第33卷第2期2014年3月
文章编号：1003-0344（2014）02-090-3
建筑热能通风空调
Building Energy &Environment
Vol.33No.2Mar. 2014.90~92
排风井的设置探讨地铁车站冷却塔结合新、
蔡亚桥
中铁第四勘察设计院集团有限公司
摘排风井的设置原则，指出地铁车站的冷却塔、蒸发要：依据地铁车站空调系统的运行特点，结合地铁车站新、
该方法对于地铁车站地面式冷水机组、蒸发式冷却塔、多联机室外机等空调系统的散热设备放在地下是可行的，噪音扰民等矛盾的解决具有一定的借冷却塔等散热设备长期以来与地面占地征用协调困难、与城市景观不协调、鉴意义。
关键词：地铁冷却塔风道小新风新风
Discussion on Cooling Tower Design Combined with Air
Supply Well and Air Exhaust Well in Subway Stations
CAI Ya-qiao
China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd.
Abstract:Based on air-conditioning system operation characteristics, combined with setting principles of air supply well and air exhaust well in subway stations, it ’s viable to install cooling tower, evaporative chiller unit, evaporative cooling tower, multi-compressors air conditioning system and other heat-removal equipment of the air-conditioning system to the underground in subway stations. It could be the theoretical reference for solving contradiction such as land acquisition, landscape, noise nuisance when cooling tower of the subway stations installing on the ground. Keywords:subway stations, cooling tower, air duct, minimum fresh air, full fresh air
0引言
随着城镇化的不断推进，各城市地铁的不断建
根据地铁车站新风井、排风井的设置原则，结合其空调系统的运行特点，本文对常规冷却塔的布置方式进行探讨，期望借此可以减小常规地铁车站冷却塔设置后带来的一系列矛盾。
设，承担着地铁车站通风空调系统散热的冷却塔往往征地困难，严重的情况下需要占用地面较大的面积，
同时对地面的甚至影响到地铁车站空调系统的使用，
景观及其产生的噪音对附近的居民带来了不利的影这一矛响，尤其是在城市中心寸土寸金的繁华地带，盾尤为突出。
已经有相应当前，针对地面冷却塔出现的问题，蒸发式冷凝器等的解决方案，如采用蒸发式冷却塔、后蒸发式冷凝空调系统[1~2]，但由于其设备初投资高、常规冷却期运行维护困难，其使用受到一定的限制，塔使用仍然是主流。
1地铁车站新、 排风道设置原则
新风井、排风地铁车站两端一般各设有活塞风井、
新、排风井负责井，其中，活塞风井负责隧道内的通风，敞口风井居车站内的通风，为减小对城市景观的影响，多，根据地铁设计规范[3]及地铁设计规范征求意见稿间距不小于10m ，的要求，敞口新、排风井，如图1所示。
收稿日期：2013-3-15
（1981~）（430063）作者简介：蔡亚桥，男，硕士，工程师；武汉市武昌区和平大道745号中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院暖通所；E-mail:[email protected]
第33卷第2期排风井的设置探讨蔡亚桥：地铁车站冷却塔结合新、·91·
图1地铁车站新、 排风井示意图2地铁车站空调系统的运行特点
地铁车站通风空调系统主要包括，服务于乘客
