地铁环控系统日常的通风和发生火灾时的通风研究及应用

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摘要：地铁是我国大城市解决交通问题的有效手段之一，由于相对封闭的地铁空间内部有显著的热源、湿源和尘源，因此环控系统必不可少。本文针对地铁环控系统日常的通风和发生火灾时的通风情况进行研究，力图建立地铁环控的新概念。

关键词:地铁 环控系统 通风

中图分类号：U231文献标识码： A 文章编号：

1、前言

地铁是人流比较集中的地方，地铁发生火灾时，排热排烟差，烟量大，人员疏散和扑救困难。由于地铁与外界的联系主要在出入口，发生火灾时人员的逃生方向和烟气的扩散方向一致，所以地铁火灾中烟气的控制是地铁火灾中一个非常重要的课题。

2、地铁环境系统的火灾危险

地铁的地下部分仅有车站的出人口、通风亭及隧道口与外界相通。一般而言，地下建筑与地面建筑相比有许多不同之处，地下工程是在地下通过挖掘的方法获得的建筑空间，外部仍有厚实的岩土介质包围，它只有内部空间。地下空间与外部联系孔洞少、面积小，火灾时气热交换难，散热慢，能见度低，排烟困难，高温高热全面燃烧，安全疏散困难，扑救困难，危害大。地铁火灾不但具有以上特点，且火灾发生时，人员的逃生方向和烟气的扩散方向都是从下往上，人员的出人口可能就是喷烟口，通常烟的扩散速度比人群疏散速度快得多，致使人员无法逃脱烟气流的危害。国内外许多专家认为，烟的水平扩散速度一般为0一1. 5 m/s;超过一般年轻力壮小伙子的奔跑速度。根据国内外资料统计，地下铁道发生火灾时造成的人员伤亡，绝大多数是被烟气中的有毒气体熏倒，因中毒、窒息所致。所以，地铁火灾时需要有效地排除烟气，使烟气按一定的方向排出，以利于乘客疏散和迅速撤离现场，即控制烟气的流动是地铁火灾中一个非常重要的课题。

3、地铁环控系统概述

地铁是高效的公共交通运输工具，也是能耗较高的用户，特别是在低纬度的亚热带及热带地区，维持地铁系统环境达到规定标准要求，需要采用空调及通风的环境控制系统。而空调能耗大，设备占用机房面积大，如何建立经济适用的地铁环控系统，是制约车站规模和控制运行能耗的重要因素，同时，在目前全球能源短缺的形势下，这也是制约低纬度地区地

铁可持续发展的关键。

3.1 环控系统功能要求

地铁在设计建设中应首先满足其使用功能的要求，适用性、识别性、安全性、舒适性等均是应该考虑的问题。但地铁系统又具有多样性、复杂性的特点，因此其通风方式又分为多种类型。从线路走向来看，地铁车站的类型可以分为侧式站台和岛式站台，地铁隧道区间根据其长度来定是否设置中间竖井。地铁系统内的空气气流组织较为复杂多样，而且地铁内人流密度大，各种污染源相对多且集中，同时地铁车辆速度快、运量大。

通风、空调的任务是采用人工的方法，创造满足一定要求的空气环境，包括空气的温度、湿度、空气流动速度和空气质量。当列车阻塞在区间隧道时，能维持车厢内乘客段时间能接受的环境条件，当发生火灾事故时，能提供有效的排烟手段，给乘客和消防人员输送足够的新鲜空气，形成一定的风速，引导乘客迅速撤离现场。

3.2 地铁环控系统特点

地铁环控系统主要有两种排热形式：利用列车活塞风加机械通风的方式向室外排热;利用空调及通风方式进行热量平衡。

19世纪中及20世纪初，世界上大部分地铁都是在高纬度城市修建。高纬度地区四季分明，寒冷季节较长，在这些地区修建的地铁，轨行区问与车站连通，地铁环境控制系统相对比较简单。传统的做法是以列车活塞风和机械通风作用，通过车站出入口、隧道风井吸入室外空气，并有效排除列车运行散发的热量、人体热湿等负荷，夏季通风时，隧道内的空气温度相对于隧道壁面周围土壤温度高，通过隧道壁面传热，土壤热壑有所升高；而冬季通风时，寒冷的室外风可以使隧道周围土壤热壑下降。冬夏交替的冷热风作用，在一定的热平衡周期后，能使沿线土壤热壑长期保持基本平衡，隧道温度控制在设计标准之内。

