摘要:研究目的:通过对同一地铁车站2种空调通风系统形式的比较和分析,了解开闭式系统和屏蔽门系统的主要差别和各自的特点。针对空调通风系统专业而言,在工程造价及土建影响方面,明确屏蔽门系统较之开闭式系统的优势。
研究方法:采用对比的方法对开闭式系统和屏蔽门系统在系统构成、计算结果、空调通风机房及设备布置方面进行比较,并且就这两种空调通风系统在运行费用、土建造价和环控设备初投资等方面进行技术经济比较和分析。
研究结果:由比较结果得出,在设备运行费用上,屏蔽门系统要低于开闭式系统;在初投资上,包括环控系统设备初投资和影响土建造价的投资,屏蔽门系统比开闭式系统节省投资100多万元。
研究结论:仅对于空调通风系统而言,在天津地区,无论在初投资还是在运行费用上,屏蔽门系统都比开闭式系统具有一定的优势。进一步证实,天津地铁2号线初步设计空调通风系统由开闭式系统到屏蔽门系统的转变,是可行的。
关键词:地铁车站;开闭式系统;屏蔽门系统;空调通风
天津地铁二期工程2号线初步设计空调通风系统采用开闭式空调通风系统,并于2004年3月份完成,到2005年4月份为止,天津地铁二期工程系统方案经过多轮研究、论证,通过经济技术比较,并结合国内外工程实例,经地铁总公司领导决策,作了较大变化,其中变化之一,即空调通风系统由开闭式系统改为屏蔽门系统,并于2005年7月份完成初步设计。本人作为天津地铁二期工程2号线初步设计空调通风系统工点设计的主要设计者,负责a地下车站的空调通风系统工点设计,这为本人对这两种空调通风系统进行比较和分析提供了难得的机会和有利条件。
本文是以天津市地下铁道二期工程初步设计技术要求和天津市地下铁道二期工程2、3号线初步设计文件为理论研究依据,明确开闭式系统和屏蔽门系统的主要差别和它们的各自优势,对于空调通风专业来说,重点解决屏蔽门系统与开闭式系统在设备初投资、土建影响、运行费用上,屏蔽门系统存在多大优势的问题。现以天津地铁2号线a车站为例,进行经济技术可行性的探讨和分析。
a地下车站为地下二层,岛式站台,车站标准段宽度18.5m,站台宽度10m。
1 空调通风系统设计原则
空调通风系统在正常运行时,应向乘客提供一个过渡性舒适环境,最大限度的吸引客流。
当列车发生事故阻塞在区间隧道时,空调通风系统应向阻塞区间提供有效通风,保证列车空调的正常工作。
车站或区间隧道内发生火灾事故时,空调通风系统应具备有效防灾排烟、通风功能,保证乘客安全疏散,并为消防人员灭火创造条件。
空调通风系统应满足地铁车站内各种设备及管理用房的温度和湿度要求,为地铁工作人员创造一个良好的工作环境,并保证设备正常运行。排风系统应兼具排烟功能,如无法兼用,应考虑单独的排烟系统。同一条线路按同一时间内发生1次火灾考虑[1]。
系统按远期2034年夏季晚高峰运营条件进行车站公共区空调负荷计算;按远期2034年夏季早高峰运营条件进行车站公共区人员新风量校核计算。
在确保空调通风系统功能的前提下,设备选型应按照安全可靠、技术先进、经济合理的原则,充分考虑设备国产化,并综合比较,择优选用[4]。
2 两种空调通风系统的比较
2.1 两种空调通风系统的原理
2.1.1 屏蔽门系统
屏蔽门系统就是通过在地铁车站的站台候车区与行车轨道之间设置屏蔽门装置,将地铁车站与区间隧道从空间上分隔开来,将车站和区间分隔成两个不同的空气环境区域。
车站站台设置屏蔽门系统不仅提高服务水平、改善地铁乘车环境、保证乘客安全及满足列车正常运营的需要。同时,可以减少列车活塞风对车站站台环境的影响,列车运行产生的热量大部分通过设置在车站端部的活塞风道及车站行车道顶部和站台下排热风道直接排放到地面,因而可以阻止大部分的列车散热量进入车站,从而减少车站通风与空调系统的冷负荷及用电负荷,降低车站空调通风系统及供电系统的设备初投资,节省通风空调系统的运行费用。同时也能起到一定的消音、降噪作用,并且屏蔽门可以充分体现地下车站的现代化特色、提升城市整体形象[3]。
2.1.2 开闭式系统(站台设置安全门)
