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摘要:研究目的:通過對(duì)同一地鐵車站2種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)形式的比較和分析,了解開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)的主要差別和各自的特點(diǎn)。針對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)專業(yè)而言,在工程造價(jià)及土建影響方面,明確屏蔽門系統(tǒng)較之開閉式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

研究方法:采用對(duì)比的方法對(duì)開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)在系統(tǒng)構(gòu)成、計(jì)算結(jié)果、空調(diào)通風(fēng)機(jī)房及設(shè)備布置方面進(jìn)行比較,并且就這兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行費(fèi)用、土建造價(jià)和環(huán)控設(shè)備初投資等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和分析。

研究結(jié)果:由比較結(jié)果得出,在設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用上,屏蔽門系統(tǒng)要低于開閉式系統(tǒng);在初投資上,包括環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備初投資和影響土建造價(jià)的投資,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)節(jié)省投資100多萬元。

研究結(jié)論:僅對(duì)于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)而言,在天津地區(qū),無論在初投資還是在運(yùn)行費(fèi)用上,屏蔽門系統(tǒng)都比開閉式系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢(shì)。進(jìn)一步證實(shí),天津地鐵2號(hào)線初步設(shè)計(jì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)由開閉式系統(tǒng)到屏蔽門系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變,是可行的。

關(guān)鍵詞:地鐵車站;開閉式系統(tǒng);屏蔽門系統(tǒng);空調(diào)通風(fēng)

天津地鐵二期工程2號(hào)線初步設(shè)計(jì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)采用開閉式空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng),并于2004年3月份完成,到2005年4月份為止,天津地鐵二期工程系統(tǒng)方案經(jīng)過多輪研究、論證,通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較,并結(jié)合國(guó)內(nèi)外工程實(shí)例,經(jīng)地鐵總公司領(lǐng)導(dǎo)決策,作了較大變化,其中變化之一,即空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)由開閉式系統(tǒng)改為屏蔽門系統(tǒng),并于2005年7月份完成初步設(shè)計(jì)。本人作為天津地鐵二期工程2號(hào)線初步設(shè)計(jì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)工點(diǎn)設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)者,負(fù)責(zé)A地下車站的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)工點(diǎn)設(shè)計(jì),這為本人對(duì)這兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行比較和分析提供了難得的機(jī)會(huì)和有利條件。

本文是以天津市地下鐵道二期工程初步設(shè)計(jì)技術(shù)要求和天津市地下鐵道二期工程2、3號(hào)線初步設(shè)計(jì)文件為理論研究依據(jù),明確開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)的主要差別和它們的各自優(yōu)勢(shì),對(duì)于空調(diào)通風(fēng)專業(yè)來說,重點(diǎn)解決屏蔽門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)在設(shè)備初投資、土建影響、運(yùn)行費(fèi)用上,屏蔽門系統(tǒng)存在多大優(yōu)勢(shì)的問題。現(xiàn)以天津地鐵2號(hào)線A車站為例,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性的探討和分析。

A地下車站為地下二層,島式站臺(tái),車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度18.5m,站臺(tái)寬度10m。

1空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí),應(yīng)向乘客提供一個(gè)過渡性舒適環(huán)境,最大限度的吸引客流。

當(dāng)列車發(fā)生事故阻塞在區(qū)間隧道時(shí),空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)向阻塞區(qū)間提供有效通風(fēng),保證列車空調(diào)的正常工作。

車站或區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)事故時(shí),空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)具備有效防災(zāi)排煙、通風(fēng)功能,保證乘客安全疏散,并為消防人員滅火創(chuàng)造條件。

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)滿足地鐵車站內(nèi)各種設(shè)備及管理用房的溫度和濕度要求,為地鐵工作人員創(chuàng)造一個(gè)良好的工作環(huán)境,并保證設(shè)備正常運(yùn)行。排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)兼具排煙功能,如無法兼用,應(yīng)考慮單獨(dú)的排煙系統(tǒng)。同一條線路按同一時(shí)間內(nèi)發(fā)生1次火災(zāi)考慮[1]。

系統(tǒng)按遠(yuǎn)期2034年夏季晚高峰運(yùn)營(yíng)條件進(jìn)行車站公共區(qū)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算;按遠(yuǎn)期2034年夏季早高峰運(yùn)營(yíng)條件進(jìn)行車站公共區(qū)人員新風(fēng)量校核計(jì)算。

在確保空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)功能的前提下,設(shè)備選型應(yīng)按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則,充分考慮設(shè)備國(guó)產(chǎn)化,并綜合比較,擇優(yōu)選用[4]。

2兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的比較

2.1兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的原理

2.1.1屏蔽門系統(tǒng)

屏蔽門系統(tǒng)就是通過在地鐵車站的站臺(tái)候車區(qū)與行車軌道之間設(shè)置屏蔽門裝置,將地鐵車站與區(qū)間隧道從空間上分隔開來,將車站和區(qū)間分隔成兩個(gè)不同的空氣環(huán)境區(qū)域。

車站站臺(tái)設(shè)置屏蔽門系統(tǒng)不僅提高服務(wù)水平、改善地鐵乘車環(huán)境、保證乘客安全及滿足列車正常運(yùn)營(yíng)的需要。同時(shí),可以減少列車活塞風(fēng)對(duì)車站站臺(tái)環(huán)境的影響,列車運(yùn)行產(chǎn)生的熱量大部分通過設(shè)置在車站端部的活塞風(fēng)道及車站行車道頂部和站臺(tái)下排熱風(fēng)道直接排放到地面,因而可以阻止大部分的列車散熱量進(jìn)入車站,從而減少車站通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷及用電負(fù)荷,降低車站空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)及供電系統(tǒng)的設(shè)備初投資,節(jié)省通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)也能起到一定的消音、降噪作用,并且屏蔽門可以充分體現(xiàn)地下車站的現(xiàn)代化特色、提升城市整體形象[3]。

2.1.2開閉式系統(tǒng)(站臺(tái)設(shè)置安全門)

車站站臺(tái)設(shè)置安全門主要起到一種隔離的作用,提高了站臺(tái)候車乘客的安全性。安全門在結(jié)構(gòu)組成及控制原理上與屏蔽門類似,但高度上及其他功能上不同于屏蔽門,并不能完全將車站和區(qū)間分隔開,站臺(tái)的候車區(qū)與軌道區(qū)仍然是一個(gè)公共的空間。因此,空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)形式仍為開閉式系統(tǒng)。

2.2兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)成

屏蔽門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成方面是有差別的,具體內(nèi)容詳見表1。

從表1可以看出,在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成方面,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)多一個(gè)系統(tǒng),即車站屏蔽門外車軌區(qū)域排熱和排煙系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱排熱系統(tǒng))。這是兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成的主要區(qū)別。

3車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果的比較

兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在計(jì)算結(jié)果上有很大差異,其中屏蔽門系統(tǒng)在站臺(tái)層通風(fēng)量和空調(diào)冷量上明顯要少于開閉式系統(tǒng),具體內(nèi)容詳見表2。

從表2可以看出,在這兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果中,在站臺(tái)送風(fēng)量、回/排風(fēng)量、空調(diào)冷量方面,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)明顯地減少。站臺(tái)送風(fēng)量減少了約50000m3/h,回/排風(fēng)量減少了將近90000m3/h;空調(diào)冷量減少了將近500kW,這足以顯示出屏蔽門系統(tǒng)節(jié)能效果的優(yōu)越性。

4空調(diào)通風(fēng)機(jī)房及設(shè)備布置的比較

4.1開閉式系統(tǒng)機(jī)房及設(shè)備的布置

站廳層兩端分別設(shè)置一座空調(diào)通風(fēng)機(jī)房,各負(fù)擔(dān)一半車站公共區(qū)負(fù)荷。每端機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有風(fēng)量為5×104m3/h的組合式空調(diào)機(jī)組、回/排風(fēng)機(jī)各2臺(tái),風(fēng)量為10309m3/h的空調(diào)新風(fēng)機(jī)各1臺(tái)。

在車站兩端分別設(shè)置車站排風(fēng)道一個(gè)(兼作區(qū)間機(jī)械風(fēng)道)、車站新風(fēng)道一個(gè),每端機(jī)械風(fēng)道內(nèi)設(shè)置2臺(tái)TVF風(fēng)機(jī),對(duì)應(yīng)每條線路分別設(shè)置一個(gè)面積20m2的風(fēng)孔,用于區(qū)間隧道的事故通風(fēng)、排煙。在車站兩端的站臺(tái)層端部對(duì)應(yīng)每條線路分別設(shè)噴嘴一個(gè),用于區(qū)間事故送風(fēng);站臺(tái)層每端的迂回風(fēng)道處設(shè)電動(dòng)防火卷簾一扇,凈面積不小于30m2。在站臺(tái)軌頂上、站臺(tái)板下設(shè)置結(jié)構(gòu)風(fēng)道,用于站臺(tái)公共區(qū)正常工況下的回/排風(fēng),站臺(tái)軌頂風(fēng)道兼作火災(zāi)工況下的排煙風(fēng)道。空調(diào)通風(fēng)機(jī)房布置圖詳見圖1[5]。

