軌道交通空調(diào)設(shè)計(jì)與選型

1、軌道交通空調(diào)設(shè)計(jì)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(jì)要點(diǎn)、冷源形式和機(jī)組選型。得出以下結(jié)論：地鐵站的空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)、負(fù)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(diǎn)獨(dú)立冷源兩種形式，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。由于軌道交通站主機(jī)容量往往按遠(yuǎn)期負(fù)荷考慮，為了確保機(jī)組在部分負(fù)荷下的運(yùn)行效率，國內(nèi)多采用螺桿機(jī)。 關(guān)鍵詞集中供冷式冷源 獨(dú)立冷源 螺桿機(jī) 1、引言 二十世紀(jì)九十年代以來，隨著我國城市邊緣化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市人口流通量急劇增加，交通擁堵現(xiàn)象日益嚴(yán)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(yùn)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(xiàng)投資巨大的基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)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(shí)需求，往往伴隨著巨大的投資風(fēng)險(xiǎn)。以武漢市輕軌運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，輕軌公司每天需55萬元收入才能償付運(yùn)行費(fèi)用（包括員工工資、用電電費(fèi)、每日貸款本息和其它費(fèi)用），而實(shí)際售票收入僅在1.53萬元之間，這對(duì)當(dāng)?shù)刎?cái)政是一筆沉重的貼補(bǔ)負(fù)擔(dān)。國內(nèi)多個(gè)城市軌道建設(shè)項(xiàng)目的無法計(jì)劃開工或者叫停，也都與建設(shè)資金無法落實(shí)相關(guān)。因此，軌道交通的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)營，應(yīng)盡力做到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全。據(jù)國內(nèi)外軌道交通工程對(duì)地鐵的造價(jià)分析，一般土建工程造價(jià)占5055；技術(shù)

3、設(shè)備的建設(shè)、購置、安裝費(fèi)用占4550（其中軌道占27，車輛占1317，機(jī)務(wù)段占56，牽引供電占710，通信信號(hào)占1012，其他占14）。中央空調(diào)對(duì)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(duì)空調(diào)設(shè)計(jì)提出了不同于地面建筑的要求。在確定空調(diào)設(shè)計(jì)方案以后，我們在空調(diào)設(shè)備的選擇上應(yīng)當(dāng)秉承經(jīng)濟(jì)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(gè)廠家開始進(jìn)入大型中央空調(diào)機(jī)組的研制和銷售領(lǐng)域。國產(chǎn)中央空調(diào)性能指標(biāo)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(jì)特點(diǎn)分析 2.1 軌道交通的分類和特點(diǎn)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(yùn)送客流量大的走地下，稱為地鐵；運(yùn)量小、主要走地面的為輕軌。軌道交通具有運(yùn)量大、污染小、方便快捷的特點(diǎn)。相比而言，地鐵的運(yùn)能大，幾乎不受地面氣候和交通的影響，但造價(jià)高；輕軌的運(yùn)能較小，但造價(jià)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(jì)特點(diǎn)車站空調(diào)屬于舒適性空調(diào)的設(shè)計(jì)范疇。輕軌站位于地面，其空調(diào)設(shè)計(jì)可按照普通車站的設(shè)計(jì)參數(shù)和條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(duì)車站空調(diào)負(fù)荷存在間接的影響。其空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取和空調(diào)負(fù)荷的計(jì)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(gè)短時(shí)間的舒適環(huán)境即可。由于人體對(duì)環(huán)境溫度有明顯感覺的溫差在2以上，乘客由地面進(jìn)入車站，需要經(jīng)過一個(gè)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(huì)產(chǎn)生忽冷忽熱的感覺。以廣州地鐵一、二號(hào)線設(shè)計(jì)為例廣州地鐵一號(hào)線：站廳 t=30 =4565% 站臺(tái) t=29 =4565%廣州地鐵二號(hào)線：站廳 t=29 =4565% 站臺(tái) t=27 =4565%這樣乘客從地面過站臺(tái)，直到上車，環(huán)境

6、溫度變化為33.5（廣州室外設(shè)計(jì)溫度）29（站廳）27（站臺(tái)、車內(nèi)），這樣的溫度變化是一個(gè)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(shí)間在內(nèi)工作，可取常規(guī)設(shè)計(jì)溫度tn2427。其它設(shè)備用房可根據(jù)運(yùn)行和工藝要求來確定設(shè)計(jì)溫、濕度值。據(jù)文獻(xiàn)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(dòng)扶梯、售票機(jī)等）的散熱約占5，乘客和工作人員的散熱約占15；地鐵圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍的土壤能吸收大量的熱量并儲(chǔ)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(fù)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(fù)荷組成可看出，地下車站的主要熱源來自列車，當(dāng)站臺(tái)使用屏蔽門將列車與站臺(tái)公共區(qū)分開時(shí)，車站的冷負(fù)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(huì)過長，各個(gè)送風(fēng)口難以實(shí)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(fù)荷的1/2，對(duì)工作區(qū)進(jìn)行均勻送風(fēng)。以廣州地鐵站為例，因?yàn)椴扇〖锌刂疲瑔我粎^(qū)域空調(diào)面積大，所以一個(gè)區(qū)域的送風(fēng)量就高達(dá)20多萬，為了實(shí)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(duì)風(fēng)柜本身的強(qiáng)度和控制要求較高之外，更重要的是需要在進(jìn)行風(fēng)管設(shè)計(jì)時(shí)，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(dòng)千鈞”的現(xiàn)象，很難調(diào)節(jié)），而應(yīng)該合理設(shè)計(jì)風(fēng)管尺寸，依靠風(fēng)管本身實(shí)現(xiàn)自平衡。目前國際上通用的風(fēng)道計(jì)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(duì)于車站空調(diào)這種需要變風(fēng)量設(shè)計(jì)的場合，靜壓復(fù)得法是最佳的計(jì)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(shí)間固定（24小時(shí)運(yùn)行），空調(diào)負(fù)荷較穩(wěn)定的特點(diǎn)。小系統(tǒng)的空調(diào)負(fù)荷只占大系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?yàn)榇笙到y(tǒng)的空調(diào)負(fù)荷具有明顯的不同時(shí)段，峰谷時(shí)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(dú)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(yùn)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(fù)荷由大系統(tǒng)制冷機(jī)承擔(dān)；列車運(yùn)行時(shí)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(shí)，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(dú)立冷源兩種方式。集中供冷可省去部分站點(diǎn)的機(jī)房建設(shè)，以廣州地鐵二號(hào)線首期工程建設(shè)為例，全線長23.265公里，共有16個(gè)地下車站，1個(gè)地面車站和3個(gè)高架車站。除三元里站設(shè)置單獨(dú)