车站站台设置安全门主要起到一种隔离的作用,提高了站台候车乘客的安全性。安全门在结构组成及控制原理上与屏蔽门类似,但高度上及其他功能上不同于屏蔽门,并不能完全将车站和区间分隔开,站台的候车区与轨道区仍然是一个公共的空间。因此,空调通风系统形式仍为开闭式系统。
2.2 两种空调通风系统的构成
屏蔽门系统与开闭式系统在空调通风系统构成方面是有差别的,具体内容详见表1。
从表1可以看出,在空调通风系统构成方面,屏蔽门系统比开闭式系统多一个系统,即车站屏蔽门外车轨区域排热和排烟系统(简称排热系统)。这是两种空调通风系统构成的主要区别。
3 车站公共区空调通风系统计算结果的比较
两种空调通风系统在计算结果上有很大差异,其中屏蔽门系统在站台层通风量和空调冷量上明显要少于开闭式系统,具体内容详见表2。
从表2可以看出,在这两种空调通风系统的计算结果中,在站台送风量、回/排风量、空调冷量方面,屏蔽门系统比开闭式系统明显地减少。站台送风量减少了约50000m3/h,回/排风量减少了将近90000m3/h;空调冷量减少了将近500kw,这足以显示出屏蔽门系统节能效果的优越性。
4 空调通风机房及设备布置的比较
4.1 开闭式系统机房及设备的布置
站厅层两端分别设置一座空调通风机房,各负担一半车站公共区负荷。每端机房内设有风量为5×104m3/h的组合式空调机组、回/排风机各2台,风量为10309m3/h的空调新风机各1台。
在车站两端分别设置车站排风道一个(兼作区间机械风道)、车站新风道一个,每端机械风道内设置2台tvf风机,对应每条线路分别设置一个面积20m2的风孔,用于区间隧道的事故通风、排烟。在车站两端的站台层端部对应每条线路分别设喷嘴一个,用于区间事故送风;站台层每端的迂回风道处设电动防火卷帘一扇,净面积不小于30m2。在站台轨顶上、站台板下设置结构风道,用于站台公共区正常工况下的回/排风,站台轨顶风道兼作火灾工况下的排烟风道。空调通风机房布置图详见图1[5]。
4.2 屏蔽门系统机房及设备的布置
站厅层两端分别设置一座空调通风机房。每端机房内设有风量为35000m3/h的组合式空调机组2台、风量为35000/25000m3/h的回/排风机2台、风量为6000m3/h的空调新风机1台,各负担一半车站公共区负荷。
站厅层两端分别设置一座排热风机房,每端机房内设有风量为178200m3/h的排热风机1台,用于站台下及轨顶上排热风。
站厅层两端分别设置一座活塞/机械风机房,每端机房内设有风量为237600m3/h的隧道通风机2台,用于区间隧道通风及排烟。
车站两端分别设置活塞/机械风道一个,排风道一个,新风道一个。在车站两端风井出地面处分别设置活塞/机械风亭一座,排风亭一座,新风亭一座。通风机房布置图详见图2[2]。
5 两种空调通风系统在土建规模上的比较
屏蔽门系统与开闭式系统在风井、机房、机房面积及车站长度方面存在一定的差异,为了更好地了解两种空调通风系统对土建规模的影响,详见表3。
从表3的比较结果中可以看出,屏蔽门系统比开闭式系统要多两座排热风井及相应的排热机房,占用机房面积比开闭式系统多约284m2。但车站的整体规模即车站长度却缩短11m。综合考虑,采用屏蔽门系统对土建的整体影响相对于开闭式系统要小一些。
6 经济分析
6.1 两种空调通风系统在运行费用上的比较
屏蔽门系统与开闭式系统运行费用的比较,主要在空调季、非空调季及排热风机三方面进行考虑的,其中,设备的运行费用按1年计算,根据空调通风设备的运行时间不同,对空调系统设备、排热风机、tvf风机三类设备分别计算。其中据调查,电费0.56元/度。
空调通风系统设备运行时间,根据天津的气候条件,空调季运行时间按3个月90d计算,4班3运转,每天运行时间为18h。非空调季运行时间按6个月180d计算,4班3运转,每天运行时间为18h。
排热风机运行时间根据列车的运行时间一年按360d计算,每天运行时间为8h。
tvf风机的运行,因tvf风机在两种空调通风系统中的运行模式相同,均为事故工况下运转,因此该项设备运行费用不在比较之内。
6.1.1 空调季运行费用的比较
