节能型屏蔽门系统在西安地铁的应用分析

通 风

节能型屏蔽门系统在西安地铁的应用分析

郭永桢

(中铁第一勘察设计院集团有限公司, 西安 710043)

摘 要:根据国内地铁通风空调系统通常采用的两种系统形式的特点分析比较, 结合西安地区气候特点, 整合了闭式系统和屏蔽门系统的优点, 提出了新型节能型屏蔽门系统地铁环控系统形式。对该新型节能型屏蔽门系统从系统原理构成、运行控制模式、运行能耗分析等方面进行分析研究, 并结合该系统相关模拟计算结果, 得出了节能型屏蔽门系统在西安等夏热冬冷地区的工程应用是可行性的、节能的。关键词:地铁; 屏蔽门系统; 节能; 能耗分析中图分类号:U 231+ 6 文献标识码:A 文章编号:1004-2954(2010) S2-0048-03

多优点, 国内大部分地铁工程均采用屏蔽门系统。闭式系统虽然初投资较大, 但能利用活塞风对车站公共区进行通风换气, 运行节能, 北京、南京地铁采用了闭式系统。通风空调系统是地铁工程中的耗能大户, 在地下部分通风空调系统的用电量与列车牵引用电接近, 因此在保证地铁系统高效、安全运行的条件下, 通过技术创新实现有效的节能降耗具有重大意义。

笔者对西安地区进行过屏蔽门系统和站台设置安全门的闭式系统的综合经济技术比较, 结果显示屏蔽门系统初投资较低, 但运营费较高, 设安全门的闭式系统初投资较高, 但运营费用较低。主要是由于屏蔽门隔绝了区间隧道和车站, 减少了车站站台的冷空气与隧道的热空气之间的对流换热, 使得车站空调季节的冷负荷大大小于闭式系统, 设备装机容量约为闭式系统的35%, 所以从初投资来看, 站台设置屏蔽门的通风空调系统要优于站台设置安全门的闭式系统。但是的相对热指标为0 229, 相对站厅又下降了0 03, 当乘客从站台进入列车时, 列车内的相对热指标为0 091, 乘客从室外到上车这一过程相对热指标值是逐渐减少

的, 也就是乘客总是从一个稍差的环境进入另一个稍舒适的环境中得到了暂时的舒适感。因此, 从舒适性考虑, 选取设计温度站厅为29∀、站台为28∀, 车厢内设计温度为27∀是比较合理的。4 结语

在我国北方的一些海滨城市, 由于其气候特征多为夏无酷暑, 昼夜温差小, 多雾潮湿, 相对湿度大。在这些城市的地铁工程中, 由于夏季空调室外计算干球温度较低, 车站公共区通风空调室内的设计参数如果按照#地铁设计规范∃(GB50157%2003) 中相应规定来确定, 会导致室内设计温度很低, 不节能, 而且有可能造成乘客进入列车时会感觉不舒服。因此采用美国交通运输部的相对热指标R W I 的方法来分析, 可以确定一个合理的室内设计参数, 为乘客提供一个过渡性舒适的环境。参考文献:

[1] GB50157%2003, 地铁设计规范[S ].

[2] 金招芬, 朱颖心. 建筑环境学[M ].北京:中国建筑工业出版

社, 2001.

地铁隧道通风是一项复杂的系统工程, 根据站台是否设屏蔽门分为闭式系统和屏蔽门系统, 屏蔽门系统具有安全、经济、车站空气品质较好、噪声较低等诸

收稿日期:2010-09-02

作者简介:郭永桢(1975%), 男, 高级工程师, 1998年毕业于西南交通大学供热通风及空调工程专业, 工学学士, E m ai:l es w aper @126. co m 。

为乘客提供过渡性舒适环境的要求。

假想有一位乘客在夏季穿着一身较轻的夏装, 以4 8km /h的速度从室外步行至地铁车站入口处, 他穿过站厅到达售票处, 购票后来到站台候车, 此时他的运动状态转变为 站立并偶尔走动几步! ; 列车进站以后, 乘客进入车厢, 并坐了下来。在室外气象参数已知的情况下, 运用RWI 的计算公式, 可以计算出整个过程中各种状态下乘客的相对热指标, 如表1所示。

表1 乘客相对舒适热指标计算

参

运动状态环境温度/∀相对湿度/%水蒸汽分压力/Pa

人体的能量代谢率(M ) /(W/m 2) 衣服热阻I c w , c lo 空气边界层热阻I a , c lo

除与室温相同的墙壁外, 平均外界辐射热(R ) /(W/m 2) 相对舒适热指标(RW I )

