn)自平衡。目前國際上通用的風(fēng)道計算方法一共有四種：靜壓復(fù)得法、假定速度法、等摩阻法和T算法，對于車站空調(diào)這種需要變風(fēng)量設(shè)計的場合，靜壓復(fù)得法是最佳的計算方法。車站設(shè)備管理用房（也稱車站小系統(tǒng)），具有工作時間固定（24小時運行），空調(diào)負荷較穩(wěn)定的特點。小系統(tǒng)的空調(diào)負荷只占大系統(tǒng)設(shè)計值的一小部分，為了管路布置方便 ，小系統(tǒng)的風(fēng)系統(tǒng)可以和大系統(tǒng)共用。但因為大系統(tǒng)的空調(diào)負荷具有明顯的不同時段，峰谷時水系統(tǒng)流量變化大，所以小系

9、統(tǒng)的水系統(tǒng)應(yīng)該獨立設(shè)置。地鐵隧道通風(fēng)按位置不同可分為區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)和車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)，按系統(tǒng)形式可分為開式和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是直接將列車運行產(chǎn)生的隧道熱風(fēng)直接引出室外；閉式系統(tǒng)是將車站送、排風(fēng)道和隧道送、排風(fēng)道合用，冷負荷由大系統(tǒng)制冷機承擔(dān)；列車運行時產(chǎn)生活塞效應(yīng)將站內(nèi)空調(diào)冷風(fēng)引入隧道，列車停站時，在列車底部和頂部設(shè)置局部排風(fēng)系統(tǒng)，排出列車剎車和頂部空調(diào)產(chǎn)生的熱量。 3、冷源形式 軌道交通站可選取集中供冷式冷源和各站獨立冷源兩種方式。集中供冷可省去部分站點的機房建設(shè)，以廣州地鐵二號線首期工程建設(shè)為例，全線長23.265公里，共有16個地下車站，1個地面車站和3個高架車站。除三元里站設(shè)置單獨

10、制冷機之外，其它15個地下車站分別由四個集中冷凍站供冷。因為冷凍站的供冷半徑較大，往往在23公里以上，所以冷水在輸送過程中冷量損失大，水泵揚程、功率隨之增加，而且供、回水管沿隧道區(qū)間敷設(shè)，對檢修和保養(yǎng)極為不便。根據(jù)交通站空調(diào)負荷具有明顯的峰谷特性，因此在集中供冷模式下，可在提供分時電價政策的地區(qū)考慮采用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)，夜間利用低價電運行主機蓄冰，白天峰段融冰供冷，并根據(jù)負荷情況選擇制冷機部分開啟或者完全不用開機，節(jié)省了空調(diào)運行費用。另外，采用冰蓄冷進行低溫送風(fēng)，還可以減少風(fēng)管和水管的尺寸，這部分減少的占用空間體積對于地下土建工程十分具有經(jīng)濟意義。目前冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)分動態(tài)和靜態(tài)蓄冰兩種，動態(tài)蓄冰

11、的靈活性和經(jīng)濟性均優(yōu)于靜態(tài)蓄冰，可做優(yōu)先考慮。各站點獨立冷源和集中供冷的優(yōu)缺點互補，因為供冷規(guī)模較小，所以采用常規(guī)冷水機組供冷即可。這種冷源形式增加了各個站點的機房建設(shè)，按照國內(nèi)軌道交通車站的一般規(guī)模來計算，機房面積在100150m2左右。以建成的廣州地鐵一號線為例，各地鐵站冷源獨立，如果采用集中供冷，所節(jié)省的機房面積占環(huán)控機房面積的比例就很小，考慮到集中供冷的各項弊端，采用獨立冷源更加合適。因此，以上兩種形式的冷源應(yīng)根據(jù)具體情況來靈活選擇。例如車站的管理用房，或者在舊地鐵站增加附屬用房的情況下，可考慮單獨采用一拖多空調(diào)，與車站大系統(tǒng)冷源獨立，這樣不僅照顧到車站大、小系統(tǒng)空調(diào)時間上的差異，也解

12、決了大、小系統(tǒng)共用冷源時的冷量平衡調(diào)節(jié)問題。4、空調(diào)設(shè)備的選擇 因為軌道交通空調(diào)主機容量往往是按遠期負荷考慮的，具有一定的設(shè)計余量，而且一年四季氣候條件以及每天不同時段的客流量波動較大，所以國內(nèi)地鐵目前常用螺桿機作為空調(diào)主機，主要是考慮到站內(nèi)空調(diào)的部分負荷運行工況，必要的話還可以采用變頻水泵進行變頻調(diào)節(jié)。螺桿機具有五大關(guān)鍵部件：壓縮機、油分離裝置、冷凝器、蒸發(fā)器和制冷配件。這五大部件的配置大致確定了螺桿機的性能和可靠性。例如最新設(shè)計的齒數(shù)比為5:6的非對稱雙螺桿壓縮機，比常見的齒數(shù)比4:6的壓縮機熱效率可提高1012，省電25；采用新型旋風(fēng)式的油分離裝置可將壓縮機排氣油含量降低到3ppm以下，

13、而普通螺桿壓縮機油氣分離裝置油含量則只能達到810ppm。在確保產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品價格成為了主機選擇的重要因素。以常規(guī)冷水機組供冷系統(tǒng)為例，主機價格占空調(diào)機房部分造價的80左右（不含安裝及材料費），而國內(nèi)頂極配置的冷水機，其價格平均可比國外同水平產(chǎn)品低1520左右，而且在產(chǎn)品非標定制方面也更具優(yōu)勢。由于軌道交通建設(shè)具有投資大、資金回收期長的特點，而車站僅僅是乘客暫時停留的場所，所以車站應(yīng)盡量不要設(shè)置與基本功能無關(guān)的設(shè)施，如商業(yè)大廳、集散大廳和售票廳等。這些過剩的功能區(qū)設(shè)置只會徒增工程造價，實際運行時在這些商業(yè)、景觀功能房間逗留的人群很少，而在進行空調(diào)設(shè)計時，又必須考慮到這部分負荷，增加不必要的主機設(shè)計容量。當然，這些并不是空調(diào)設(shè)計技術(shù)上的過失。但是應(yīng)當呼吁，為降低城市軌道交通設(shè)計造價，有關(guān)部門在進行規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)該沿襲簡樸、方便、實用的風(fēng)格，避免建設(shè)華而不實的“形象工程”。5、結(jié)論 本文針對軌道交通站（主要是地鐵站）的特點，介紹了其空調(diào)設(shè)計要點、冷源形式和設(shè)備選擇的基本理論知識