轨道交通地下车站暖通设计方案探究及选择

摘要：目前，我国的交通行业有了很大进展，轨道交通工程建设越来越多。目前其建设和运营方式较为混乱，建设标准体系存在标准制定主体多、范围不一、内容不全或前后矛盾等问题。本文首先分析地下车站暖通专业主要系统，其次探讨地下车站大系统空调通风及排烟系统主要设置方式，以促进市域（郊）铁路暖通设计标准的完善。

关键词：地下车站；通风及空调；防排烟

引言

随着城市化进程的不断加快，地下空间的开发利用面积越来越大。但由于地下空间固有的封闭特征，天然采光与通风条件并不充足，给地下暖通系统的设计带来了诸多挑战。因此，深入研究地下空间暖通系统的热环境控制策略，对于提升地下空间内的生活与工作舒适度，以及减少能源使用尤为重要。

1地下车站暖通专业主要系统

为有效提升地铁车站通风空调系统设计水平，需要根据实际情况对通风空调系统进行合理的选择，加强其通风性能，同时减少对电能资源的需求量。暖通部分主要分为四个子系统：隧道通风系统、大系统、小系统、水系统。隧道通风系统是指服务于隧道的通风及防排烟系统。大系统是指服务于站厅、站台公共区（即乘客所处区域）的通风空调及防排烟系统。小系统是指服务于设备管理用房区（即工作管理人员及设备所处区域）的通风空调及防排烟系统。水系统是指为大、小系统提供冷源的一套系统。车站结构层高、管线布置、建筑特点主要受大、小系统影响。

2地下车站大系统空调通风及排烟系统主要设置方式

2.1物联网

基于数字孪生技术对暖通空调系统进行全面监测和节能运维的重要基础和前提是对物理实体的全面感知。物联网基于传感器或者数据采集装置实现对系统运行参数（温度、流速、频率等）和室内环境状态参数（温度、相对湿度、空气流速等）的实时感知、动态采集，并利用Zigbee、蓝牙、NB-IoT、WiFi等无线网络通讯技术将感知数据实时传输到边缘设备进行处理和分析。基于各物理实体的实时监测和互连关系，进而实现暖通空调系统数字孪生体对物理实体的实时等价映射。

2.2对设计的影响

目前设计过程除了遵循如ＴＢ10624—2020此类行业规范之外还必须遵循各地市级规范，但是地市级规范在一般性规定和设计原则标准中不统一，而市域铁路一般为跨区域性工程，地市标准不统一会对全线设计带来较大难度，建设时间、质量都难以保证。从市域（郊）铁路工程的需求角度，以上现行专业标准在针对性、现势性和全面性方面上都或多或少存在一些欠缺。尤其地下工程防排烟设计方面，虽然对其计算或设计提出专用要求，但未说明与通用规范不一致时的处理措施，导致理解歧义。部分要求不合理，设计无法实现或实际效果不理想，如ＴＢ10624—2020《市域（郊）铁路设计规范》中规定公共区要划分防烟分区，且其长边长度不应大于60ｍ，但是地下车站一般为狭长形式，防烟分区面积过小、数量过多，及其不利于烟气控制；此外站台公共区若划分多个防烟分区，根据防烟分区定义及通用规范，火灾时应仅开启对应防烟分区的排烟设施，其风量远远无法满足楼扶梯口部1.5ｍ／ｓ的风速要求。另外，对于高架站站台层、超长出入口通道、车辆基地及其消防车道的防烟分区划分和排烟设施设计不明确，设计依据不足，设计、图审、验收等阶段均存在较大矛盾。由于市域铁路运行速度基本在120ｋｍ／ｈ以上，隧道空气压力控制将不可忽视，甚至会对旅客舒适性产生决定性影响。但是对于空气压力波控制措施的设计标准相对缺乏，包括缓压段、区间风井等设置原则。