上、下列车公共区域的空调系统，简称大系统，服务于通信设备室、站长室等设备及设备管理用房的空调系统，简称小系统空调，服务于空调机房、消防泵房等设备房间的通风系统，简称小系统通风，其中小系统通风常年运行一种工况（直流式系统），大系统、小系统空调分为三种运行工况，
如图2所示：A 、小新风运行，当室外焓值大于室内焓值时，在满足人员卫生要求的前提下，采用一次回风系统，部分回风与新风混合后，经空调器处理后再次送入室内，部分回风排至室外，以此来减小新风负荷。
B 、全新风运行，当室外焓值小于室内焓值时，系统采用回风全部排至室外，室外新风经过空调器处理后直接送入室内的直流式系统。
C 、当室外温度小于空调器的送风温度时，空调冷水系统关闭，系统采用回风全部排至室外，室外新风经过空调器处理后直接送入室内的直流式系统。
图2地铁车站空调运行工况示意图
3典型车站负荷分析
对于大系统，室外气象参数的变化、
站内客流的波动是影响空调负荷的主要因素，
以下计算选取的均为最不利工况[4]，即夏季空调室外最大计算干球温度及远期客流最大时刻。
对于小系统空调，各车站设备房间的负荷基本相同，其中部分车站因带牵引变电所，负荷会偏大，因此，计算选取的是带有牵引变电所的设备房间集中的区域，表1为无锡地铁2号线某标准车站的计算结果。
表1不同工况下各系统风量(m 3/s)
系统 小新风 全新风 通风
大系统 3.47 18.06 小系统空调 1.56 15.56 小系统通风 5.00 5.00 同全新风 小计
10.03
38.61
由表1可见，小新风和全新风工况下，风量差别3.85倍，在小新风工况，新、排风井风量较小，风井利用率较低。
根据规范要求的最大风速要求，
可以得出各工况下风井需要的最小面积，从表2、3可知，小新风工况下，新风井所需要的最小面积仅为1.67m 2，由于排风井还需负担车站轨行区的排风，约50m 3/s，经计算，所需的最小面积为10m 2；全新风工况下，新风井所需要的最小面积仅为6.43m 2，排风井所需的最小面积为14.77m 2。
表2小新风工况新、 排风井最小净面积
风井 排热风量 大、小系统风量 风道风速 面积
（m 3/s） （m 3/s） （m 3/s） （m 2）
排风井 50 10.03 6 10 新风井
-
10.03
6
1.67
表3全新风工况新、 排风井最小净面积
排热风量 大、小系统风量 风道风速 面积 风井 （m 3/s） （m 3/s） （m 3/s）
（m 2） 排风井 50 38.6 6 14.77
新风井
-
38.6
6
6.43
4冷却塔的地下布置
根据地铁规范的要求，新、排风井间距不小于
10m ，如将冷却塔放在新排风井之间的地下区域，将其通风系统与车站的新排风井共用，
就能有效地减小冷却塔放在地面带来的一系列影响，
同时10m 的间距可满足冷却塔通风的要求，在最不利工况下，各风井所需面积如表4所示。
表4新、 排风井最小净面积
风井 排热风量 大、小系统风量 冷却塔
风道风速
面积
（m 3/s） （m 3/s） （m 3/s） （m 3/s） （m 2） 排风井 50 38.6 60 6 24.77 新风井
-
38.6
60
6
16.43
当前地铁车站新、排风井的面积分别按照10m 2、16m 2设置，与表4的结果差异不大，冷却塔的新、排风井与车站的新、排风井合用，
大小是可以接受的。地铁车站主体结构一般位于城市道路下方，附属结构受风井、道路、地面建筑等因素的影响，
风井一般
·92·建筑热能通风空调2014年
距离道路较远，风井和车站主体之间的附属区域有较大的空间，而这些空间由于利用率低，往往被风道（新风道、排风道、活塞风道）占用，由图1、图3可以看出，将冷却塔放在新、排风道之间，原车站新风道的位置需向车站侧外扩，车站的外围护结构不变，可以有效地提高附属区域的利用率，且不会对土建的外围护结构、土建投资带来较大的影响。
图3地铁车站与冷却塔新、 排风井合用布置示意图
5车站新、 排风井的合理使用
由前面的分析可知，在地铁车站小新风运行工况
下，其新、排风井的风量较小，利用率较低，而此时室外气象条件较差，冷却塔需要更好的换热效果，因此可以考虑在风井中的隔墙上设置调节阀门，此时开启，使车站的新、排风井负担一部分冷却塔通风，改善其通风效果。
全新风工况下，车站的通风量较大，为减小冷却塔排风与车站排风的干扰，
此时关闭风井隔墙上的调节阀门，虽然此时冷却塔的通风会受到一定的影响，但是此时室外焓值小于室内焓值，气象条件较好，因此是可以接受的。
6结语
受设备初投资、后期运行维护的影响，
