地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)

簡介：本文結(jié)合廣州地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計對如何充■分發(fā)揮設(shè)備的設(shè)置功能從六個方面進展了討論，提出了較為簡明的隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計新方案，可供新建地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計時使用或參考?關(guān)鍵字：設(shè)備功能，隧道通風(fēng)，系統(tǒng)設(shè)計，備用風(fēng)機，兼用設(shè)計前言廣州地鐵1、2號線已經(jīng)開通運營，3號線即將開通運營，4、5號線正在進展設(shè)計。就設(shè)計進度與設(shè)計水平而言，廣州處于國內(nèi)最前列的位置，對廣州地鐵進展研究具有更大現(xiàn)實意義。廣州地鐵1號線環(huán)控制式采用開/閉式系統(tǒng)，對其設(shè)計問題已在個人所寫的?廣州地鐵1號線環(huán)控設(shè)計總結(jié)？〔收入？回憶及思考?一書第九章一環(huán)境控制系統(tǒng)〕中進展了討論，文中的一些見解與意見，對其它采用開/閉系統(tǒng)的城市地鐵設(shè)計有一定的參考價值。廣州地鐵2、3、4、5號線環(huán)控制式采用了屏蔽門系統(tǒng)，對于屏蔽門系統(tǒng)，個人僅參加了一些車站工點的設(shè)計或設(shè)計咨詢工作，對全線系統(tǒng)設(shè)計的資料不夠全面了解，本文就個人所了解的情況與問題發(fā)表一些見解或看法，難免存在不夠準(zhǔn)確之處，僅供同行們對這些問題進展深入研究或討論時參考。一、地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方案簡介廣州地鐵隧道通風(fēng)設(shè)備均設(shè)于車站的兩端，2、3號線車站兩端的隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示，本文將其稱為A型設(shè)計方案。4、5號線局部車站采用A型設(shè)計方案，局部車站那么采用圖2所示系統(tǒng)，本文將其稱為B型設(shè)計方案。深圳地鐵1號線等國內(nèi)多條地鐵線路均采用A型方案，已被各方面普遍承受，B型方案是最近幾年出現(xiàn)的，雖然一些地鐵線已參照采用，但尚還存在一些爭議。個人認為，從A型到B型是一個巨大的前進，應(yīng)當(dāng)肯定，從充分發(fā)揮設(shè)備的設(shè)置功能講對A型與B型都有進一步研究改良的空間。A型方案主要設(shè)計特征是每個車站有4個隧道通風(fēng)亭、4個活塞通風(fēng)道、4臺TVF風(fēng)機及2臺TEF風(fēng)機。每臺TVF風(fēng)機的設(shè)備選型技術(shù)參數(shù)是：風(fēng)量QX=60m3/s、風(fēng)壓HX=1000Pa、電機功率NX=90KW、風(fēng)機直徑甲=、可正反轉(zhuǎn)且正反轉(zhuǎn)風(fēng)量相等；每臺TEF風(fēng)機的選型參數(shù)是：QX=40m3/s、HX=600Pa、NX=45KW、?=、只正轉(zhuǎn)排風(fēng)；B型方案主要設(shè)計特征是每個車站有2個隧道通風(fēng)亭、2個活塞通風(fēng)道、2臺TVF風(fēng)機及2臺TV/EF風(fēng)機及2臺變頻器。TV/EF風(fēng)機即為TVF風(fēng)機兼作TEF風(fēng)機使用，平時通過變頻器按照TEF風(fēng)量運轉(zhuǎn)，事故時那么按TVF風(fēng)量運轉(zhuǎn)，因此TV/EF選型參數(shù)同TVF。顯然A型方案比B型工程設(shè)備數(shù)量多，設(shè)計規(guī)模大，工程投資高。

