背景介绍

地铁空间作为典型的地下大空间建筑，其空调运行能耗是地铁总能耗的重要组成部分。因此，地铁空调系统的合理设计及优化运行对于地铁的节能运行具有举足轻重的影响。由于列车是影响地铁热环境的主要干扰源，列车的往来运动导致地铁站台内气流分布的周期性变化，根据静态平均负荷设计的空调系统在实际运行中可能无法满足设计要求，因此有必要了解这一动态变化过程。同时地铁站作为一个整体，其各部分负荷相差很大，所以有必要分析各部分负荷的实际情况，有针对性的采取节能措施，以合理减低空调能耗。

这些问题的解决，都依赖于对地铁热环境详细的测量与分析。同时，近年来应用渐广的地铁热环境模拟手段，也急需大量的实验验证。但是由于地铁热环境实地测量的复杂性，目前国内对地铁空调负荷的的实测数据非常缺乏。

地铁主要是由车站、隧道两大部分组成。地铁车站根据城市规划控制要求：位于城市主干道下的，应满足主体结构上覆土不小于3米；位于城市次干道下的，应满足主体结构上覆土不小于2米。车站包括公共区、管理及设备用房。整个车站全长一般应在160米以上。地下铁道基本上是与大气隔绝的，室外大气的温、湿度对车站的空调负荷只有间接的影响。

系统设计

1、机械通风

当活塞式通风不能满足地铁除余热与余湿的要求时，要设置机械通风系统。根据地铁系统的实际情况，可在车站与区间隧道分别设置独立的通风系统。车站通风一般为横向的送排风系统；区间隧道一般为纵向的送排风系统。这些系统应同时具备排烟功能。区间隧道较长时，宜在区间隧道中部设中间风井。对于当地气温不高，运量不大的地铁系统，可设置车站与区间连成一起的纵向通风系统，一般在区间隧道中部设中间风井，但应通过计算确定。

2、闭式系统

闭式系统使地铁内部基本上与外界大气隔断，仅供给满足乘客所需的新鲜空气量。车站一般采用空调系统，而区间隧道的冷却是借助于列车运行的“活塞效应”携带一部分车站空调冷风来实现。这种系统多用于当地最热月的月平均温度高于25℃、且运量较大、高峰时间内每小时的列车运行对数和每列车车辆数的乘积大于180的地铁系统。

3、屏蔽门系统

在车站的站台与行车隧道间安装屏蔽门，将其分隔开，车站安装空调系统，隧道用通风系统(机械通风或活塞通风，或两者兼用)。若通风系统不能将区间隧道的温度控制在允许值以内时，应采用空调或其他有效的降温方法。安装屏蔽门后，车站成为单一的建筑物，它不受区间隧道行车时活塞风的影响。车站的空调冷负荷只需计算车站本身设备、乘客、广告、照明等发热体的散热，及区间隧道与车站间通过屏蔽门的传热和屏蔽门开启时的对流换热。

4、此时屏蔽门系统

车站空调冷负荷仅为闭式系统的22%～28%，且由于车站与行车隧道隔开，减少了运行噪声对车站的干扰，不仅使车站环境较安静、舒适，也使旅客更为安全。地铁环控系统一般采用屏蔽门制式环控系统或闭式环控系统。屏蔽门制式系统即：站台和轨行区分开，车站为独立的制冷、除湿区、因此有安全、节能和美观等优点。由于屏蔽门的隔断，屏蔽门制式环控系统形成了两个相对独立的系统——车站空调通风系统和隧道通风系统。

负荷计算方面

根据地铁的建筑特点，造成地铁内部对室外温度影响的延迟性，相对稳定，根据有关资料显示：列车本身及列车空调的散热约占74%，照明、广告灯箱的散热约占6%，设备(如自动扶梯、售票机等)的散热约占5%，乘客和工作人员的散热约占15%；地铁围护结构周围的土壤能吸收大量的热量并储蓄起来，夏储冬放，以调节地铁内空气的温度，根据一些资料记载，此部分热量占地铁产热量的25%-40%。

环控设计采用常规闭式系统，总散热量扣除传入地铁周围土壤中的热量外，基本为车站的空调负荷；环控设计采用常规开式系统，列车本身及列车空调的散热量扣除传入地铁周围土壤中的热量外，其他部分的热量通过隧道通风系统传到室外，而车站的空调负荷仅包括车站内乘客和工作人员散热量、照明散热量及设备散热量。

1、参数取值方面

地铁站的空调属于舒适性空调。站内虽然人员密集，但逗留时间较短，同时地铁空调负荷很大，为了节约能源，只考虑乘客由地面进入车站的一个“暂时舒适”环境即可。而人体对温度变化有明显感觉的温差在2°C以上。这样乘客从地面进站到上车，经历一个环境温度逐渐降低的过程，32.5℃→30℃→29℃→27℃，既是一个较舒适的过程又是一个较卫生的过程，没有突冷的感觉；车站的一些管理用房，由于管理人员长时间在里面工作，取tn =27℃；车站的一些设备用房据工艺要求确定室内温度取值。

2、防排烟方面

由于地铁是一个人员密集的地下公共建筑，且地下车站对外连通的口部相对来说比较少，因此地下铁道及区间隧道的机械事故通风至关重要。

地铁事故通风分为非火灾性原因和火灾性原因二类。火灾事故按区间隧道、站厅、站台同一时间只有一处发生火灾来考虑，此较好的方法是使人、烟分向流动，用机械排烟设施使烟气按一个方向流动，排出地面，而人员从另一个方向撤离。

考虑到地铁的站厅或站台公共区的使用面积一般在1500m2左右，且为了使一个站厅或站台分为两个防烟分区，因此规范规定：每个防烟分区的建筑面积不宜超过750m2。排烟量按每分钟每平方米建筑面积1m3计算。

地铁排烟系统，排烟风机及烟气流经的辅助设备如风阀及消声器等，应保证在150℃时能连续工作1h。

3、噪声控制方面

地铁车站的主要噪声源来自列车的运行，噪声级高达80dB(A)，一般声功率级100分贝以上；其它如变压器、水泵、制冷机、冷却塔等为次声源。

环境特点

(1)地铁的车站和区间隧道除出入口(地面线和高架线除外)等极少部位与外界相通外，基本上与外界隔绝，长年不见阳光，通风条件差，潮湿、多粉尘、行车震动大、空间狭小、小昆虫自由出入、人员密集，只有用人工气候才能满足乘客的要求；

(2)列车各种设备的运行和乘客都将释放出大量的热，若不及时排除，将使本站和区间温度上升，是乘客在此环境中难以忍受；

(3)地下铁道是狭长的地铁建筑物，列车及各种设备运行产生的噪音不易消除，对乘客影响较大；

(4)地铁运行时产生“活塞效应”，局部与瞬间空气流速较大，会干扰车站气流组织，使乘客感觉到不舒适，并影响车站负荷；

(5)当发生事故，尤其是发生火灾事故时，将导致环境恶化，不易救援，要采取有效措施。