1、浅议轨道交通屏蔽门系统区间活塞通风摘要：针对近几年轨道交通屏蔽门系统争议较多的区间活塞风井设置数量的问题，在技术指标和经济性方面进行探讨，提出区间通风季节调节概念和节能运行模式。关键词：屏蔽门系统;轨道交通;区间通风;节能;活塞风井;季节调节目前，全封闭屏蔽门系统在地铁中的应用越来越普遍、 、尤其在气候炎热、热季较长的地区，该制式因良好的站内候车环境、较好的安全性能、较低的空调通风能耗等，得到市场的青睐。但随着屏蔽门系统的应用以及城市地下轨道交通网络的初步形成，市中心规划与轨道交通地面通风井的矛盾日渐凸现，增加了轨道交通建设协调的难度。因此，屏蔽门系统区间活塞风井设置的数量问题应运而生、本文重
2、点就上海地区轨道交通屏蔽门系统活塞通风的应用及对活塞风井设置数量问题进行分析和探讨。1 活塞通风井的功能活塞通风井对地下区间通风起着重要作用，主要有两方面的功能:1.1 区间的通风换气、排热降温当采用活塞通风时，活塞风井是区间与大气的通风换气口。列车进站时，活塞风从设在站端的活塞风井压出;当列车出站时，室外新风从活塞风井吸入。当区间采用机械排风时，活塞风井则是最主要的新风补入口，即此时区间的通风形式可认为是机械排风、通过活塞风井自然进风的形式。1.2 列车活塞风压控制首先，列车行驶活塞风对于区间通风是有利的，相当于无额外耗功的通风动力。但活塞风也带来了一些危害或不利影响，即活塞风灾。曾在地铁系
3、统内发生过列车活塞风的强烈抽拉作用至使一些设备发生损坏的事件。因此，裸露在区间安装的设备需考虑抗周期性的活塞风灾。活塞风灾的预防除了被动地加强设备抗活塞风能力外，采取一定措施主动缓减活塞风冲击也是设计中应当考虑的内容。在区间适当位置设活塞风井或迁回风道是控制地下区间压力分布和活塞风泄压的有效手段。在活塞风泄压方面，最典型的应用是闭式系统开式运行。通过打开站端活塞风井，列车进站时活塞风首先通过活塞风井泄压，使冲入站台的活塞风速不至太高。同样，屏蔽门系统车站，列车进站前通过活塞风井泄压，也可以缓减活塞风对站内环境的影响，减少活塞风压对屏蔽门的影响。2 地下区间活塞风井的通风效能通常，穿越市中心的地
4、下轨道交通车站数量较多。现以上海市轨道交通典型的 11 座连续地下岛式车站、两处设置配线(存车线及渡线)为对象，针对车站每端设置单、双活塞风井分析活塞通风的效能。2.1 远期夏季高峰期工况轨道交通远期夏季高峰期是通风空调的设计工况，也是决定通风空调规模的控制工况。一般按照规范要求，正常运行时，该工况下区间最高平均温度不应高于 40，区间的温度水平取决于列车发热量(列车种类、编组、运行密度)和区间的对外换气量。因此，首先分析区间的通风量，再分析区间温度2.1.1 区间通风量对该工况进行仿真模拟计算，模拟列车运行密度为 30 对/h,A 型车6 节编组，车站区间设置排热通风系统，排风量约 90 一
5、 l 10 rn3/s站。通风量计算表明:车站每端设置双活塞风井较单活塞风井区间总换气量增加约 10%。区间的总换气量中，机械通风量约占总换气量的 75%以上。通风量分布见图 1 所示。2. 1. 2 区间温度单、双活塞风井区间通风量差异不大，致使两者区间的温度相当。图 2 为区间的温度分布。两条曲线差异很小，除局部区间外温度介于32-36。由此可知，对于远期高峰期、区间排热风机开启的情况下，区间总换气量中机械通风量占主导地位，活塞通风量仅起辅助作用。因此，对于设计中关注的区间温度而言，单、双活塞风井功效相当。2. 2 全年工况2. 2. 1 通风量分析当区间仅采用活塞通风时，即区间机械通风系
6、统关闭，对不同列车运行密度区间有效换气量进行统计(见图 3)。区间仅采用活塞通风时，对于典型的岛式车站、单峒单轨区间，双活塞风井通风量较单活塞风井通风量增加约 70%。若侧式车站数量增多时，该比例有所下降。2. 2. 2 区间温度过渡季及冬季室外温度较低时，对不同列车运行密度条件下区间温度进行模拟，温度分布见图 4,图 5 所示。对过渡季及区间温度分析表明，当室外气温降至 10一 15时，区间采用单活塞风井，即使列车运行密度降至 12 对/h 时，区间内部的温度除接近峒口的几段区间外，其余多数温度高达 30以上。当室外温度较低时，区间温度高达 30以上是不合适的。显然，这是由于区间与室外的有效
