地下鐵道環(huán)境的特點
由于地下車站和區(qū)間隧道是一個大型狹長與外界聯(lián)系面較小的地下空間，密集的乘客，高速的列車和各種機(jī)電設(shè)備的運行，以及連續(xù)的照明都會產(chǎn)生很大的熱量，不及時排除就會導(dǎo)致地鐵內(nèi)溫度逐年上升；此外地鐵內(nèi)各種設(shè)備及列車運行引起的噪聲、有害氣體、列車活塞效應(yīng)對車站空氣環(huán)境的擾動，以及隧道內(nèi)因潮濕所造成的霉?fàn)€氣味等都會使地下環(huán)境不斷惡化；同時當(dāng)人流密集、空間狹小、密閉性高的地鐵內(nèi)發(fā)生事故、火災(zāi)時，人員的安全疏散和煙氣的排除也是非常重要的問題。
鑒于以上各種因素，因此必須要設(shè)置環(huán)控系統(tǒng)對車站和區(qū)間隧道內(nèi)的溫度、濕度、氣流速度、噪聲以及事故、火災(zāi)情況下人員安全疏散措施等進(jìn)行全面控制。有效、可靠的環(huán)控系統(tǒng)對保證地鐵交通的乘客安全、舒適和確保設(shè)備運行及壽命是十分必要的。
地鐵環(huán)控系統(tǒng)的功能
地鐵環(huán)境控制的目的:
地鐵環(huán)境控制的目的是利用通風(fēng)和空調(diào)等手段，把車站與區(qū)間隧道的熱環(huán)境控制在一定范圍內(nèi)，以創(chuàng)造一個適宜的人工環(huán)境，滿足乘客和工作人員生理和心理上對所處環(huán)境中空氣的溫度、濕度、質(zhì)量、流速、噪聲等諸多因素的綜合要求，同時保證地鐵列車和其它機(jī)電設(shè)備正常地工作。
地鐵環(huán)控系統(tǒng)的功能:
正常運行情況下，通過空調(diào)或通風(fēng)等手段排除余熱、余濕，為地鐵乘客創(chuàng)造一往返于地面至車站至地鐵列車內(nèi)的過渡性舒適環(huán)境，最大限度地吸引客流。
為滿足地鐵車站內(nèi)各種設(shè)備及管理用房的工藝和功能要求提供適宜的溫度和濕度條件，保證地鐵內(nèi)的工作人員和運行設(shè)備有一個良好的工作環(huán)境，以確保地鐵列車正常安全運營。
當(dāng)?shù)罔F列車阻塞在區(qū)間隧道時，向阻塞區(qū)間內(nèi)提供足夠的送、排風(fēng)量，以保證列車空調(diào)冷凝器能繼續(xù)運行。
當(dāng)?shù)罔F內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，向疏散的旅客提供迎面新風(fēng)，誘導(dǎo)乘客安全撤離，同時還具備排煙功能，防止乘客和工作人員被窒息。
環(huán)控系統(tǒng)的組成
深圳地鐵一期工程環(huán)控系統(tǒng)采用屏蔽門系統(tǒng)，因此車站采用空調(diào)/機(jī)械通風(fēng)方式，區(qū)間隧道采用活塞通風(fēng)/機(jī)械通風(fēng)方式。整個環(huán)控系統(tǒng)由以下部分組成：
區(qū)間隧道活塞風(fēng)系統(tǒng)和機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)（TVF系統(tǒng)）
站臺下/軌道頂排熱通風(fēng)系統(tǒng)（UPE/OTE系統(tǒng)）
車站公共區(qū)空調(diào)、通風(fēng)兼排煙系統(tǒng)
車站設(shè)備管理用房空調(diào)、通風(fēng)兼排煙系統(tǒng)
車站制冷空調(diào)水系統(tǒng)
地鐵熱負(fù)荷分析
地鐵列車與大量客流所產(chǎn)生的熱量是影響地鐵車站與隧道空間熱環(huán)境的主要因素。在地鐵高速運輸系統(tǒng)中，第一熱源為地鐵列車發(fā)熱量（其中包括列車啟動、走行、加速、制動等發(fā)熱）；第二熱源為地鐵列車空調(diào)設(shè)備冷凝器發(fā)熱量；第三熱源為乘客人體散熱量、車站照明燈具、廣告牌和售檢票機(jī)等設(shè)備發(fā)熱量。其中，第一熱源和第二熱源的發(fā)熱量要占到總發(fā)熱量的2/3以上，第三熱源約占總發(fā)熱量的1/3左右。深圳地鐵一期工程環(huán)控系統(tǒng)經(jīng)過專題研究和方案論證、比較與分析，確定采用屏蔽門系統(tǒng)。在車站站臺層安裝屏蔽門后,列車停站時屏蔽門與車門一一對應(yīng)打開，列車出站時屏蔽門關(guān)閉，區(qū)間隧道內(nèi)地鐵列車所產(chǎn)生的各種發(fā)熱量主要靠列車運行時產(chǎn)生的活塞風(fēng)和站臺下/軌道頂排熱通風(fēng)系統(tǒng)（UPE/OTE系統(tǒng)）來排除；列車在區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生阻塞或火災(zāi)工況時主要靠區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)（TVF系統(tǒng)）來提供新風(fēng)或排煙。
地鐵車站站臺層安裝屏蔽門后將車站候車區(qū)域與區(qū)間隧道行車區(qū)域完全分隔開來，因而可以阻隔地鐵列車的發(fā)熱量及列車空調(diào)冷凝器發(fā)熱量（即第一和第二熱源）進(jìn)入站臺乘客候車區(qū)域，車站公共區(qū)的熱負(fù)荷主要為乘客的人體散熱量和車站照明燈具、廣告牌、售檢票機(jī)、電梯扶梯等設(shè)備發(fā)熱量。由于在地鐵車站內(nèi)車站照明燈具、廣告牌、售檢票機(jī)、電梯扶梯等設(shè)備的數(shù)量是固定不變的，而乘客卻始終是處于流動狀態(tài)（即上下車、進(jìn)出站），同時乘客數(shù)量也是處于變化的（平常時段和高峰時段不同），因此車站公共區(qū)空調(diào)負(fù)荷是根據(jù)站內(nèi)乘客的流動情況和乘客數(shù)量的改變而時刻變化的。