空调通风系统空调季的运行模式:当室外空气焓值高于回风焓值时,系统采用最小新风空调工况;当室外空气焓值小于等于车站回风焓值时,系统转为全新风运行状态,车站空调进入全新风运行状态。空调水系统运行。
两种空调通风系统空调季运行所需电量见表4。
由表4可知,开闭式系统空调季电量合计为
645kw,其运行费用为:
645(kw)×18(h)×90(d)×0.56(元/kw)=585144(元)
屏蔽门系统空调季电量合计为347kw,其运行费用为:
347(kw)×18(h)×90(d)×0.56(元/kw)=314798(元)
6.1.2 非空调季运行费用的比较
通风空调系统非空调季的运行模式有2种,即过渡季通风运行模式和冬季通风运行模式。
(1)过渡季通风运行模式:当进入过渡季节,此时地铁转为通风运行工况,空调水系统关闭。可仅开启车站送风机(即组合式空气处理机组),采用机械进风、自然排风。
(2)冬季通风运行模式:当进入严寒冬季之后,室外气温降至约3℃以下时。地铁转入自然通风运作状态。
两种空调通风系统非空调季运行所需电量见表5。
由表5可知,开闭式系统非空调季电量合计为120kw,其运行费用为:
120(kw)×18(h)×180(d)×0.56(元/kw)=217728(元)
屏蔽门系统非空调季电量合计为74kw,其运行费用为:
74(kw)×18(h)×180(d)×0.56(元/kw)=134266(元)
6.1.3 排热风机运行费用的比较
排热风机的运行是屏蔽门系统与开闭式系统的主要差别,是屏蔽门系统所独有。所以,排热风机功率55kw,共2台,总功率为110kw,其运行费用为:110(kw)×8(h)×360(d)×0.56(元/kw)=177408(元)
两种空调通风系统在空调季、非空调季及排热风机三方面的运行费用的比较,详见表6。
由表6可知,屏蔽门系统一年运行费用为626472元;开闭式系统一年运行费用为802872元,显然,屏蔽门系统比开闭式系统一年节省运行费用为:802872(元)-626472(元)=17.64(万元)
6.2 两种空调通风系统在土建和设备初投资上的比较
开闭式系统和屏蔽门系统在设备初投资及对土建造价的影响上给予比较,详见表7。
由表7可知,屏蔽门系统总初投资为11179万元,开闭式系统总初投资为11300万元,由此可以看出,屏蔽门系统比开闭式系统节省初投资为:11300-11179=121(万元)
7 结论
从上述比较的结果可以看出:在一年的运行费用上,屏蔽门系统比开闭式系统节省费用17.64万元,而且屏蔽门系统空调用电量减少近300kw,不难看出,屏蔽门系统具有一定的节能效果。
在初投资上,尽管屏蔽门系统增加了排热通风系统,与开闭式系统相比,使设备初投资增加429万元,但屏蔽门系统比开闭式系统节省土建投资550万元。因此,在总初投资上,屏蔽门系统比开闭式系统节省费用121万元。
总之,仅对于空调通风系统而言,在天津地区,无论在初投资上还是在运行费用上,屏蔽门系统较开闭式系统具有一定优势。它不仅满足人们对地铁乘车环境的舒适性和安全性的要求,同时也提升了天津市的国际形象和城市经济发展水平。
在地铁工程设计中,空调通风系统是采用屏蔽门系统还是开闭式系统,还需根据工程的实际情况,如投资规模、保证乘客安全、管理水平以及屏蔽门设备投资比较等多方面因素,综合进行考虑。
参考文献:
[1]gb50157-2003,地铁设计规范[s].
[2]侯桂敏.天津市地下铁道二期工程设计·通风、空调与采暖[r].天津:铁道第三勘察设计院,2005.
[3]施仲衡.地下铁道设计与施工[m].陕西:科学技术出版社,1997.
[4]天津市地下铁道总公司.天津市地下铁道二期工程初步设计技术要求[r].天津:铁道第三勘察设计院,2003.
[5]侯桂敏.天津市地下铁道二期工程2、3号线初步设计·通风、空调与采暖[r].天津:铁道第三勘察设计院,2004.
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