20世纪中期低纬度城市也开始修建地铁。低纬度热带和亚热带地区夏季长，空气温度高，在这些地区修建的地铁，如单纯以通风手段排除系统内的散热量会使通风管路庞大、占用的机房面积多，更重要的是若以夏季湿热的室外风作为通风介质，难以保持温度适宜的乘车和候车环境。因此，在低纬度地区修建地铁，除了通风外，还必须针对控制区域设置空调制冷，以实现隧道周围土壤温度的控制。

4、寻找新型地铁建设之路

4.1 建立地铁环控新概念

有效控制地铁的总能耗和车站规模，必须建设地铁地区的气候特性，建立“充分利用列车活塞效应通风，对不同区域作分隔控制，提供互不干扰的运行环境”的亚热带地区地铁环控新概念，把制定节能效果好的环境控制系统方案作为重大的研究课题，以其研究成果指导新线路的建设。

经对热源分析可知，列车活塞风及车辆本身产生的热负荷占地铁系统夏季空调总负荷的50%以上，若能有效阻隔和排走这部分热量，将对减少环控系统空调负荷有重要意义。1976年，美国交通部的都市集体运输研究和发展管理局出版的《地下铁道环境设计手册》首次提出了地铁车站站台乘客区与轨行区通过气流或隔墙分隔开来。但是以气流来进行分隔，存在很多技术问题且难以实现，而采用隔墙分隔的概念，则发展成为现在世界上不少地铁系统上得到应用的屏蔽门系统，其应用不但可以实现节能、改善车站站台乘客区环境条件两个目的，同时亦可以达到提高地铁安全性的目的。应用站台屏蔽门系统分隔车站站台与轨行区隧道，并对两个区域以两种不同的标准分别控制，以车站空调通风为乘客提供舒适的候车环境，利用隧道活塞通风和机械通风为列车提供适宜的行车环境，可从根本上改变地铁环控系统的配置。在减少隧道及出入口热风影响车站的同时，也能有效防止车站空调冷风通过隧道及出入口流失，减少车站空调负荷，降低地铁运营总能耗。

4 2 应用屏蔽门系统技术的环控系统

应用站台屏蔽门系统，地铁列车在隧道内运行、加速、刹车产生的热量以及列车空调设备散发的热量可由列车活塞风通过隧道风井直接排至室外，但由此对隧道通风带来了更高的要求：夏季时，隧道通风必须保证隧道行车环境满足设计要求，年复一年地，隧道周边土壤热壑要基本得到平衡。如果隧道内的散热量不能由室外风充分排除和平衡，将积聚在区问隧道，而深埋于地下的车站周围的土壤有一定的蓄热能力和热惰性，将会使区问隧道壁面附近土壤温度上升。为避免这种情况，隧道内就必须送入冷负荷。因此，单纯利用室外空气能否控制隧道温度是实施节能环境控制新概念的关键。

4.3 优化隧道通风系统

目前，隧道通风系统的状况是设备大，数量多，车站规模普遍较大;车站每端需要四个风道，地面风亭多;一般隧道风机只在早晚时投入使用，设备利用率低。随着线网的逐步建设，在城市密集区域设置风井和地面风亭的难度将进一步加大。因此，在确保满足系统功能的前提下，还需重点研究优化系统配置，主要包括活塞风井数量、风机配置、安装方式和系统合并等，以进一步减少系统用房面积、降低工程造价和实现节能运行。

5、结语

环控系统是地铁工程中的一个重要组成部分，它对地铁环境产生巨大的影响，其重要性引起了国内外许多设计者的关注。目前地铁环控系统尽管不太完善，但也取得了一定的效果正逐步走向成熟。随着人们对地铁环控系统认识的不断提高，存在的问题将会不断地减少，地铁车站通风空调及排烟系统将会更加实用，更加可靠。

6、参考文献

[1] 北京城建设计研究总院GB 50157-2003地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社，2003

[2] 郭光玲，地铁通风系统与火灾研究[D]北京工业大学硕士学位论文2004.

[3] 毛保华，等城市轨道交通[M].北京：科学出版社，2001.

[4] 张庆贺，等。地铁与轻轨[M].北京：人民交通出版社，2002