蒸发式冷凝空调系统的使用受到一定的限制，常规冷却塔使用仍然是主流，本文从地铁车站空调运行的最不利工况出发，结合其运行特点，对常规冷却塔结合地铁车站新、排风道设置于地下进行分析计算，
得出：1）结合土建设计，将常规冷却塔放在地下是可行的，土建投资规模不会受到大的影响，同时可以有效地提高地铁空间的利用率；
2）冷却塔地下式布置可以解决常规冷却塔布置在地面带来的地面征地困难、与城市景观不协调、噪音扰民等一系列的矛盾；
3）冷却塔地下式布置可以有效地利用车站的新、排风井，提高其利用率。
参考文献
[1]许巍, 王怀良, 罗硕成. 蒸发式冷凝空调系统在地铁中的应用[J].暖通空调, 2011, 41(6):43-46
[2]吴允昌. 蒸发式冷凝机组在地铁车站的应用分析[J].都市快轨交通, 2012, 25(4):119-122
[3]北京城建设计研究总院. 地铁设计规范(GB50157-2003)[S].北京:中国建筑出版社, 2003
[4]
庄炜茜. 武汉地区地铁车站通风空调系统的节能控制研究[J].暖通空调, 2010, 40(5):
39-43
上接63页）
0.435℃ 。计算时，将这一段时间假定为控制模型的延迟时间，一阶模型从第1005秒开始。故t =279s，时间常
数T 等于蒸发器进出口空气温差为0.435-0.632× (0.435-0.412)=0.42℃ 时的时间减去一阶模型开始的时间，即1110-1005=105s。
const 的大小与蒸发器的制冷量成正比例关系，当蒸发器出口制冷剂状态为两相态的饱和制冷剂时，蒸发器的制冷量与蒸发入口空气温度、蒸发器制冷剂温度的差值成正比例关系。本次实验工况为：蒸发压力0.31MPa 、蒸发温度-11.6℃ 、库温即蒸发器入口空气温度为-3.46℃ ，蒸发器入口空气温度、蒸发器制冷剂温度的差值为：-3.46-(-11.6) =8.14℃ 。因此当实验工况变为蒸发压力0.31MPa 、蒸发温度-11.6℃ 、库温即蒸发器入口空气温度为0℃ 时，const =3.9x (0+11.6) ÷ 8.14=5.6W 。综上所述，
冰温库库1蒸发器制冷量的模型为：Q (s ) =5.6×x (s ) ×e -279s /(1+105s )
（17）
4结论
本文经研究得出了蒸发器冷量随电子膨胀阀开
度变化的公式，又通过实验辨识的方法得出公式中各个参数的大小，不仅提高了控制模型的准确性和可靠性，同时又不失控制模型的可推广性。参考文献
[1]朱瑞琪, 孟建军. 蒸发器过热度的自适应控制[J].流体机械, 1997, 25(3):28-30
[2]陈文勇, 陈芝久, 朱瑞琪. 电子膨胀阀调节蒸发器过热度的控制算法[J].上海交通大学学报, 2001, 35(8):1229-1231[3]潘永平, 王钦若, 严克剑. 广义最小二乘法在制冷蒸发器建模中的应用[J].微计算机信息, 2006, 22(11):299-304
[4]宣宇清, 胡益雄. 基于分布参数的房间空调蒸发器的数学模型及其仿真研究[J].制冷与空调, 2004, 4(3):32-34
[5]
黄兴华, 王启杰, 王如竹. 基于分布参数模型的满液式蒸发器性能模拟[J].上海交通大学学报, 2004, 38(7):1164-1169
（
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文章编号：1003-0344（2014）02-090-3
建筑热能通风空调
Building Energy &Environment
Vol.33No.2Mar. 2014.90~92
排风井的设置探讨地铁车站冷却塔结合新、
蔡亚桥
中铁第四勘察设计院集团有限公司
摘排风井的设置原则，指出地铁车站的冷却塔、蒸发要：依据地铁车站空调系统的运行特点，结合地铁车站新、
该方法对于地铁车站地面式冷水机组、蒸发式冷却塔、多联机室外机等空调系统的散热设备放在地下是可行的，噪音扰民等矛盾的解决具有一定的借冷却塔等散热设备长期以来与地面占地征用协调困难、与城市景观不协调、鉴意义。
关键词：地铁冷却塔风道小新风新风
Discussion on Cooling Tower Design Combined with Air
Supply Well and Air Exhaust Well in Subway Stations
CAI Ya-qiao
China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd.