4.2屏蔽門系統(tǒng)機(jī)房及設(shè)備的布置

站廳層兩端分別設(shè)置一座空調(diào)通風(fēng)機(jī)房。每端機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有風(fēng)量為35000m3/h的組合式空調(diào)機(jī)組2臺(tái)、風(fēng)量為35000/25000m3/h的回/排風(fēng)機(jī)2臺(tái)、風(fēng)量為6000m3/h的空調(diào)新風(fēng)機(jī)1臺(tái),各負(fù)擔(dān)一半車站公共區(qū)負(fù)荷。

站廳層兩端分別設(shè)置一座排熱風(fēng)機(jī)房,每端機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有風(fēng)量為178200m3/h的排熱風(fēng)機(jī)1臺(tái),用于站臺(tái)下及軌頂上排熱風(fēng)。

站廳層兩端分別設(shè)置一座活塞/機(jī)械風(fēng)機(jī)房,每端機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有風(fēng)量為237600m3/h的隧道通風(fēng)機(jī)2臺(tái),用于區(qū)間隧道通風(fēng)及排煙。

車站兩端分別設(shè)置活塞/機(jī)械風(fēng)道一個(gè),排風(fēng)道一個(gè),新風(fēng)道一個(gè)。在車站兩端風(fēng)井出地面處分別設(shè)置活塞/機(jī)械風(fēng)亭一座,排風(fēng)亭一座,新風(fēng)亭一座。通風(fēng)機(jī)房布置圖詳見圖2[2]。

5兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在土建規(guī)模上的比較

屏蔽門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)在風(fēng)井、機(jī)房、機(jī)房面積及車站長(zhǎng)度方面存在一定的差異,為了更好地了解兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)土建規(guī)模的影響,詳見表3。

從表3的比較結(jié)果中可以看出,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)要多兩座排熱風(fēng)井及相應(yīng)的排熱機(jī)房,占用機(jī)房面積比開閉式系統(tǒng)多約284m2。但車站的整體規(guī)模即車站長(zhǎng)度卻縮短11m。綜合考慮,采用屏蔽門系統(tǒng)對(duì)土建的整體影響相對(duì)于開閉式系統(tǒng)要小一些。

6經(jīng)濟(jì)分析

6.1兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行費(fèi)用上的比較

屏蔽門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的比較,主要在空調(diào)季、非空調(diào)季及排熱風(fēng)機(jī)三方面進(jìn)行考慮的,其中,設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用按1年計(jì)算,根據(jù)空調(diào)通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間不同,對(duì)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、排熱風(fēng)機(jī)、TVF風(fēng)機(jī)三類設(shè)備分別計(jì)算。其中據(jù)調(diào)查,電費(fèi)0.56元/度。

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間,根據(jù)天津的氣候條件,空調(diào)季運(yùn)行時(shí)間按3個(gè)月90d計(jì)算,4班3運(yùn)轉(zhuǎn),每天運(yùn)行時(shí)間為18h。非空調(diào)季運(yùn)行時(shí)間按6個(gè)月180d計(jì)算,4班3運(yùn)轉(zhuǎn),每天運(yùn)行時(shí)間為18h。

排熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間根據(jù)列車的運(yùn)行時(shí)間一年按360d計(jì)算,每天運(yùn)行時(shí)間為8h。

TVF風(fēng)機(jī)的運(yùn)行,因TVF風(fēng)機(jī)在兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的運(yùn)行模式相同,均為事故工況下運(yùn)轉(zhuǎn),因此該項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用不在比較之內(nèi)。

6.1.1空調(diào)季運(yùn)行費(fèi)用的比較

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)空調(diào)季的運(yùn)行模式:當(dāng)室外空氣焓值高于回風(fēng)焓值時(shí),系統(tǒng)采用最小新風(fēng)空調(diào)工況;當(dāng)室外空氣焓值小于等于車站回風(fēng)焓值時(shí),系統(tǒng)轉(zhuǎn)為全新風(fēng)運(yùn)行狀態(tài),車站空調(diào)進(jìn)入全新風(fēng)運(yùn)行狀態(tài)。空調(diào)水系統(tǒng)運(yùn)行。

兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)空調(diào)季運(yùn)行所需電量見表4。

由表4可知,開閉式系統(tǒng)空調(diào)季電量合計(jì)為

645kW,其運(yùn)行費(fèi)用為:

645(kW)×18(h)×90(d)×0.56(元/kW)=585144(元)

屏蔽門系統(tǒng)空調(diào)季電量合計(jì)為347kW,其運(yùn)行費(fèi)用為:

347(kW)×18(h)×90(d)×0.56(元/kW)=314798(元)

6.1.2非空調(diào)季運(yùn)行費(fèi)用的比較

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)非空調(diào)季的運(yùn)行模式有2種,即過渡季通風(fēng)運(yùn)行模式和冬季通風(fēng)運(yùn)行模式。

(1)過渡季通風(fēng)運(yùn)行模式:當(dāng)進(jìn)入過渡季節(jié),此時(shí)地鐵轉(zhuǎn)為通風(fēng)運(yùn)行工況,空調(diào)水系統(tǒng)關(guān)閉。可僅開啟車站送風(fēng)機(jī)(即組合式空氣處理機(jī)組),采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)、自然排風(fēng)。

(2)冬季通風(fēng)運(yùn)行模式:當(dāng)進(jìn)入嚴(yán)寒冬季之后,室外氣溫降至約3℃以下時(shí)。地鐵轉(zhuǎn)入自然通風(fēng)運(yùn)作狀態(tài)。

兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)非空調(diào)季運(yùn)行所需電量見表5。

由表5可知,開閉式系統(tǒng)非空調(diào)季電量合計(jì)為120kW,其運(yùn)行費(fèi)用為:

120(kW)×18(h)×180(d)×0.56(元/kW)=217728(元)

屏蔽門系統(tǒng)非空調(diào)季電量合計(jì)為74kW,其運(yùn)行費(fèi)用為:

74(kW)×18(h)×180(d)×0.56(元/kW)=134266(元)

6.1.3排熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行費(fèi)用的比較

排熱風(fēng)機(jī)的運(yùn)行是屏蔽門系統(tǒng)與開閉式系統(tǒng)的主要差別,是屏蔽門系統(tǒng)所獨(dú)有。所以,排熱風(fēng)機(jī)功率55kW,共2臺(tái),總功率為110kW,其運(yùn)行費(fèi)用為:110(kW)×8(h)×360(d)×0.56(元/kW)=177408(元)

兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在空調(diào)季、非空調(diào)季及排熱風(fēng)機(jī)三方面的運(yùn)行費(fèi)用的比較,詳見表6。

由表6可知,屏蔽門系統(tǒng)一年運(yùn)行費(fèi)用為626472元;開閉式系統(tǒng)一年運(yùn)行費(fèi)用為802872元,顯然,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)一年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用為:802872(元)-626472(元)=17.64(萬元)

6.2兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在土建和設(shè)備初投資上的比較

開閉式系統(tǒng)和屏蔽門系統(tǒng)在設(shè)備初投資及對(duì)土建造價(jià)的影響上給予比較,詳見表7。

由表7可知,屏蔽門系統(tǒng)總初投資為11179萬元,開閉式系統(tǒng)總初投資為11300萬元,由此可以看出,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)節(jié)省初投資為:11300-11179=121(萬元)

7結(jié)論

從上述比較的結(jié)果可以看出:在一年的運(yùn)行費(fèi)用上,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)節(jié)省費(fèi)用17.64萬元,而且屏蔽門系統(tǒng)空調(diào)用電量減少近300kW,不難看出,屏蔽門系統(tǒng)具有一定的節(jié)能效果。

在初投資上,盡管屏蔽門系統(tǒng)增加了排熱通風(fēng)系統(tǒng),與開閉式系統(tǒng)相比,使設(shè)備初投資增加429萬元,但屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)節(jié)省土建投資550萬元。因此,在總初投資上,屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系統(tǒng)節(jié)省費(fèi)用121萬元。

總之,僅對(duì)于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)而言,在天津地區(qū),無論在初投資上還是在運(yùn)行費(fèi)用上,屏蔽門系統(tǒng)較開閉式系統(tǒng)具有一定優(yōu)勢(shì)。它不僅滿足人們對(duì)地鐵乘車環(huán)境的舒適性和安全性的要求,同時(shí)也提升了天津市的國(guó)際形象和城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。

在地鐵工程設(shè)計(jì)中,空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)是采用屏蔽門系統(tǒng)還是開閉式系統(tǒng),還需根據(jù)工程的實(shí)際情況,如投資規(guī)模、保證乘客安全、管理水平以及屏蔽門設(shè)備投資比較等多方面因素,綜合進(jìn)行考慮。

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