数

室外

站厅

站台

列车车厢站立2755800 380 530

步行4 8步行4 8偶尔km /hk m /h走动27 7863191 21680 240 353 150 307

[1**********]0 240 3500 259

28551380 320 390

2075 61957 2

0 2290 091

从表1中数据可以看出, 在室外环境下乘客的相

对热指标为0 307, 当乘客进入站厅后, 相对热指标为0 259, 下降了0 048, 当乘客从站厅进入站台时, 站台计 ST AN D ES I G N (增刊2)

郭永桢%节能型屏蔽门系统在西安地铁的应用分析

通 风

从分析的过程可以发现闭式系统在非空调季节的时候, 可以有效的利用列车运行产生的活塞风, 通过车站出入口对区间隧道和车站公共区进行有效的通风换气, 车站公共区的机械通风系统可停止运行, 节约能耗; 而屏蔽门系统由于车站公共区和区间隧道隔绝, 过渡季节时无法利用活塞风对车站公共区进行通风换气, 车站的机械通风系统仍然需要运行, 因此如何能在屏蔽门系统的通风空调模式下, 过渡季节也能利用活塞风对公共区通风换气, 减少车站通风系统运行的时间, 实现通风空调系统的节能运行, 是环控系统设计的关键点。通过设计技术创新, 整合优化, 提出兼具两种系统优点的节能型屏蔽门系统实现该功能。1 节能型屏蔽门通风空调系统形式1 1 节能型屏蔽门系统形式

节能型屏蔽门系统是整合优化了屏蔽门系统和闭式系统的优点, 在屏蔽门上部设置可以电动控制的百叶风口。当空调季节时, 关闭上部电动百叶风口, 车站采用空调系统, 区间采用活塞风通过活塞风亭与外界通风换气; 非空调季节, 打开上部电动百叶风口, 利用列车活塞风通过该百叶风口进入车站公共区, 通过出入口进行通风换气, 减少车站通风空调设备运行时间, 节省运行能耗; 此外在站台发生火灾事故时, 打开屏蔽门上部电动百叶风口, 利用轨道排热风机、隧道事故风机辅助站台排烟, 还可以避免常规采用的打开屏蔽门

活动门时, 乘客在慌乱中有可能被挤落站台的危险; 区

间隧道火灾时, 关闭电动风口, 区间隧道事故通风模式仍按照屏蔽门系统模式执行。

该系统打破了传统意义上屏蔽门系统和闭式系统的严格界限, 充分整合了闭式系统和屏蔽门系统的主要优点, 即屏蔽门系统车站设备配置容量小、占用机房面积少以及空调季设备运行能耗低的特点和闭式系统通风季利用活塞风进行公共区通风换气、缩短空调设备运行时间降低运行能耗的特点。而且应用夏热冬冷地区地铁车站和区间隧道通风系统的各种运行模式综合能耗最低, 同时又解决了站台火灾时原排烟模式中要开启两侧滑动门排烟而造成的不安全因素。1 2 节能型屏蔽门系统原理

节能型屏蔽门系统是指在屏蔽门上设电动风口的一种新型的通风空调系统, 该系统结合了闭式系统和屏蔽门系统的主要优点而形成的, 其系统组成与屏蔽门系统基本相似。节能型屏蔽门系统空调季将车站公共区与和区间隧道分割成两个相对独立的空间, 车站公共区的空调系统仅控制车站内部的环境, 公共区通风空调系统需单独设置, 区间隧道的利用列车活塞效应, 通过风亭使地下空间与外界通风换气以满足区间隧道环境要求, 或由区间隧道通风系统控制达到区间隧道环境要求, 而隧道通风系统主要包括车站轨道排热系统和区间隧道通风系统两大部分。节能型屏蔽门系统车站一端系统原理如图1

所示。

图1 节能型屏蔽门系统原理

1 3 节能型屏蔽门系统电动风口的位置

地铁的屏蔽门模块一般是由中间两扇独立的滑动门组成, 还有无动力装置的固定门、安装在站台两端的

应急门(面对列车驾驶室出口门) 、位于站台转延处的端门、顶盒包括所有驱动装置和其他电气设备。由于

屏蔽门部件较多及其本身结构特性, 导致安装可控风

49

ILW ARD IGN 20102

通 风

郭永桢%节能型屏蔽门系统在西安地铁的应用分析

口的位置有限, 一般考虑安装在屏蔽门下部和上部。若风口设置在屏蔽门下部, 则很容易将隧道中的灰尘吹到候车区域及将列车刹车产生的大量热量带入站台, 从而引起乘客的不舒适感。若风口设置在屏蔽门上部, 风口过低将导致活塞风直吹乘客的头部, 影响了候车环境的舒适性。结合地铁工程实际情况, 并从美观、舒适和卫生的角度考虑, 将屏蔽门风口设置在2 7~3 0m 高度处是比较合适的。风口均位于固定门及应急门之上, 风口高度为300mm, 长度方向上除站台两端各有1个可控风口尺寸为600mm, 其他均为1000mm, 端门上亦各布置1个可控风口, 尺寸为1000mm &300mm 。节能型屏蔽门效果图如图2