Abstract:Based on air-conditioning system operation characteristics, combined with setting principles of air supply well and air exhaust well in subway stations, it ’s viable to install cooling tower, evaporative chiller unit, evaporative cooling tower, multi-compressors air conditioning system and other heat-removal equipment of the air-conditioning system to the underground in subway stations. It could be the theoretical reference for solving contradiction such as land acquisition, landscape, noise nuisance when cooling tower of the subway stations installing on the ground. Keywords:subway stations, cooling tower, air duct, minimum fresh air, full fresh air
0引言
随着城镇化的不断推进，各城市地铁的不断建
根据地铁车站新风井、排风井的设置原则，结合其空调系统的运行特点，本文对常规冷却塔的布置方式进行探讨，期望借此可以减小常规地铁车站冷却塔设置后带来的一系列矛盾。
设，承担着地铁车站通风空调系统散热的冷却塔往往征地困难，严重的情况下需要占用地面较大的面积，
同时对地面的甚至影响到地铁车站空调系统的使用，
景观及其产生的噪音对附近的居民带来了不利的影这一矛响，尤其是在城市中心寸土寸金的繁华地带，盾尤为突出。
已经有相应当前，针对地面冷却塔出现的问题，蒸发式冷凝器等的解决方案，如采用蒸发式冷却塔、后蒸发式冷凝空调系统[1~2]，但由于其设备初投资高、常规冷却期运行维护困难，其使用受到一定的限制，塔使用仍然是主流。
1地铁车站新、 排风道设置原则
新风井、排风地铁车站两端一般各设有活塞风井、
新、排风井负责井，其中，活塞风井负责隧道内的通风，敞口风井居车站内的通风，为减小对城市景观的影响，多，根据地铁设计规范[3]及地铁设计规范征求意见稿间距不小于10m ，的要求，敞口新、排风井，如图1所示。
收稿日期：2013-3-15
（1981~）（430063）作者简介：蔡亚桥，男，硕士，工程师；武汉市武昌区和平大道745号中铁第四勘察设计院集团有限公司城地院暖通所；E-mail:[email protected]
第33卷第2期排风井的设置探讨蔡亚桥：地铁车站冷却塔结合新、·91·
图1地铁车站新、 排风井示意图2地铁车站空调系统的运行特点
地铁车站通风空调系统主要包括，服务于乘客
上、下列车公共区域的空调系统，简称大系统，服务于通信设备室、站长室等设备及设备管理用房的空调系统，简称小系统空调，服务于空调机房、消防泵房等设备房间的通风系统，简称小系统通风，其中小系统通风常年运行一种工况（直流式系统），大系统、小系统空调分为三种运行工况，
如图2所示：A 、小新风运行，当室外焓值大于室内焓值时，在满足人员卫生要求的前提下，采用一次回风系统，部分回风与新风混合后，经空调器处理后再次送入室内，部分回风排至室外，以此来减小新风负荷。
B 、全新风运行，当室外焓值小于室内焓值时，系统采用回风全部排至室外，室外新风经过空调器处理后直接送入室内的直流式系统。