深圳市位于北緯22°5′，氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，熱量豐富，日照時間長，雨量充沛。冬季無嚴(yán)寒，夏季濕熱多雨，其中熱季具高溫高濕氣象條件，每年持續(xù)8個月以上。根據(jù)深圳市的氣候特點，深圳地鐵車站公共區(qū)的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在空調(diào)狀態(tài)下需要運行8個月以上，其余時間為通風(fēng)狀態(tài)運行，系統(tǒng)須全年長期運行，設(shè)備長時間運轉(zhuǎn)（每天18個小時以上）。深圳地鐵一期工程車站冷負(fù)荷和空調(diào)風(fēng)量是按遠(yuǎn)期2028年晚高峰客流量運營條件來計算，車站新風(fēng)量是按遠(yuǎn)期2028年早高峰客流量運營條件來計算，并以此計算結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行車站制冷、空調(diào)、通風(fēng)設(shè)備的選型設(shè)計，但初近期即2010年以前的客流量僅是遠(yuǎn)期2028年客流量的1/3～1/2，因此所選設(shè)備的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初近期的車站負(fù)荷。所以如何使車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)及設(shè)備能夠根據(jù)負(fù)荷的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便在提供滿足乘客候車環(huán)境的同時實現(xiàn)節(jié)約能源，降低運營成本的目的，是設(shè)計中必須認(rèn)真考慮的問題。
變頻調(diào)速技術(shù)
變頻調(diào)速是一種先進(jìn)且較成熟的技術(shù)，它是通過整流器、逆變器和控制電路將頻率一定的交流電變成直流，再將直流逆變?yōu)椴煌l率的交流，以達(dá)到對交流異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。在各種工程中采用變頻調(diào)速技術(shù)可以實現(xiàn)節(jié)約能源，延長設(shè)備壽命，降低噪音，改善環(huán)境質(zhì)量的目的。變頻調(diào)速技術(shù)已在民用及工業(yè)建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計及工程實踐中得到了具體應(yīng)用，產(chǎn)生了較大的影響并取得了顯著的成效。變頻調(diào)速技術(shù)之所以能夠得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主要取決于其在電氣傳動領(lǐng)域無可比擬的優(yōu)越性：在傳統(tǒng)的、無調(diào)速工況的傳動領(lǐng)域內(nèi)實現(xiàn)變頻調(diào)速，可平均節(jié)能40％以上，特別是在壓縮機(jī)、水泵、風(fēng)機(jī)的應(yīng)用上，因為轉(zhuǎn)速和風(fēng)量成正比關(guān)系，和壓頭成平方關(guān)系，和功率成立方關(guān)系，因此設(shè)備轉(zhuǎn)速的改變直接影響到功率（運行能耗）的變化；變頻調(diào)速實現(xiàn)了電動機(jī)由零電流、零電壓開始的軟啟動，完全消除了電機(jī)啟動對電網(wǎng)的沖擊污染和對其它用電設(shè)備的損壞；變頻調(diào)速可以實現(xiàn)對各種工況的連續(xù)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的運行品質(zhì)得到改善。
傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)計是以滿足整個系統(tǒng)最大負(fù)荷要求為原則和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，而在絕大部分運行時間中，最大負(fù)荷是不會經(jīng)常出現(xiàn)的，且空調(diào)負(fù)荷的變化常常在40％以上；如前所述，地鐵車站的特點是人員流動性大，有較明顯的負(fù)荷變化，一般早晚高峰時段比平常時段高出近一倍。在空調(diào)系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速技術(shù)就可以根據(jù)負(fù)荷及工況的變化對設(shè)備及系統(tǒng)隨時進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便在提供舒適滿意環(huán)境條件的同時實現(xiàn)節(jié)約能源，降低運營成本的目的，是今后空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計發(fā)展的一個主流方向。
環(huán)控系統(tǒng)主要設(shè)備與節(jié)能措施分析
深圳地鐵一期工程環(huán)控系統(tǒng)中的主要運轉(zhuǎn)設(shè)備為冷水機(jī)組、冷卻塔、水泵、TVF風(fēng)機(jī)、UPE/OTE風(fēng)機(jī)、組合式空調(diào)箱、回排風(fēng)機(jī)、空調(diào)新風(fēng)機(jī)等。
