广州地铁设计研究院股份有限公司
摘要：随着社会的不断进步与发展，许多大中型城市，地铁已经成为人们出行的主要交通工具。随着人们生活水平的提高，地铁建设的不断推进，关于地铁舒适度的要求越来越高，作为车站舒适度的重要指标之一的通风空调系统，也在不断的优化和改进。本文分析了城市地铁通风空调系统及应用现状
关键词：城市轨道交通；通风空调系统；现状及发展
引言
据统计，在地铁的运作过程，只是通过列车牵引系统。为了节约能源、减少排放和降低运营成本，城市地铁1号线通风空调系统的节能改造已提上日程。据统计，地铁线路的公共部门的通风空调系统（不含地下隧道系统的线在炎热的季节）（包括空调风机）19%的总容量的能力，在空调通风设备（包括空调风机）16%的能力，系统总容量（包括冷水机组，水泵，冷却塔）约占总容量的65%。虽然公共区域和设备区域的空调系统通风能力相对较小，需要全年运行，但仍有很大的能源更新空间。例如，一个站在这条线的标准的基础上，尽量减少改造的工作，减少对业务的影响。
一、地铁通风空调系统简介
轨道交通中车站分为地下站和高架站，地下站通风空调由隧道通风空调系统和车站通风空调系统组成。区间隧道活塞风以及机械通风系统（包含排烟系统）被共同成为TVF系统；在车站内部，用于屏蔽站台下排热以及车行道顶部的排热系统，被简称UPE/PTE系统。就轨道交通内部的基本情况来看，隧道通风系统主要有正常运行、阻塞运行和事故运行三种模式。列车正常运行时，列车高速运行产生活塞效应，把新风从车站一端的风井引入下一站的风井排风，列车发出的热量由站台排热通风系统排出，为乘客和工作人员提供了一个适宜的环境；如果区间隧道内部出现列车通行障碍的问题，那么，通风系统便会向当前区域内部提供相应的通风量，以此保障内部空调的正常运作，保证车厢内部的乘客能够避免受到负面环境条件的影响；事故运行模式则主要指代火灾运行模式，如果出现火灾事故，内部空调系统将会迅速启动其排烟手段，用于切实有效地解决内部有毒气体充斥的问题，同时，构成相应的迎面风速，以此为乘客安全地离开事故现场奠定良好的基础。
通风空调系统作为城市轨道交通中的重要设备系统之一，担负着对城市轨道交通内部空间的空气温度、湿度、空气流速、空气压力和空气品质进行控制的任务。列车正常运行时，为乘客和工作人员提供一个适宜的人工环境，满足其生理和心理要求；当列车阻塞在区间隧道时，向阻塞区间提供一定的通风量，保证列车空调等设备正常工作，维持车厢内乘客在短时间内能接受的环境条件；当发生火灾事故时，提供迅速有效的排烟手段，为乘客和消防人员提供足够的新鲜空气，并形成一定的迎面风速，引导乘客安全迅速地撤离火灾现场；为各种设备提供必要的空气温度、湿度以及洁净度等条件，保证其正常运转。从系统功能上可以看出，以满足乘客出行为目的的城市轨道交通需要通风空调系统为乘客和工作人员营造一个安全良好的内部空气环境，这是保证其开通运转必不可少的基础条件。
二、地铁通风空调系统的分类及应用现状
目前国内通常将地铁通风空调系统分为3种：开式运行系统、闭式运行系统和屏蔽门系统。
2.1开式运行系统
开式运行模式下，地铁隧道内空气能与大气相互连通，通过隧道区间内设置的多座通风竖井，利用列车在隧道内运行时产生的“活塞效应”引入外界空气，在某些时候还需辅以机械通风，以此来达到隧道内空气与外界进行气流交换的目的。车站区域则通过站台底部排风系统和车站隧道区间轨顶风道进行排风，利用外界空气冷却车站。由于只能依靠外界空气来冷却隧道和车站，因此开式系统只适用于室外空气焓值明显低于室内空气焓值的时候，同时对地铁运量有一定要求。
严寒和寒冷地区因气候比较寒冷，全年温度比较低，基本靠自然通风、机械通风就可以满足要求，一般为开式通风系统。开式通风系统是利用列车运行时的活塞效应或机械通风使地铁与外界进行换气，外部空气对地铁车站和隧道进行冷却。开式通风系统一般用于最热月平均温度低于25℃且运量较少的地铁系统。
2.2闭式运行系统
闭式系统相较开式系统，建造费用较高，但舒适性好。闭式系统特点是通过控制隧道风井阀门，阻隔隧道区间环境与外界空气的连通，仅提供满足列车中乘客需求的新鲜空气量。车站区间采用空调系统，利用回风机将站内空气送回混风箱，这种方式能最大限度降低进入空调系统的室外新风，可以有效降低了车站空调负荷。闭式系统并非一直以处于闭式状态，列车进出站口两端隧道中设置的活塞风井，可以让地铁环控系统在开式运行和闭式运行之间自由切换：当室外空气焓值大于空调回风空气焓值时，环控系统闭式运行，仅通过风机向站内人员提供所需最小新风量；当室外空气焓值低于空调回风空气焓值，而室外空气温度又大于空调送风温度时，环控系统开式运行，启用全新风机，利用室外空气降低车站和隧道区间的温度。