C 、当室外温度小于空调器的送风温度时，空调冷水系统关闭，系统采用回风全部排至室外，室外新风经过空调器处理后直接送入室内的直流式系统。
图2地铁车站空调运行工况示意图
3典型车站负荷分析
对于大系统，室外气象参数的变化、
站内客流的波动是影响空调负荷的主要因素，
以下计算选取的均为最不利工况[4]，即夏季空调室外最大计算干球温度及远期客流最大时刻。
对于小系统空调，各车站设备房间的负荷基本相同，其中部分车站因带牵引变电所，负荷会偏大，因此，计算选取的是带有牵引变电所的设备房间集中的区域，表1为无锡地铁2号线某标准车站的计算结果。
表1不同工况下各系统风量(m 3/s)
系统 小新风 全新风 通风
大系统 3.47 18.06 小系统空调 1.56 15.56 小系统通风 5.00 5.00 同全新风 小计
10.03
38.61
由表1可见，小新风和全新风工况下，风量差别3.85倍，在小新风工况，新、排风井风量较小，风井利用率较低。
根据规范要求的最大风速要求，
可以得出各工况下风井需要的最小面积，从表2、3可知，小新风工况下，新风井所需要的最小面积仅为1.67m 2，由于排风井还需负担车站轨行区的排风，约50m 3/s，经计算，所需的最小面积为10m 2；全新风工况下，新风井所需要的最小面积仅为6.43m 2，排风井所需的最小面积为14.77m 2。
表2小新风工况新、 排风井最小净面积
风井 排热风量 大、小系统风量 风道风速 面积
（m 3/s） （m 3/s） （m 3/s） （m 2）
排风井 50 10.03 6 10 新风井
-
10.03
6
1.67
表3全新风工况新、 排风井最小净面积
排热风量 大、小系统风量 风道风速 面积 风井 （m 3/s） （m 3/s） （m 3/s）
（m 2） 排风井 50 38.6 6 14.77
新风井
-
38.6
6
6.43
4冷却塔的地下布置
根据地铁规范的要求，新、排风井间距不小于
10m ，如将冷却塔放在新排风井之间的地下区域，将其通风系统与车站的新排风井共用，
就能有效地减小冷却塔放在地面带来的一系列影响，
同时10m 的间距可满足冷却塔通风的要求，在最不利工况下，各风井所需面积如表4所示。
表4新、 排风井最小净面积
风井 排热风量 大、小系统风量 冷却塔
风道风速
面积
（m 3/s） （m 3/s） （m 3/s） （m 3/s） （m 2） 排风井 50 38.6 60 6 24.77 新风井
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38.6
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16.43
当前地铁车站新、排风井的面积分别按照10m 2、16m 2设置，与表4的结果差异不大，冷却塔的新、排风井与车站的新、排风井合用，
大小是可以接受的。地铁车站主体结构一般位于城市道路下方，附属结构受风井、道路、地面建筑等因素的影响，
风井一般
·92·建筑热能通风空调2014年
距离道路较远，风井和车站主体之间的附属区域有较大的空间，而这些空间由于利用率低，往往被风道（新风道、排风道、活塞风道）占用，由图1、图3可以看出，将冷却塔放在新、排风道之间，原车站新风道的位置需向车站侧外扩，车站的外围护结构不变，可以有效地提高附属区域的利用率，且不会对土建的外围护结构、土建投资带来较大的影响。
图3地铁车站与冷却塔新、 排风井合用布置示意图
5车站新、 排风井的合理使用
由前面的分析可知，在地铁车站小新风运行工况
下，其新、排风井的风量较小，利用率较低，而此时室外气象条件较差，冷却塔需要更好的换热效果，因此可以考虑在风井中的隔墙上设置调节阀门，此时开启，使车站的新、排风井负担一部分冷却塔通风，改善其通风效果。