所示。

统控制达到区间隧道环境要求。2 1 2 通风季

开启电动风口, 此时区间隧道及车轨区域与车站公共区连通, 打开活塞风阀, 利用活塞风进行开式运行, 利用列车运行的活塞风效应对区间隧道进行通风换气, 并对车站公共区进行通风换气, 有必要时辅以间歇式进行机械通风。

2 1 3 冬季

打开电动风口, 关闭活塞风阀以及与室外相连通的活塞风井, 采用闭式运行, 地下区间隧道内温度高于室外空气温度, 利用列车运行的活塞风携带区间隧道的热风来提升车站公共区域的温度, 有效地利用了地下空间的余热, 充分体现出了系统节能的优势。2 2 火灾工况运行模式

(1) 在站台发生火灾时, 为保证楼扶梯口不形成不小于1 5m /s 的向下气流速度, 可开启电动风口, 利用轨道排热系统协助站台排烟, 避免站台火灾时打开屏蔽门利用轨道排热系统排烟引起的安全问题。(2) 区间隧道发生火灾时, 为了保证区间隧道通风排烟气流组织及流速, 关闭电动风口, 减少了站台漏风量, 避免了闭式系统常用的喷嘴和加大隧道风机容量的措施。

3 节能型屏蔽门系统能耗分析

根据节能型屏蔽门系统运行模式, 以西安地铁某典型车站为例, 对于屏蔽门系统、设安全门的闭式系统、节能型屏蔽门系统3种系统按照各自的设备配置和运行模式, 进行全年能耗计算分析比较, 如表1所示。

&104k W h

安全门闭式系统初期184 3640 220 00224 58

近期193 4240 220 00233 64

远期200 0340 220 00240 25

远期135 3040 224 49180 01

图2 节能型屏蔽门效果图

2 节能型屏蔽门系统运行模式2 1 正常工况运行模式2 1 1 空调季

关闭电动风口, 此时将车站公共区与车站轨道区

域及区间隧道分隔成两个独立的相对封闭的空间, 车站空调系统仅控制车站内部的环境, 区间隧道的利用列车活塞效应, 通过风亭使地下空间与外界通风换气, 以满足区间隧道环境要求, 或由区间隧道通风空调系

表1 3种通风空调系统形式能耗分析比较

系统类型

空调季节设备运行能耗非空调季设备运行能耗区间隧道早晚通风全年能耗

全年能耗

屏蔽门系统

初期123 9184 614 49213 01

近期130 6284 614 49219 72

远期135 3084 614 49224 40

新型节能型屏蔽门系统初期123 9140 224 49168 62

近期130 6240 224 49175 33

从表1通过对所选典型工程计算结果表明:新型节能型屏蔽门系统远期全年设备运行能耗比传统屏蔽门系统节约44 38&10k W h, 比设安全门的闭式系

4

统最大节约60 24&10k W h, 按0 74元/kW h 计算电费, 则节能型屏蔽门系统比屏蔽门系统全年可节省运行费用约33万元, 比闭式系统全年可节省约45万元, 节约运行费用是非常可观的。节能型屏蔽门比传统屏蔽门增加投资约20万元/站。所以, 节能型屏蔽门系统在通风空调设备投资增加不多的情况下, 是3种系统中年能耗最小的一种系统形式, 节能效果是4

非常明显的。4 结论

通过对节能型屏蔽门系统从系统形式、系统原理、电动风口的设置等方面进行分析研究, 确定了一种实际工程中可行的系统原理和电动风口位置。并根据节能型屏蔽门系统运行模式, 对3种系统进行能耗分析, 结果显示节能型屏蔽门系统在西安地区应用节能效果非常明显。另外, 通过我院科研项目

[3]

的研究结果,

并利用SES4 1对典型车站通风季节列车进、出车站

计 ST AN D ES I G N (增刊2)

通 风

基于改进的CFK 方程的隧道CO 浓度限值的研究

叶 蔚, 张 旭

(同济大学暖通空调及燃气研究所, 上海 201804)

摘 要:隧道通风以控制CO 、颗粒物为主。我国现行规范#公路隧道通风照明设计规范∃(J T J026 1%1999) (以下简称#规范∃) 给出了不同通风方式隧道在不同运营工况下C O 浓度设计限值。国外对隧道内CO 浓度限值的设定有着越来越低的趋势。根据纵向通风、半横向通风隧道CO 分布特性, 改进了用于计算在一定环境CO 浓度及暴露时间下人体血液中碳氧血红蛋白浓度的Coburn F orster K ane 方程(CFK 方程) , 并基于此对#规范∃中CO 浓度设计限值进行了研究。结果表明, 从生理角度出发, #规范∃的设计标准可能已高于实际需要, 若条件允许, 可适当提高隧道C O 稀释标准。此外, #规范∃在阻滞工况的设计限值以及长隧道的适应性方面并不合理。关键词:隧道; 半横向通风;