10、制冷機(jī)之外，其它15個(gè)地下車站分別由四個(gè)集中冷凍站供冷。因?yàn)槔鋬稣镜墓├浒霃捷^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(yáng)程、功率隨之增加，而且供、回水管沿隧道區(qū)間敷設(shè)，對(duì)檢修和保養(yǎng)極為不便。根據(jù)交通站空調(diào)負(fù)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(shí)電價(jià)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(jià)電運(yùn)行主機(jī)蓄冰，白天峰段融冰供冷，并根據(jù)負(fù)荷情況選擇制冷機(jī)部分開啟或者完全不用開機(jī)，節(jié)省了空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用。另外，采用冰蓄冷進(jìn)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(duì)于地下土建工程十分具有經(jīng)濟(jì)意義。目前冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)分動(dòng)態(tài)和靜態(tài)蓄冰兩種，動(dòng)態(tài)蓄冰

11、的靈活性和經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于靜態(tài)蓄冰，可做優(yōu)先考慮。各站點(diǎn)獨(dú)立冷源和集中供冷的優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)，因?yàn)楣├湟?guī)模較小，所以采用常規(guī)冷水機(jī)組供冷即可。這種冷源形式增加了各個(gè)站點(diǎn)的機(jī)房建設(shè)，按照國內(nèi)軌道交通車站的一般規(guī)模來計(jì)算，機(jī)房面積在100150m2左右。以建成的廣州地鐵一號(hào)線為例，各地鐵站冷源獨(dú)立，如果采用集中供冷，所節(jié)省的機(jī)房面積占環(huán)控機(jī)房面積的比例就很小，考慮到集中供冷的各項(xiàng)弊端，采用獨(dú)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(dú)采用一拖多空調(diào)，與車站大系統(tǒng)冷源獨(dú)立，這樣不僅照顧到車站大、小系統(tǒng)空調(diào)時(shí)間上的差異，也解

12、決了大、小系統(tǒng)共用冷源時(shí)的冷量平衡調(diào)節(jié)問題。4、空調(diào)設(shè)備的選擇 因?yàn)檐壍澜煌照{(diào)主機(jī)容量往往是按遠(yuǎn)期負(fù)荷考慮的，具有一定的設(shè)計(jì)余量，而且一年四季氣候條件以及每天不同時(shí)段的客流量波動(dòng)較大，所以國內(nèi)地鐵目前常用螺桿機(jī)作為空調(diào)主機(jī)，主要是考慮到站內(nèi)空調(diào)的部分負(fù)荷運(yùn)行工況，必要的話還可以采用變頻水泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。螺桿機(jī)具有五大關(guān)鍵部件：壓縮機(jī)、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(jī)的性能和可靠性。例如最新設(shè)計(jì)的齒數(shù)比為5:6的非對(duì)稱雙螺桿壓縮機(jī)，比常見的齒數(shù)比4:6的壓縮機(jī)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(jī)排氣油含量降低到3ppm以下，

13、而普通螺桿壓縮機(jī)油氣分離裝置油含量則只能達(dá)到810ppm。在確保產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品價(jià)格成為了主機(jī)選擇的重要因素。以常規(guī)冷水機(jī)組供冷系統(tǒng)為例，主機(jī)價(jià)格占空調(diào)機(jī)房部分造價(jià)的80左右（不含安裝及材料費(fèi)），而國內(nèi)頂極配置的冷水機(jī)，其價(jià)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(biāo)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(diǎn)，而車站僅僅是乘客暫時(shí)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(huì)徒增工程造價(jià)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)在這些商業(yè)、景觀功能房間逗留的人群很少，而在進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)，又必須考慮到這部分負(fù)荷，增加不必要的主機(jī)設(shè)計(jì)容量。當(dāng)然，這些并不是空調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)上的過失。但是應(yīng)當(dāng)呼吁，為降低城市軌道交通設(shè)計(jì)造價(jià)，有關(guān)部門在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該沿襲簡樸、方便、實(shí)用的風(fēng)格，避免建設(shè)華而不實(shí)的“形象工程”。5、結(jié)論 本文針對(duì)軌道交通站（主要是地鐵站）的特點(diǎn)，介紹了其空調(diào)設(shè)計(jì)要點(diǎn)、冷源形式和設(shè)備選擇的基本理論知識(shí)