全新风工况下，车站的通风量较大，为减小冷却塔排风与车站排风的干扰，
此时关闭风井隔墙上的调节阀门，虽然此时冷却塔的通风会受到一定的影响，但是此时室外焓值小于室内焓值，气象条件较好，因此是可以接受的。
6结语
受设备初投资、后期运行维护的影响，
蒸发式冷凝空调系统的使用受到一定的限制，常规冷却塔使用仍然是主流，本文从地铁车站空调运行的最不利工况出发，结合其运行特点，对常规冷却塔结合地铁车站新、排风道设置于地下进行分析计算，
得出：1）结合土建设计，将常规冷却塔放在地下是可行的，土建投资规模不会受到大的影响，同时可以有效地提高地铁空间的利用率；
2）冷却塔地下式布置可以解决常规冷却塔布置在地面带来的地面征地困难、与城市景观不协调、噪音扰民等一系列的矛盾；
3）冷却塔地下式布置可以有效地利用车站的新、排风井，提高其利用率。
参考文献
[1]许巍, 王怀良, 罗硕成. 蒸发式冷凝空调系统在地铁中的应用[J].暖通空调, 2011, 41(6):43-46
[2]吴允昌. 蒸发式冷凝机组在地铁车站的应用分析[J].都市快轨交通, 2012, 25(4):119-122
[3]北京城建设计研究总院. 地铁设计规范(GB50157-2003)[S].北京:中国建筑出版社, 2003
[4]
庄炜茜. 武汉地区地铁车站通风空调系统的节能控制研究[J].暖通空调, 2010, 40(5):
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0.435℃ 。计算时，将这一段时间假定为控制模型的延迟时间，一阶模型从第1005秒开始。故t =279s，时间常
数T 等于蒸发器进出口空气温差为0.435-0.632× (0.435-0.412)=0.42℃ 时的时间减去一阶模型开始的时间，即1110-1005=105s。
const 的大小与蒸发器的制冷量成正比例关系，当蒸发器出口制冷剂状态为两相态的饱和制冷剂时，蒸发器的制冷量与蒸发入口空气温度、蒸发器制冷剂温度的差值成正比例关系。本次实验工况为：蒸发压力0.31MPa 、蒸发温度-11.6℃ 、库温即蒸发器入口空气温度为-3.46℃ ，蒸发器入口空气温度、蒸发器制冷剂温度的差值为：-3.46-(-11.6) =8.14℃ 。因此当实验工况变为蒸发压力0.31MPa 、蒸发温度-11.6℃ 、库温即蒸发器入口空气温度为0℃ 时，const =3.9x (0+11.6) ÷ 8.14=5.6W 。综上所述，
冰温库库1蒸发器制冷量的模型为：Q (s ) =5.6×x (s ) ×e -279s /(1+105s )
（17）
4结论
本文经研究得出了蒸发器冷量随电子膨胀阀开
度变化的公式，又通过实验辨识的方法得出公式中各个参数的大小，不仅提高了控制模型的准确性和可靠性，同时又不失控制模型的可推广性。参考文献
[1]朱瑞琪, 孟建军. 蒸发器过热度的自适应控制[J].流体机械, 1997, 25(3):28-30
[2]陈文勇, 陈芝久, 朱瑞琪. 电子膨胀阀调节蒸发器过热度的控制算法[J].上海交通大学学报, 2001, 35(8):1229-1231[3]潘永平, 王钦若, 严克剑. 广义最小二乘法在制冷蒸发器建模中的应用[J].微计算机信息, 2006, 22(11):299-304
[4]宣宇清, 胡益雄. 基于分布参数的房间空调蒸发器的数学模型及其仿真研究[J].制冷与空调, 2004, 4(3):32-34
[5]
黄兴华, 王启杰, 王如竹. 基于分布参数模型的满液式蒸发器性能模拟[J].上海交通大学学报, 2004, 38(7):1164-1169
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