CO 浓度; CFK 方程

中图分类号:U 453 5 文献标识码:A 文章编号:1004-2954(2010) S2-0051-05

放所载的氧, 进一步降低血液的输氧能力吐、昏厥甚至死亡等症状

[3~4]

[2]

。人体血

液输氧能力降低后, 可导致人产生头痛、头晕、恶心、呕

。COH b 的形成受诸多

因素的影响, 如环境CO 浓度、人体暴露时间、活动量(导致呼吸量的不同) 、海拔高度(导致环境压力的不同) 、人体自身健康状况、人体新陈代谢程度等

我国现行#规范∃

[6]

[4~5]

。

根据M ay 氏曲线的结论:CO

H b 饱和度超过10%后, 就会引起程度不同的症状; 饱和度为10%~20%后, 将会引起轻度头痛; 饱和度达到20%~30%时, 将引起剧烈头痛。M ay 氏实验给出

的是人体在不同的环境CO 浓度下, 人体活动状态、经历时间与COH b 浓度、人体症状的关系。当前国内外有大量文献给出不同的COH b 浓度和暴露时间下对应人体的症状。

W inter 和M iller(1976)

[7]

隧道内空气污染物主要来自隧道内机动车的排放物, 主要包括C O 、HC 、NO x 、颗粒物等。目前隧道通风设计中主要控制的是CO 和颗粒物(烟雾) 。稀释烟雾的目的是保证隧道内能见度, 确保行车安全。对于隧

道内颗粒物的稀释标准业界较为一致, 通常为0 007~0 009m

-1[1]

给出了在稳定暴露状态

[8]

下, 不同环境CO 浓度与人体体内C OH b 浓度的对应范围。此外, Norkoo l 和K irkpatrick (1985) 浓度差异很大, Soka l 和K ralko w ska(1985)

发现在

CO 中毒后相同的临床症状下, 不同的个体体内C OH b

[9]

。

认为造成

CO 之所以对人体健康有害, 是因为其与血液中的血红蛋白(H e m og lob i n , H b ) 结合生成羧络(碳氧) 血红蛋白(Carboxyhe m og lob i n , COH b) 的结合力是O 2与血红蛋白结合生成氧合血红蛋白(Oxyhe m oglob i n , O 2H b) 结合力的约210倍。COH b 的直接作用是降低血液的载氧能力, 次要作用是阻碍其余血红蛋白释

收稿日期:2010-09-02

作者简介:叶 蔚(1985%), 男, 博士研究生, E m ai:l reals ho w@live . cn 。

[2]

该差异的原因主要是暴露时间、环境CO 浓度等。当前我国长隧道、特长隧道的建设力度处于快速增长期,

环境CO 浓度及其暴露时间对卫生完全的重要性日益显著。

在环境CO 浓度与人体体内COH b 浓度关系的数值求解方面, R. F . Coburn 等人

[10]

(1965) 建立了在一

定的且较低的环境CO 浓度下人体暴露时间与人体体内COH b 浓度的微分形式的关系式, 即通常所说的CFK 方程(C oburn-Fo rster-Kane equation , 或剂量-屏蔽门改造, 真正实现通风空调系统的节能, 也为今后在夏热冬冷地区地铁工程中应用节能型屏蔽门系统奠定基础。参考文献:

[1] GB50157%2003, 地铁设计规范[S ].

[2] GB50490%2009, 城市轨道交通技术规范[S].[3] GB50019%2003, 采暖通风与空气调节设计规范[S].

[4] 施仲衡. 地下铁道设计与施工[M].西安:陕西科学技术出版

社, 2006.

[5] 中铁第一勘察设计院集团, 西南交通大学. 新型节能型屏蔽门系

统研究科研报告[R].西安:2010.