2.3设置通风井和通风管道

通风井和通风管道是地下空间通风系统的关键硬件结构，通过与地面上建筑的通风系统相连，可最大程度地实现地下空间与外界环境之间的空气交换，从而显著改善了地下空间的通风条件。通风井一般设置在地下空间建筑的中心或者四个角的位置，作为新鲜空气和废气的流通通道。通风井的直径通常在1～2m，其高度依据地下空间的深度而定，一般从地下室底部延伸至地面。通风井的内壁光滑，并采用防水和防腐蚀材料覆盖，以防止地下水渗透和材料腐蚀。通风井的顶部设有通风口，可以通过自然通风或机械通风的方式引入新鲜空气，并通过排气管道排出室内的污浊空气。为了提高空气流动速度和换气效率，通风管道通常选择直径300～600mm的金属或塑料材料制作。在布置通风管道时，避开结构承重墙和其他障碍物，进而确保通风效果达到最佳。

2.4安装智能控制系统

智能控制系统可以对空调运行参数进行实时监测和调节，从而实现精准控制和节能降耗。例如，采用人体红外线感应器，可以实现智能控制空调开关，避免不必要的能源浪费。此外，智能控制系统还可以根据实际需要，调节空调风速、湿度等参数，最大限度地降低能源消耗和碳排放。例如，中央商务区某写字楼智能控制系统，该写字楼采用智能控制系统，实现对空调系统的实时监测和调节。系统配备了多个传感器，能够实时感知室内温度、湿度、CO2浓度等参数，并根据这些数据自动调节空调系统运行参数。例如，在人员密集的会议室或办公室，系统会自动提高空调风速，以保持舒适的室内温度和湿度，避免过度的能源消耗。同时，系统还能根据室内外温度差异自动调整空调制冷/制热模式，实现最优的能源利用效率。该智能控制系统的应用，大大提高了写字楼的能源利用效率，降低了碳排放。

2.5故障诊断

目前，关于暖通空调系统故障诊断的多数研究只针对系统的单个设备或某个子系统，且故障数据难以获取。依据暖通空调系统虚拟实体模拟仿真故障工况生成稀缺的故障数据，可以解决故障数据难以获取的问题。基于大量故障数据和机器学习算法开发数字孪生系统故障诊断应用服务模块，可以实现暖通空调系统整体设备健康状态的实时监测。将暖通空调系统的实时监测数据输入至应用服务模块，可以获得暖通空调系统的健康状态。利用数字孪生模型可视化功能，根据设备故障可能性的大小来改变其模型颜色以凸显故障部位，方便维修人员根据专业知识和经验精准维修。

2.6热回收

热回收技术类型较多，例如热回收通风系统是提高能源效率的关键技术之一。该系统能够在通风过程中回收排气中的热量，并将其用于预热新风，从而减少加热设备的能耗。在地下空间特别是大型公共区域如中央大厅和办公区，热回收通风系统能够显著降低能源消耗。地源热泵系统是另一种高效热回收技术，特别适用于地下空间的供暖和制冷需求。地源热泵系统通过利用地下土壤或地下水中的相对恒定温度提供热量或冷量，从而实现高效的热能回收。由于地下空间通常具有稳定的地热资源，通过布置地埋管或利用地下水源，地源热泵系统可以在夏季供冷、冬季供热，同时减少对外部能源的依赖。这种系统的成功应用取决于合理设计的热交换系统和高效的热泵设备，以确保最大限度地回收热能。

结语

综上所述，地下空间暖通系统的热环境调控需要从多方面入手，例如优化系统设计、提高温湿度控制能力、改善通风条件及采取节能措施等。基于综合运用这些策略和技术手段，可最大程度实现地下空间的舒适度和能源利用的高效化。通过对车站设备用房及管理用房小系统空调通风系统的分析可知，空调通风方式需对应不同地区的气候特点，在满足暖通设计要求的前提下，方可达到降低系统初投资，节省运行费用的目的。未来，随着地下空调暖通技术的创新发展，地下空间暖通系统的热环境调控将更加智能化和高效化，为城市发展提供更多的空间选择和可持续发展的解决方案。

参考文献

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