二、設(shè)備功能充分發(fā)揮問題的討論地鐵工程投資巨大，運營費用高昂，這是許多城市修建地鐵的最大障礙，環(huán)控設(shè)備在地鐵設(shè)計中占用建筑面積最大，環(huán)控設(shè)備在地鐵運營中耗電最多，因此對“占地大戶〃與“用電大戶〃的環(huán)控專業(yè)進展優(yōu)化研究，對降低地鐵工程造價具有較大意義。為減少工程投資，降低運營本錢，廣州地鐵建立者已經(jīng)作出了艱巨的努力，將A型方案修改為B型方案，這一改良其工程的經(jīng)濟意義巨大，使每個車站：〔1〕少設(shè)2臺TEF風(fēng)機；〔2〕減少了2條活塞通風(fēng)道〔土建規(guī)模約4m〔寬〕X4m〔高〕X30m〔長〕X2〔條〕〕，〔3〕少建2個地面風(fēng)亭。遺憾的是這一設(shè)計進步?jīng)]有得到充分肯定而加以全線推廣采用，本人所參及的5號線工點設(shè)計咨詢范圍不少車站仍然采用了A型方案。個人認為對于A、B型就充分發(fā)揮設(shè)備的設(shè)置功能而言均還有進一步研究改良的空間。設(shè)備功能如何充分發(fā)揮個人認為目前可以從以下六方面進展研究，即為：設(shè)備設(shè)置的必要性、設(shè)備功能的使用性、設(shè)備設(shè)計的兼用性、設(shè)備運轉(zhuǎn)的能效性、設(shè)備容量的小型化及設(shè)備控制的簡明化。從這六個方面進展討論可能有助于我們對設(shè)計中的問題進展深入研究。1、設(shè)備設(shè)置的必要，性討論地下空間十分珍貴，可設(shè)可不設(shè)的設(shè)備應(yīng)盡可能不設(shè)，A型方案車站兩端所設(shè)4臺TVF風(fēng)機屬于這一問題探討范圍。設(shè)置屏蔽門后，區(qū)間隧道機械通風(fēng)條件較開/閉式系統(tǒng)有了很大改善，計算結(jié)果及各第3頁

條線的隧道通風(fēng)工藝設(shè)計均說明，當(dāng)列車阻塞或列車發(fā)生火災(zāi)而停在單線區(qū)間隧道內(nèi)對其進展通風(fēng)或排煙時，前后兩個車站的TVF風(fēng)機一般只需要運轉(zhuǎn)2臺，而不象開/閉式系統(tǒng)需要運轉(zhuǎn)4臺，多出的2臺只能起備用作用。因此本問題的核心是區(qū)間隧道通風(fēng)排煙在屏蔽門系統(tǒng)時是否必須設(shè)置備用風(fēng)機的問題。個人觀點是可以不設(shè)，理由是：〔1〕車站站廳或站臺火災(zāi)時的排煙風(fēng)機沒有考慮備用，為何區(qū)間隧道排煙通風(fēng)時需要考慮備用呢？兩者的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；〔2〕采用開/閉式系統(tǒng)的廣州1號線、南京1、2號線、上海2號線等均對TVF風(fēng)機沒有考慮備用，為何采用屏蔽門系統(tǒng)后要有備用風(fēng)機，兩者的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；〔3〕？地鐵設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)？〔GB50157-2003〕〔以下簡稱為“地鐵標(biāo)準(zhǔn)〃〕沒有明確對區(qū)間隧道事故通風(fēng)必須設(shè)置備用風(fēng)機；〔4〕國外地鐵對事故風(fēng)機設(shè)置備用的也極為少見〔本人掌握資料不多，希望見多識廣者提供這方面的資料支持〕〔5〕發(fā)生火災(zāi)概率較高的公路隧道在其?公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)？〔以下簡稱為“公路標(biāo)準(zhǔn)〃〕中不僅沒有規(guī)定火災(zāi)排煙風(fēng)機需要有備用，而且對火災(zāi)排煙設(shè)備的設(shè)計規(guī)模及其經(jīng)濟性有所規(guī)定與說明，下面引用其中兩例文字可能有助于我們的討論。例1：對于大于1Km的長大隧道發(fā)生車輛阻塞時，可能會出現(xiàn)全隧道車輛阻塞情況，但公路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“阻滯段的計算長度不宜大于1Km〃，并說明“通風(fēng)設(shè)計應(yīng)考慮交通監(jiān)控系統(tǒng)的功能，不必考慮1Km以上的交通阻滯，否那么過量通風(fēng)設(shè)施必定長期〔甚至永遠〕閑置，顯然是浪費，PIARC〔1995〕報告中亦指出了這點〃；第4頁