部分城市采用传统闭式系统，采用闭式系统的轨道交通主要用于北方城市和早期建造的地铁，其特点比较显著，可根据室外气候的变化来选择險道通风系统是采用开式还是闭式运行。车站的温度场和速度场由于受活塞风的影响，无法维持在稳定状态，且车站空气品质也难以控制。闭式系统在正常运行时产生的活塞效应，会把车站的空气挤入区间隧道内，此时隧道内的热空气将会进入站内，这样会导致车站空调系统冷量损失增加，这就导致闭式空调系统较屏蔽门系统的投资费用和运行费用高，但其区间内的温度会较相同条件下运行的屏蔽门系统低。
2.3屏蔽门系统
屏蔽门系统是如今运用最广的地铁通风空调系统，安全性高，舒适度最好。屏蔽门系统在候车站台与隧道接合处设置玻璃幕墙，将车站与隧道隔离，分隔出3个独立区间。列车未到站时电动门关闭，隧道空气无法进入站台，仅有少量空气从屏蔽门缝隙中渗透，当列车到达时电动门开启供乘客上下车，这时隧道空气，列车车内空气和站台空气会进行一个短暂的热质交换。地铁车站区间采用空调系统，隧道区间采用活塞风和机械通风，通过通风井将隧道内热湿空气排向外界。屏蔽门系统基本避免了列车活塞风对站台环境造成影响，将列车刹车产热、车载空调系统散热和污染物隔绝在隧道中，因此屏蔽门系统能大大减少车站空调系统的负荷，大概为闭式系统的二分之一至三分之一，降低了车站空调系统能耗。同时屏蔽门系统能减少环控机房50%的建筑面积，空调系统耗电降低30%，有明显的节能效果。然而车站空调系统能耗的降低，意味着区间隧道内的热量积累将会大幅增加，需要采用机械通风方式来维持隧道内温湿度的稳定。当计算地铁通风系统总能耗时，应将车站和隧道两者综合考虑。屏蔽门系统的使用不受地域和气候条件限制，同时安全美观，节约能源，现在我国广州、上海、深圳、天津、北京、武汉等部分城市均安装了地铁屏蔽门。
三、特殊的冷水泵变频空调控制系统分析
3.1当前典型的水冷泵变频控制系统的工作原理，是采用两台制冷机配备三台同型号的水泵，其具体的优势可以在工作中有一个十分明显的体现。假设当水冷达到199 m3 / h时，为车站空调控制系统的最大负荷，水冷达到124 m3 / h时为最小负荷。在此基础上，我们假设额定负载为100 m3 / h的恒速泵在额定流量的50%以下开始工作。为了证明其明显的节能作用，两个变频器可以用来控制两个水泵的电机。如果车站的符合最大时，两台水泵都在额定流量运行，当负荷减小时候，则两台变频水泵的运行流量均在60%以上运行。虽然在整体上看，能耗有所节省，但两台变频水泵的流量均在60%以上运行，对比一台定速水泵，其能耗上还是有所超标。由此可见，变频空调控制系统虽然在地域上没有局限性，建筑成本和最终节能而言，结果显然是不够的。
3.2节能改造措施
在中央空调热交换量方面，可以对各循环水系统的回水与出水的温差进行调节，控制热交换速度，使其减少能量损耗。目前，中央空调的节能控制改造措施，主要的就是使用这种方法。这种方法是利用PLC、变频器和温度模块组成温差闭环的自动控制系统，跟随回水与出水温差的变化，自动调节水泵的输出流量，实现节能的目的。
四、国内的城市轨道交通空调通风系统的未来发展方向
现在许多的通风空调的新技术开始被应用在轨道交通领域。例如车站大系统的送回风变频控制、水蓄冷空调技术、地源空调控制技术等，都将会在未来被更加广泛的应用在轨道交通领域，下面笔者就几个比较典型的新兴技术做简单的介绍。
集中供冷技术，未来的城市发展，会更注重与城市的环保建设，和环境的舒适度。而集中供冷技术可以有效的减少对当地区域环境的影响，节约土地资源。但任何技术都存在有点和缺点，集中供冷技术的缺点在于，造成冷冻水管道由于长时间的输送增加了必要的能耗。
蓄冷技术，在未来的城市轨道交通建设当中，笔者相信，蓄冷技术也将会有大范围的应用。蓄冷不是为了节能，其主要在于减少电力增容，能起到削峰填谷的作用。通过当前轨道车站的运输时段分析可知，在23；00~5：00处于电价低谷段，每个车占空调的总冷负荷不大，因此在这一时的进行蓄冷是非常可行且具有意义的。从而利用低谷段的蓄冷填充进高峰段，减少空调负载
自动控制模式，自动控制模式主要应用在多台水冷机组的空调控制系统当中，它可以群控水冷机组的运行，并对相关的冷冻水进行变流量控制。或是应用在大系统送回风变流量系统的控制中，更好的把控流量变动。从而使得空调系统的控制准确而方便。
结束语
通过对当前国内城市轨道交通通风空调系统的现状进行阐述并分析，从而指出相关的不足之处和有待改良的地方，并对未来新兴技术应用在空调系统进行展望，又对具体的技术做了一个简单而细致的分析，以为未来城市轨道交通空调系统的发展提供相关技术上的建议。
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