的不同组合模式下车站两端活塞风量和温度的模拟计算结果, 作为边界条件引入到CFD 对车站速度场和温

度场的分布特征模拟分析, 结果显示, 站厅、站台温度、气流速度、通风量均满足人员舒适及卫生要求, 因此节能型屏蔽门通风空调系统在过度季节能够有效的利用列车活塞风对车站公共区进行有效的通风换气, 是适合西安地区地铁工程的。

鉴于节能型屏蔽门系统目前国内无工程应用实例, 考虑节能屏蔽门系统的实施对土建工程不造成影响, 若能在西安地铁选取某站作为实验站, 通过对该站的设计、施工及运营总结成功经验, 为全线进行节能型

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通 风

节能型屏蔽门系统在西安地铁的应用分析

郭永桢

(中铁第一勘察设计院集团有限公司, 西安 710043)

摘 要:根据国内地铁通风空调系统通常采用的两种系统形式的特点分析比较, 结合西安地区气候特点, 整合了闭式系统和屏蔽门系统的优点, 提出了新型节能型屏蔽门系统地铁环控系统形式。对该新型节能型屏蔽门系统从系统原理构成、运行控制模式、运行能耗分析等方面进行分析研究, 并结合该系统相关模拟计算结果, 得出了节能型屏蔽门系统在西安等夏热冬冷地区的工程应用是可行性的、节能的。关键词:地铁; 屏蔽门系统; 节能; 能耗分析中图分类号:U 231+ 6 文献标识码:A 文章编号:1004-2954(2010) S2-0048-03

多优点, 国内大部分地铁工程均采用屏蔽门系统。闭式系统虽然初投资较大, 但能利用活塞风对车站公共区进行通风换气, 运行节能, 北京、南京地铁采用了闭式系统。通风空调系统是地铁工程中的耗能大户, 在地下部分通风空调系统的用电量与列车牵引用电接近, 因此在保证地铁系统高效、安全运行的条件下, 通过技术创新实现有效的节能降耗具有重大意义。

笔者对西安地区进行过屏蔽门系统和站台设置安全门的闭式系统的综合经济技术比较, 结果显示屏蔽门系统初投资较低, 但运营费较高, 设安全门的闭式系统初投资较高, 但运营费用较低。主要是由于屏蔽门隔绝了区间隧道和车站, 减少了车站站台的冷空气与隧道的热空气之间的对流换热, 使得车站空调季节的冷负荷大大小于闭式系统, 设备装机容量约为闭式系统的35%, 所以从初投资来看, 站台设置屏蔽门的通风空调系统要优于站台设置安全门的闭式系统。但是的相对热指标为0 229, 相对站厅又下降了0 03, 当乘客从站台进入列车时, 列车内的相对热指标为0 091, 乘客从室外到上车这一过程相对热指标值是逐渐减少

的, 也就是乘客总是从一个稍差的环境进入另一个稍舒适的环境中得到了暂时的舒适感。因此, 从舒适性考虑, 选取设计温度站厅为29∀、站台为28∀, 车厢内设计温度为27∀是比较合理的。4 结语

在我国北方的一些海滨城市, 由于其气候特征多为夏无酷暑, 昼夜温差小, 多雾潮湿, 相对湿度大。在这些城市的地铁工程中, 由于夏季空调室外计算干球温度较低, 车站公共区通风空调室内的设计参数如果按照#地铁设计规范∃(GB50157%2003) 中相应规定来确定, 会导致室内设计温度很低, 不节能, 而且有可能造成乘客进入列车时会感觉不舒服。因此采用美国交通运输部的相对热指标R W I 的方法来分析, 可以确定一个合理的室内设计参数, 为乘客提供一个过渡性舒适的环境。参考文献:

[1] GB50157%2003, 地铁设计规范[S ].

[2] 金招芬, 朱颖心. 建筑环境学[M ].北京:中国建筑工业出版

社, 2001.

地铁隧道通风是一项复杂的系统工程, 根据站台是否设屏蔽门分为闭式系统和屏蔽门系统, 屏蔽门系统具有安全、经济、车站空气品质较好、噪声较低等诸

收稿日期:2010-09-02

作者简介:郭永桢(1975%), 男, 高级工程师, 1998年毕业于西南交通大学供热通风及空调工程专业, 工学学士, E m ai:l es w aper @126. co m 。

为乘客提供过渡性舒适环境的要求。

假想有一位乘客在夏季穿着一身较轻的夏装, 以4 8km /h的速度从室外步行至地铁车站入口处, 他穿过站厅到达售票处, 购票后来到站台候车, 此时他的运动状态转变为 站立并偶尔走动几步! ; 列车进站以后, 乘客进入车厢, 并坐了下来。在室外气象参数已知的情况下, 运用RWI 的计算公式, 可以计算出整个过程中各种状态下乘客的相对热指标, 如表1所示。

表1 乘客相对舒适热指标计算

参

运动状态环境温度/∀相对湿度/%水蒸汽分压力/Pa

人体的能量代谢率(M ) /(W/m 2) 衣服热阻I c w , c lo 空气边界层热阻I a , c lo

除与室温相同的墙壁外, 平均外界辐射热(R ) /(W/m 2) 相对舒适热指标(RW I )