區(qū)間隧道機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)中TVF風(fēng)機(jī)的作用是列車在區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)工況時排煙和列車停運時夜間通風(fēng)，經(jīng)過系統(tǒng)模擬計算TVF風(fēng)機(jī)只有在計算極限風(fēng)速下運行工作，才能確?；馂?zāi)工況時煙氣的有效排除和保證夜間通風(fēng)冷卻隧道的效果，因此TVF風(fēng)機(jī)的運行狀態(tài)是不能作調(diào)整的。
站臺下/軌道頂排熱通風(fēng)系統(tǒng)中UPE/OTE風(fēng)機(jī)正常情況每日從地鐵運營開始至運營結(jié)束期間一直運作，是長期運作風(fēng)機(jī)。其作用是排除列車進(jìn)站、停站、出站時的產(chǎn)熱量，以減少列車發(fā)熱量對車站及區(qū)間的影響，同時還兼容排煙功能?？紤]到近遠(yuǎn)期列車對數(shù)不同，列車發(fā)熱量不同，風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量不同（初近期列車對數(shù)6～25對條件下，要求風(fēng)機(jī)風(fēng)量為30～40m3/s；遠(yuǎn)期列車對數(shù)10～30對條件下，要求風(fēng)機(jī)風(fēng)量為40～55m3/s），UPE/OTE風(fēng)機(jī)采用雙速風(fēng)機(jī)來調(diào)節(jié)風(fēng)量，在初近期使用低速檔運轉(zhuǎn)，在遠(yuǎn)期使用高速檔運轉(zhuǎn)，既能滿足功能要求又可以達(dá)到良好的節(jié)能效果，同時對風(fēng)機(jī)的控制簡單可靠容易實現(xiàn)。
制冷空調(diào)水系統(tǒng)由螺桿式冷水機(jī)組、冷卻塔、水泵組成為車站空調(diào)提供冷源，螺桿式冷水機(jī)組的特點是具有良好的部分負(fù)荷特性，冷量調(diào)節(jié)范圍為20～100%，機(jī)組本身采用節(jié)能循環(huán)系統(tǒng)和微處理機(jī)自動跟蹤負(fù)荷變化，根據(jù)水溫值與設(shè)計設(shè)定值的差異變化來改變冷量輸出，冷水機(jī)組無級調(diào)節(jié)范圍完全可以滿足地鐵車站冷負(fù)荷的調(diào)節(jié)要求無需進(jìn)行變頻。
車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)由組合式空調(diào)箱、回/排風(fēng)機(jī)、空調(diào)新風(fēng)機(jī)組成，以往一般都是采用定風(fēng)量運行，靠調(diào)節(jié)設(shè)備的運行臺數(shù)來適應(yīng)車站負(fù)荷的變化。經(jīng)過負(fù)荷計算和分析，車站在早高峰和晚高峰小時的冷負(fù)荷明顯出現(xiàn)峰值，全日逐時冷負(fù)荷變化率比較均勻，冷負(fù)荷分布幅度寬廣。采用定風(fēng)量調(diào)臺運行的空調(diào)風(fēng)量與車站冷負(fù)荷變化規(guī)律存在一定的差異，如采用變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使空調(diào)風(fēng)量與車站逐時負(fù)荷變化規(guī)律相一致，既滿足車站公共區(qū)熱環(huán)境的要求又可以達(dá)到更好的節(jié)能效果，據(jù)初步估算車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)后運行初期階段每個車站每年可節(jié)省電費一百萬元左右。
深圳地鐵一期工程是深圳市唯一的國家重點項目，市委、市政府給予了高度重視并提出了“起點高、水平高、質(zhì)量高、成本低”的方針和要求。為此在深圳地鐵一期工程設(shè)計中采用了多項國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，其中我們以深圳地鐵一期工程四號線中的福民站、少年宮站為試驗站，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計中。
車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)變頻調(diào)速控制
深圳地鐵一期工程少年宮站、福民站作為試驗站，車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)采用了變頻調(diào)速控制技術(shù)。車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)由組合式空調(diào)箱、回/排風(fēng)機(jī)、空調(diào)小新風(fēng)機(jī)組成，對組合式空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)、回/排風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，空調(diào)小新風(fēng)機(jī)為定風(fēng)量運行。同時為保證車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的運行，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，可通過手動或自動將所控制的設(shè)備轉(zhuǎn)為工頻。
采用變頻調(diào)速技術(shù)即利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量隨