例2:對于火災(zāi)設(shè)計規(guī)模及排煙設(shè)計要求，公路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“火災(zāi)排煙風(fēng)速可按2m/s?3m/s取值〃，并說明該值“是按一般隧道火災(zāi)產(chǎn)生20MW的熱量控制的排煙風(fēng)速取值；對汽油車相撞產(chǎn)生500MW以上的熱量排煙風(fēng)速要求5m/s以上，如以此設(shè)計很不經(jīng)濟〃?？赡軙腥苏f，A型設(shè)計方案可以對兩條平行隧道同時進展機械通風(fēng)。個人認為對于火災(zāi)隧道進展機械排煙是十分必要的，但沒有必要同時對平行的另一側(cè)未發(fā)生火災(zāi)的隧道進展機械通風(fēng)，地鐵標(biāo)準(zhǔn)也沒有這樣的要求。當(dāng)然對于地鐵區(qū)間隧道列車火災(zāi)排煙問題是需要我們認真對待的，但采用設(shè)置備用風(fēng)機來加大其平安度的做法是值得我們深入研究的，此項措施工程代價太大，設(shè)計中的經(jīng)濟問題不能不加以考慮。2、設(shè)備功能的使用性與設(shè)備設(shè)計的兼用性討論設(shè)備功能的使用性是指設(shè)置的設(shè)備應(yīng)當(dāng)經(jīng)常運轉(zhuǎn)使用，不能長期閑置不用；設(shè)備設(shè)計的兼用性是指一個設(shè)備應(yīng)盡可能一機多用，充分發(fā)揮設(shè)備的使用功能。前者是針對地鐵火災(zāi)專用通風(fēng)設(shè)備長期閑置而提出來的，后者那么是研究將這些長期閑置設(shè)備兼作其它設(shè)備平時加以利用，以節(jié)省其它設(shè)備的設(shè)置，這就是本文所說的設(shè)備兼用性設(shè)計問題，設(shè)備的使用性與兼用性密切相關(guān)，故聯(lián)系在一起進展討論。廣州地鐵2、3、4、5號線在車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中對站廳與站臺層火災(zāi)事故設(shè)計了專用的排煙風(fēng)機，即SEF風(fēng)機；對于區(qū)間隧道內(nèi)

的列車阻塞或列車火災(zāi)事故設(shè)計了TVF風(fēng)機。SEF風(fēng)機與TVF風(fēng)機在正常運營時是不運轉(zhuǎn)的，發(fā)生事故時才進展運轉(zhuǎn)，這些風(fēng)機是“長期〔甚至永遠〕閑置〃著的，為保證這些設(shè)備在事故時能正常運轉(zhuǎn),還需要經(jīng)常對其進展保養(yǎng)性運轉(zhuǎn)，這些顯然都是一種浪費，需要對其進展研究改良。改良途徑之一，就是使其設(shè)計具有兼用性。2、3號線各個車站是按照圖1所示的A型方案進展設(shè)計的，即對區(qū)間隧道設(shè)置了有TVF風(fēng)機的通風(fēng)系統(tǒng)，對站內(nèi)隧道設(shè)置了有TEF風(fēng)機的排熱系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)分別設(shè)置，相互相對獨立。4、5號線局部車站對此進展了改良，出現(xiàn)了圖2所示的B型方案。B型方案不同于A型方案的地方是區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)及站內(nèi)隧道排熱系統(tǒng)兩個系統(tǒng)相互結(jié)合了在一起，并可以互為備用。這是兼用性設(shè)計的一個很好實例，即車站每端用1臺TVF風(fēng)機兼做TEF風(fēng)機使用，平時正常運營時作為TEF風(fēng)機使用，發(fā)生事故時作為事故風(fēng)機使用，兩種風(fēng)機的風(fēng)量匹配是通過變頻器實現(xiàn)的〔本文為了區(qū)別與表述方便起見，將TVF風(fēng)機兼作TEF風(fēng)機時稱為TV/EF風(fēng)機〕。對這一設(shè)計進步，作者給予高度評價，并認為全線各車站均可以采用，尤其是風(fēng)亭設(shè)置較為困難的車站更應(yīng)采用，在5號線工點設(shè)計咨詢工作中已明白的說明了個人這一設(shè)計觀點。至于SEF風(fēng)機個人認為可以兼做大系統(tǒng)的回/排風(fēng)機，兩者風(fēng)量的差異匹配可以通過變頻器或雙速電機來實現(xiàn)，此設(shè)計比擬簡單，設(shè)計事例也較多，本文不多作文字說明。3、設(shè)備容量小型化的討論