数

室外

站厅

站台

列车车厢站立2755800 380 530

步行4 8步行4 8偶尔km /hk m /h走动27 7863191 21680 240 353 150 307

[1**********]0 240 3500 259

28551380 320 390

2075 61957 2

0 2290 091

从表1中数据可以看出, 在室外环境下乘客的相

对热指标为0 307, 当乘客进入站厅后, 相对热指标为0 259, 下降了0 048, 当乘客从站厅进入站台时, 站台计 ST AN D ES I G N (增刊2)

郭永桢%节能型屏蔽门系统在西安地铁的应用分析

通 风

从分析的过程可以发现闭式系统在非空调季节的时候, 可以有效的利用列车运行产生的活塞风, 通过车站出入口对区间隧道和车站公共区进行有效的通风换气, 车站公共区的机械通风系统可停止运行, 节约能耗; 而屏蔽门系统由于车站公共区和区间隧道隔绝, 过渡季节时无法利用活塞风对车站公共区进行通风换气, 车站的机械通风系统仍然需要运行, 因此如何能在屏蔽门系统的通风空调模式下, 过渡季节也能利用活塞风对公共区通风换气, 减少车站通风系统运行的时间, 实现通风空调系统的节能运行, 是环控系统设计的关键点。通过设计技术创新, 整合优化, 提出兼具两种系统优点的节能型屏蔽门系统实现该功能。1 节能型屏蔽门通风空调系统形式1 1 节能型屏蔽门系统形式

节能型屏蔽门系统是整合优化了屏蔽门系统和闭式系统的优点, 在屏蔽门上部设置可以电动控制的百叶风口。当空调季节时, 关闭上部电动百叶风口, 车站采用空调系统, 区间采用活塞风通过活塞风亭与外界通风换气; 非空调季节, 打开上部电动百叶风口, 利用列车活塞风通过该百叶风口进入车站公共区, 通过出入口进行通风换气, 减少车站通风空调设备运行时间, 节省运行能耗; 此外在站台发生火灾事故时, 打开屏蔽门上部电动百叶风口, 利用轨道排热风机、隧道事故风机辅助站台排烟, 还可以避免常规采用的打开屏蔽门

活动门时, 乘客在慌乱中有可能被挤落站台的危险; 区

间隧道火灾时, 关闭电动风口, 区间隧道事故通风模式仍按照屏蔽门系统模式执行。

该系统打破了传统意义上屏蔽门系统和闭式系统的严格界限, 充分整合了闭式系统和屏蔽门系统的主要优点, 即屏蔽门系统车站设备配置容量小、占用机房面积少以及空调季设备运行能耗低的特点和闭式系统通风季利用活塞风进行公共区通风换气、缩短空调设备运行时间降低运行能耗的特点。而且应用夏热冬冷地区地铁车站和区间隧道通风系统的各种运行模式综合能耗最低, 同时又解决了站台火灾时原排烟模式中要开启两侧滑动门排烟而造成的不安全因素。1 2 节能型屏蔽门系统原理

节能型屏蔽门系统是指在屏蔽门上设电动风口的一种新型的通风空调系统, 该系统结合了闭式系统和屏蔽门系统的主要优点而形成的, 其系统组成与屏蔽门系统基本相似。节能型屏蔽门系统空调季将车站公共区与和区间隧道分割成两个相对独立的空间, 车站公共区的空调系统仅控制车站内部的环境, 公共区通风空调系统需单独设置, 区间隧道的利用列车活塞效应, 通过风亭使地下空间与外界通风换气以满足区间隧道环境要求, 或由区间隧道通风系统控制达到区间隧道环境要求, 而隧道通风系统主要包括车站轨道排热系统和区间隧道通风系统两大部分。节能型屏蔽门系统车站一端系统原理如图1

所示。

图1 节能型屏蔽门系统原理

1 3 节能型屏蔽门系统电动风口的位置

地铁的屏蔽门模块一般是由中间两扇独立的滑动门组成, 还有无动力装置的固定门、安装在站台两端的

应急门(面对列车驾驶室出口门) 、位于站台转延处的端门、顶盒包括所有驱动装置和其他电气设备。由于

屏蔽门部件较多及其本身结构特性, 导致安装可控风

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通 风

郭永桢%节能型屏蔽门系统在西安地铁的应用分析

口的位置有限, 一般考虑安装在屏蔽门下部和上部。若风口设置在屏蔽门下部, 则很容易将隧道中的灰尘吹到候车区域及将列车刹车产生的大量热量带入站台, 从而引起乘客的不舒适感。若风口设置在屏蔽门上部, 风口过低将导致活塞风直吹乘客的头部, 影响了候车环境的舒适性。结合地铁工程实际情况, 并从美观、舒适和卫生的角度考虑, 将屏蔽门风口设置在2 7~3 0m 高度处是比较合适的。风口均位于固定门及应急门之上, 风口高度为300mm, 长度方向上除站台两端各有1个可控风口尺寸为600mm, 其他均为1000mm, 端门上亦各布置1个可控风口, 尺寸为1000mm &300mm 。节能型屏蔽门效果图如图2