7、换气量不足所至。但是，当区间采用双活塞风井方案时，由于区间与室外的有效换气量增大，列车运行密度为 20 对/h 时，多数区间的温度为 25左右。这就表明，当室外温度降至一定程度、列车运行密度低于 20 对/h，通过自然通风(活塞通风)形成的区间与室外的有效换气量即可保持区间合适的温度。可以认为，针对上海地区的气象条件，区间采用双活塞风井，能充分利用列车活塞通风功能，地铁内部与室外的有效换气量大，为地下区间的季节性调节创造了条件;而区间采用单活塞风井，列车活塞通风效应所形成的区间与室外有效换气量有限，全年均需依赖机械通风加强区间与室外的换气，由此来保持区间合适温度，因此经济性差。以上分析适用于连
8、续的轨道交通地下车站较多的情况。当连续的地下车站较少时，活塞通风从峒口引人风量占较大比例，对区间的冷却起主导作用，车站设置单活塞风井和双活塞风井差异不大。此外，区间的土建形式，特别是上、下行线间气流沟通的比例(如侧式车站无隔墙)也会影响活塞通风效能。3 区间通风的季节调节众所周知，空调系统根据室外温度需季节性调节，在同一季节，还可根据室内负荷变化进行通风量或冷量调节，其最终的目的是在保证室内环境要求的前提下节约能耗。轨道交通的车站及其设备管理用房的空调通风系统均设计有季节性调节功能;闭式系统区间通风也针对气侯变化有开式运行(活塞风井开启)、闭式运行(活塞风井关闭)的季节性转化，而当前的屏蔽门系
9、统区间通风则不然。那么，屏蔽门系统的地下区间是否有条件进行季节性调节?其经济性如何?3.1 区间年运行及日运行调节前提通风或空调系统进行年运行或日运行调节的前提是室外气象条件的周期性较大幅度变化，或是室内负荷较大范围变动。3.1.1 气象条件上海地区全年四季分明，冬季 1 月平均温度为 5.4 ，夏季 7 月平均温度为 28. 5。其全年月平均温度变化曲线见图 6，典型日温度变化曲线见图 7。从气象条分析，仁海地区冬夏温差大，全日也存在较大温差，具备年运行调节的气象条件。但是，靠近赤道的国家，如新加坡，全年月平均温度介于 26-28，终年炎热，则不存在全年调节的气象条件。3. 1.2 区间内热
10、负荷变化列车是地下区间移动的热源，轨道交通地下区间的产热量与列车运行密度成正比。通常轨道交通运行初、近期运量较低，即便到远期，典型的列车运行密度变化范围为 8 对/h 一 30 对/h。由于列车运行的差异，使区间热负荷跟随列车行运密度有大幅度的变化。图 8 是典型轨道交通初、近、远期列车运行安排。从以上气象条件与区间产热量变化情况分析，屏蔽门系统区间通风节能潜力巨大，完全具有进行运行工况调节的条件，即随气侯、行车密度变化进行机械通风与自然通风(活塞通风)的工况转换。3. 2 区间运行的经济性分析如前所述，屏蔽门系统区间通风根据气候、列车运行密度的变化，可进行机械通风与自然通风的转换，以达节能运
11、行目的。.但是屏蔽门系统区间必须采用双活塞风井形式，单活塞风井形式则因自然通风时有效换气量不足。对于类似上海气象条件的地区，即便室外气温较低、区间列车运行密度较少时，也不能完全采用自然通风。也就是说，区间采用单活塞风井的屏蔽门系统不具备季节性调节的工程条件。现对双活塞风井(采用季节性工况转化)、单活塞风井进行年运行费估算，其结果见图 9 所示。计算表明，屏蔽门系统区间引人季节性转化的理念，采用双活塞风井能充分发挥活塞通风效能，运营初期区间的年运行费约是单活塞风井的 50%，近期和远期约为单活塞风井的 62%由此可见，对于四季分明的地区，屏蔽门系统采用双活塞风井能有效利用列车的活塞通风，具有明显的节能效果。4 结语总之，充分有效地利用轨道交通列车行驶时形成的活塞通风效应是地下区间通风设计中应首先考虑的通风方式，是经济节能的方案。对于四季分明的气候条件，尤其是过渡季或冷季较长的地区，双活塞风井较单活塞风井更能充分发挥活塞通风效应，节约运行能耗，符合我国的节约能源政策。采用双活塞风井时，车站土建规模会适当增大，出地面的构筑物较单活塞风井多，特别是市中心与规划会产生较多的矛盾，协调难度大。因此，具体工程建设中，采用单、双活塞风井还应因地制宜、综合权衡决定，不宜一概而论。