通風(fēng)設(shè)備容量〔主要指風(fēng)量與風(fēng)壓〕小的風(fēng)機總是比容量大的風(fēng)機運轉(zhuǎn)功率低、投資省、設(shè)備布置難度小，在一定的條件下還可以獲得土建工程規(guī)模減小的效果。地鐵設(shè)備系統(tǒng)繁多，空間十分珍貴，通風(fēng)設(shè)計工作中應(yīng)當(dāng)盡可能將其設(shè)備小型化，以獲得地下空間的最正確利用。車站大系統(tǒng)中的SEF風(fēng)機與B型方案中的TV/EF風(fēng)機屬于這一討論內(nèi)容。廣州2?5號線中對車站大系統(tǒng)設(shè)置了專用的排煙風(fēng)機SEF,它及回/排風(fēng)機RAF并列設(shè)置，前者比后著容量大，個人認為可將SEF小型化按照RAF設(shè)計，平時2臺RAF互為備用單臺運行，火災(zāi)時2臺RAF并聯(lián)運行加大風(fēng)量以滿足排煙需要，廣州1號線就是按照這一原那么進展設(shè)計的。B型方案中的TVF與TV/EF風(fēng)機其裝機容量一樣，是環(huán)控專業(yè)最大容量的設(shè)備，設(shè)備購置費較高。TV/EF在正常運行時通過變頻器按TEF技術(shù)參數(shù)運行，似為“大材小用〃，如果按照2臺TEF設(shè)計，正常運行時2臺TEF互為備用單臺運行滿足站內(nèi)隧道排熱通風(fēng)需要，火災(zāi)時2臺TEF并聯(lián)運行滿足隧道通風(fēng)或排煙要求，當(dāng)然它應(yīng)具備正反轉(zhuǎn)功能，為了區(qū)別本文將其稱為TE/VF風(fēng)機。可見TV/EF是一個大容量風(fēng)機兼作小容量風(fēng)機使用的設(shè)計問題，而TE/VF是一個小容量風(fēng)機兼作大容量風(fēng)機使用的設(shè)計問題，后者的優(yōu)勢是設(shè)備小型化與不設(shè)置變頻器。變頻器可以多工況使用，而TVF配置的變頻器僅為單工況使用，似沒有充分使用其設(shè)備功能。對于1號線2臺回/排風(fēng)機并聯(lián)兼作排煙風(fēng)機使用的設(shè)計，

業(yè)內(nèi)一些人士有不同看法，為此下面借用本文前面所列出的技術(shù)參數(shù)進展具體計算分析說明，以說明個人的技術(shù)觀點。圖2所示的B型設(shè)計方案在正常運營時由TV/EF風(fēng)機通過變頻器按照TEF的計算風(fēng)量QY=/s與計算風(fēng)壓HY=546Pa進展運轉(zhuǎn)〔計算技術(shù)參數(shù)是按照TEF風(fēng)機選型技術(shù)參數(shù)風(fēng)量與風(fēng)壓均考慮選型1.1的平安系數(shù)計算，即QY=QX/1.1=/s，HY=HX/1.1=546Pa，以下各種風(fēng)機的計算技術(shù)參數(shù)〔風(fēng)量與風(fēng)壓〕均按選型技術(shù)參數(shù)除以1.1考慮，同時將計算風(fēng)量與風(fēng)壓視為風(fēng)機運行的風(fēng)量與風(fēng)壓〕，發(fā)生事故時TV/EF風(fēng)機那么按照TVF的計算風(fēng)量QY=60/1.1=/s，H2〔A〕VH2〔A1〕=910Pa，當(dāng)然單臺TE/VF風(fēng)機的運行時不能針對隧道通風(fēng)系統(tǒng)管路，而應(yīng)是針對站內(nèi)隧道排熱系統(tǒng)管路，后者的系統(tǒng)阻力關(guān)系式應(yīng)當(dāng)不同于前者，假設(shè)用H1=R1*Q2表示排熱系統(tǒng)阻力關(guān)系，那么工作點為B點，其風(fēng)量Q〔B〕可能〉Q〔A〕或=Q〔A〕或VQ〔A〕，三種情況均應(yīng)是Q〔B〕＞Q〔A1〕。按照前面所述的風(fēng)機選型技術(shù)參數(shù)可以反算出R2=O.3O5VR1=O.412，因此圖示是Q〔B〕VQ〔A〕。顯然，TE/VF風(fēng)機設(shè)備選型技術(shù)參數(shù)應(yīng)按照2臺并聯(lián)運行的工況點進展設(shè)計。即為QX=30m3/s、HX=1000Pa,NX=55KW、呼、正反轉(zhuǎn)風(fēng)量相等；這種TE/VF風(fēng)機的裝機容量比單獨設(shè)置的TEF風(fēng)機大，但比TVF風(fēng)機小，當(dāng)然TE/VF風(fēng)機，單臺運行時要滿足站內(nèi)隧道排熱系統(tǒng)風(fēng)量QY=/s要求，2臺風(fēng)機并聯(lián)運行時又要滿足區(qū)間隧道通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量QY=/s要求，設(shè)計上存在一些難度，但只要風(fēng)機特性曲線選擇恰當(dāng)，系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計合