所示。

统控制达到区间隧道环境要求。2 1 2 通风季

开启电动风口, 此时区间隧道及车轨区域与车站公共区连通, 打开活塞风阀, 利用活塞风进行开式运行, 利用列车运行的活塞风效应对区间隧道进行通风换气, 并对车站公共区进行通风换气, 有必要时辅以间歇式进行机械通风。

2 1 3 冬季

打开电动风口, 关闭活塞风阀以及与室外相连通的活塞风井, 采用闭式运行, 地下区间隧道内温度高于室外空气温度, 利用列车运行的活塞风携带区间隧道的热风来提升车站公共区域的温度, 有效地利用了地下空间的余热, 充分体现出了系统节能的优势。2 2 火灾工况运行模式

(1) 在站台发生火灾时, 为保证楼扶梯口不形成不小于1 5m /s 的向下气流速度, 可开启电动风口, 利用轨道排热系统协助站台排烟, 避免站台火灾时打开屏蔽门利用轨道排热系统排烟引起的安全问题。(2) 区间隧道发生火灾时, 为了保证区间隧道通风排烟气流组织及流速, 关闭电动风口, 减少了站台漏风量, 避免了闭式系统常用的喷嘴和加大隧道风机容量的措施。

3 节能型屏蔽门系统能耗分析

根据节能型屏蔽门系统运行模式, 以西安地铁某典型车站为例, 对于屏蔽门系统、设安全门的闭式系统、节能型屏蔽门系统3种系统按照各自的设备配置和运行模式, 进行全年能耗计算分析比较, 如表1所示。

&104k W h

安全门闭式系统初期184 3640 220 00224 58

近期193 4240 220 00233 64

远期200 0340 220 00240 25

远期135 3040 224 49180 01

图2 节能型屏蔽门效果图

2 节能型屏蔽门系统运行模式2 1 正常工况运行模式2 1 1 空调季

关闭电动风口, 此时将车站公共区与车站轨道区

域及区间隧道分隔成两个独立的相对封闭的空间, 车站空调系统仅控制车站内部的环境, 区间隧道的利用列车活塞效应, 通过风亭使地下空间与外界通风换气, 以满足区间隧道环境要求, 或由区间隧道通风空调系

表1 3种通风空调系统形式能耗分析比较

系统类型

空调季节设备运行能耗非空调季设备运行能耗区间隧道早晚通风全年能耗

全年能耗

屏蔽门系统

初期123 9184 614 49213 01

近期130 6284 614 49219 72

远期135 3084 614 49224 40

新型节能型屏蔽门系统初期123 9140 224 49168 62

近期130 6240 224 49175 33

从表1通过对所选典型工程计算结果表明:新型节能型屏蔽门系统远期全年设备运行能耗比传统屏蔽门系统节约44 38&10k W h, 比设安全门的闭式系

4

统最大节约60 24&10k W h, 按0 74元/kW h 计算电费, 则节能型屏蔽门系统比屏蔽门系统全年可节省运行费用约33万元, 比闭式系统全年可节省约45万元, 节约运行费用是非常可观的。节能型屏蔽门比传统屏蔽门增加投资约20万元/站。所以, 节能型屏蔽门系统在通风空调设备投资增加不多的情况下, 是3种系统中年能耗最小的一种系统形式, 节能效果是4

非常明显的。4 结论

通过对节能型屏蔽门系统从系统形式、系统原理、电动风口的设置等方面进行分析研究, 确定了一种实际工程中可行的系统原理和电动风口位置。并根据节能型屏蔽门系统运行模式, 对3种系统进行能耗分析, 结果显示节能型屏蔽门系统在西安地区应用节能效果非常明显。另外, 通过我院科研项目

[3]

的研究结果,

并利用SES4 1对典型车站通风季节列车进、出车站

计 ST AN D ES I G N (增刊2)

通 风

基于改进的CFK 方程的隧道CO 浓度限值的研究

叶 蔚, 张 旭

(同济大学暖通空调及燃气研究所, 上海 201804)

摘 要:隧道通风以控制CO 、颗粒物为主。我国现行规范#公路隧道通风照明设计规范∃(J T J026 1%1999) (以下简称#规范∃) 给出了不同通风方式隧道在不同运营工况下C O 浓度设计限值。国外对隧道内CO 浓度限值的设定有着越来越低的趋势。根据纵向通风、半横向通风隧道CO 分布特性, 改进了用于计算在一定环境CO 浓度及暴露时间下人体血液中碳氧血红蛋白浓度的Coburn F orster K ane 方程(CFK 方程) , 并基于此对#规范∃中CO 浓度设计限值进行了研究。结果表明, 从生理角度出发, #规范∃的设计标准可能已高于实际需要, 若条件允许, 可适当提高隧道C O 稀释标准。此外, #规范∃在阻滞工况的设计限值以及长隧道的适应性方面并不合理。关键词:隧道; 半横向通风;

CO 浓度; CFK 方程

中图分类号:U 453 5 文献标识码:A 文章编号:1004-2954(2010) S2-0051-05

放所载的氧, 进一步降低血液的输氧能力吐、昏厥甚至死亡等症状

[3~4]

[2]

。人体血

液输氧能力降低后, 可导致人产生头痛、头晕、恶心、呕

。COH b 的形成受诸多

因素的影响, 如环境CO 浓度、人体暴露时间、活动量(导致呼吸量的不同) 、海拔高度(导致环境压力的不同) 、人体自身健康状况、人体新陈代谢程度等

我国现行#规范∃

[6]

[4~5]

。

根据M ay 氏曲线的结论:CO

H b 饱和度超过10%后, 就会引起程度不同的症状; 饱和度为10%~20%后, 将会引起轻度头痛; 饱和度达到20%~30%时, 将引起剧烈头痛。M ay 氏实验给出

的是人体在不同的环境CO 浓度下, 人体活动状态、经历时间与COH b 浓度、人体症状的关系。当前国内外有大量文献给出不同的COH b 浓度和暴露时间下对应人体的症状。

W inter 和M iller(1976)

[7]

隧道内空气污染物主要来自隧道内机动车的排放物, 主要包括C O 、HC 、NO x 、颗粒物等。目前隧道通风设计中主要控制的是CO 和颗粒物(烟雾) 。稀释烟雾的目的是保证隧道内能见度, 确保行车安全。对于隧

道内颗粒物的稀释标准业界较为一致, 通常为0 007~0 009m

-1[1]

给出了在稳定暴露状态

[8]

下, 不同环境CO 浓度与人体体内C OH b 浓度的对应范围。此外, Norkoo l 和K irkpatrick (1985) 浓度差异很大, Soka l 和K ralko w ska(1985)

发现在

CO 中毒后相同的临床症状下, 不同的个体体内C OH b

[9]

。

认为造成

CO 之所以对人体健康有害, 是因为其与血液中的血红蛋白(H e m og lob i n , H b ) 结合生成羧络(碳氧) 血红蛋白(Carboxyhe m og lob i n , COH b) 的结合力是O 2与血红蛋白结合生成氧合血红蛋白(Oxyhe m oglob i n , O 2H b) 结合力的约210倍。COH b 的直接作用是降低血液的载氧能力, 次要作用是阻碍其余血红蛋白释

收稿日期:2010-09-02

作者简介:叶 蔚(1985%), 男, 博士研究生, E m ai:l reals ho w@live . cn 。

[2]

该差异的原因主要是暴露时间、环境CO 浓度等。当前我国长隧道、特长隧道的建设力度处于快速增长期,

环境CO 浓度及其暴露时间对卫生完全的重要性日益显著。

在环境CO 浓度与人体体内COH b 浓度关系的数值求解方面, R. F . Coburn 等人

[10]

(1965) 建立了在一

定的且较低的环境CO 浓度下人体暴露时间与人体体内COH b 浓度的微分形式的关系式, 即通常所说的CFK 方程(C oburn-Fo rster-Kane equation , 或剂量-屏蔽门改造, 真正实现通风空调系统的节能, 也为今后在夏热冬冷地区地铁工程中应用节能型屏蔽门系统奠定基础。参考文献:

[1] GB50157%2003, 地铁设计规范[S ].

[2] GB50490%2009, 城市轨道交通技术规范[S].[3] GB50019%2003, 采暖通风与空气调节设计规范[S].

[4] 施仲衡. 地下铁道设计与施工[M].西安:陕西科学技术出版

社, 2006.

[5] 中铁第一勘察设计院集团, 西南交通大学. 新型节能型屏蔽门系

统研究科研报告[R].西安:2010.

的不同组合模式下车站两端活塞风量和温度的模拟计算结果, 作为边界条件引入到CFD 对车站速度场和温

度场的分布特征模拟分析, 结果显示, 站厅、站台温度、气流速度、通风量均满足人员舒适及卫生要求, 因此节能型屏蔽门通风空调系统在过度季节能够有效的利用列车活塞风对车站公共区进行有效的通风换气, 是适合西安地区地铁工程的。

鉴于节能型屏蔽门系统目前国内无工程应用实例, 考虑节能屏蔽门系统的实施对土建工程不造成影响, 若能在西安地铁选取某站作为实验站, 通过对该站的设计、施工及运营总结成功经验, 为全线进行节能型

ILW ARD IGN 2010251