理，兩者都得到滿足在設(shè)計上還是可以作到的，因為管網(wǎng)系統(tǒng)阻力系數(shù)R1、R2僅及系統(tǒng)斷面尺寸、長度、摩擦阻力與局部阻力等因素有關(guān)。4、設(shè)備運轉(zhuǎn)的能效性討論通風(fēng)機的能效性在設(shè)計中需要對三個方面進展關(guān)注或把關(guān)，首先是通風(fēng)管網(wǎng)的阻力計算必須比擬準(zhǔn)確，其次是對各個廠家產(chǎn)品或不同系列風(fēng)機進展比照分析準(zhǔn)確選擇效率較高者，第三是將風(fēng)機的運行工況點設(shè)計在風(fēng)機特性曲線高效率曲線范圍內(nèi)，只有把握住這些才能實現(xiàn)高能效的節(jié)能運行，在此前提下，B型方案那么存在TV/EF效率低于TEF的問題，因為同樣風(fēng)量風(fēng)壓條件下，具有正反轉(zhuǎn)功能的風(fēng)機效率總是低于單向運轉(zhuǎn)的風(fēng)機，因此B型方案的運行費用高于A型方案，這是B型方案美中缺乏之處。但是B型比A型方案所節(jié)省土建工程投資與設(shè)備購置費用遠遠大于其運營電費的增加值,作者估算節(jié)省的初期投資可以靜態(tài)的讓增加的運營電費使用100年以上。因此，B型方案盡管存在缺乏之處，作者仍然認為應(yīng)當(dāng)給予肯定，當(dāng)然對其缺乏的地方需要加以研究改良。對于上述2臺RAF與2臺TE/VF風(fēng)機，存在平時單臺運行與火災(zāi)雙臺并列運行2個運行工況點的設(shè)計問題，要使2個工況點均處于高效率曲線范圍內(nèi)一般來說較為困難，只能將單臺運行工況點設(shè)于風(fēng)機特性曲線高效率范圍內(nèi)，火災(zāi)時2臺并聯(lián)運行的能效較差多耗電力那么是不可防止的，是其缺乏之

處，但多耗電費次數(shù)有限，因此個人認為它仍然是有價值的可以選擇的設(shè)計方案。5、設(shè)備控制的簡明化討論個人認為環(huán)控專業(yè)的各個系統(tǒng)〔包括隧道通風(fēng)系統(tǒng)、大系統(tǒng)、小系統(tǒng)與水系統(tǒng)〕設(shè)計均應(yīng)盡可能的作到簡潔明了控制簡單才好，尤其是火災(zāi)事故時的控制模式。所謂簡潔明了就是在滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的前提條件下，使系統(tǒng)功能盡可能的簡單，使運轉(zhuǎn)的風(fēng)機與電動控制的風(fēng)閥都盡可能的少設(shè)，作到設(shè)備少而精，控制簡單明確一目了然。A型方案盡管設(shè)備較多及土建工程巨大,但因其系統(tǒng)分工明確控制相對簡單而受到各方面普遍承受，相反B型方案因其需要功能轉(zhuǎn)換〔由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)〕與控制風(fēng)閥較多而受到各方面的質(zhì)疑，沖淡了取消2個進站端活塞通風(fēng)道及其風(fēng)亭的工程意義。三、地鐵隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計改良建議方案介紹通過以上討論本文提出圖4所示的隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計建議方案〔簡稱建議方案1〕，其根本特點是：〔1〕及B型方案一樣取消了2個進站端活塞通風(fēng)道及其風(fēng)亭〔為何贊同取消，作者將在第二篇地鐵風(fēng)亭數(shù)量問題討論文章中進展分析與說明〕。

〔2〕及A型方案一樣TVF及TEF兩個系統(tǒng)分開設(shè)計，兩個系統(tǒng)相對獨立。區(qū)間隧道內(nèi)