摘  要　地铁通风空调工程中，以地下车站站台与地铁区间隧道之间有无屏蔽门，分为屏蔽门系统和非屏蔽门系统（亦称闭式系统）。两种系统各具其优劣，南方地区较多选用前者。复合式系统是一种兼取二者之长的系统模式，结合工程案例，通过逐日能耗模拟计算，发现三种系统模式的全年能耗以复合式系统为最低。

关键词　地铁　通风空调　系统模式　能耗　复合式系统

 

      早期的地铁始于北欧，１８６３年英国伦敦地铁建成通车，出于基本卫生需求，地铁隧道通风即成为必不可少的措施。世界各地早期地铁建设和营运中，由于客流密度不大，地铁列车运行频率不高，人类在地下空间活动产生的热量聚集对地下环境造成的影响并不明显，因此，采取普通的通风措施可以将地铁环境聚集热量有效地转移到地面大气环境。

      随着地铁建设和运营的发展，客流密度增大，列车运行频率增加，地铁环境中热量聚集导致温度升高的问题日渐突出。尤其是处于低纬度地区的城市，夏季空气温度较高，对于地铁庞大的地下空间，一般的通风排热效果不尽如人意。另一方面，倘若地铁隧道环境温度总是高于周边的土壤温度，地铁隧道即犹如一条长期埋在地下的散热管道。随着地铁营运时间的推移，热库效应（也称热沉入）逐渐显露，最终导致土壤温度趋近隧道环境空气温度，隧道完全失去与环境土壤的换热能力，成为造成地铁环境温度升高的重要因素。

      当一般通风措施不能有效地解决人们对地铁隧道环境温度的实际需求时，人工降温技术开始在地铁环境中应用。实际应用中，不同地区结合当地环境特征，采用了相应的技术措施。

      在中东地区，夏季温度较高但相对湿度偏低，直接对室外空气加湿（等焓加湿）送入地铁站内即可。由于这种技术方式经济、实用，成为了一种区域性相对固定的地铁通风空调技术方案（我国新疆地区具备这种气象特征，需要降温的公共环境有条件采用类似技术方案）。

      但是多数地区夏季气温偏高且相对湿度较高，因此地铁空调系统需采用人工制冷的降温措施。

      城市地铁以隧道连接众多车站构成一个庞大的地下空间环境，出于基本卫生需求，总是需要设置与外界大气环境相通的通风通道。通过这些通道，采用强制机械通风或是自然通风的方式，地铁空间的空气与室外大气得以交换，以满足地铁环境的基本需求。这种形式在地铁中是最为普遍的。

      当采用人工制冷降温措施后，为了减少制冷能量的消耗，地铁系统在空调季节期间暂时切断（关闭）了地铁环境空间与室外大气环境的联络风道，从而形成今天业内人士所称的闭式系统。相对而言，地铁环境与室外环境联络的风道开启时，则称之为开式系统。

      实际上，人工制冷降温措施的引入，虽然其初衷是为了解决出行乘客的环境舒适性问题，但对于闭式系统环境下的地铁空间，最主要的热负荷却是来自隧道中运行的列车^［１］。以电力为动力的地铁机车，从启动、运行直至制动，所有输入机车的电力能源，最终都将以不同的过程转化为热能。按照能量守恒的基本规律，这些热量都将成为地铁环境通风空调系统的热负荷（近年来，尽管地铁列车的制动再生利用、制动电阻箱外置等技术措施有效地减少了地铁环境留存的热量，但其中大部分热量仍然需要依靠通风或空调的方式转移到室外）。统计资料显示，由隧道运行列车形成的热负荷，约占地铁环境通风空调系统热负荷的６０％～７０％^［１］。

      在地铁技术的发展中，人们为了减少地铁夏季空调系统制冷能耗，在地铁区间隧道与地铁车站站台之间设立了屏蔽门，将列车运行的隧道空间与客流聚集的站台分隔（仅在列车停靠站台时，屏蔽门与列车车门对应的活动门开启）。这种模式下，地铁区间隧道与室外环境的风道保持开启，依靠自然或机械通风维持隧道列车运行的环境温度需求；而地铁空调系统所服务的空间大幅度减小，其服务区域也仅仅针对客流聚集的车站本身（站厅与站台）。在夏季空调期间，屏蔽门系统模式需要负担的热负荷仅为闭式系统模式的１／３。由于其夏季节能效果显著，屏蔽门系统已成为地铁空调系统常用的系统模式之一。

      实际应用的地铁通风空调系统中，当无需人工降温措施介入时，地铁空间通过联系大气环境的通风通道即构成一个简单的开式系统。对于夏季空调期而言，则有闭式系统和屏蔽门系统两种基本的模式。

随着地铁建设和实际运营的不断发展，人们对出行环境的安全需求也增加。为了减少突发事故，在即使不需要设置屏蔽门的地铁车站，也设置了隔离人员的安全门，其作用既能有效地防止无关人员进入地铁隧道，也可以防止站台乘客意外跌落轨行区间。从而，现行我国国内地铁设计中，通风空调系统主要有两种应用模式，即：屏蔽门系统和设有安全门的闭式系统，见图１，２。

      屏蔽门系统以其夏季节能的技术优势，在我国气候偏热、全年空调期相对较长的南方城市地铁建设中得到了广泛的应用。但是，对于全年空调期短的地区，全年运行中的屏蔽门系统却并不能充分发挥节能优势。而闭式系统由于站台与隧道没有实质性的分隔，虽然夏季空调期并无节能的优势，但在全年相当长的非空调期中，闭式系统皆可以方便地转换成开式系统运行，在隧道列车运动活塞效应的辅助作用下，充分利用外界温度较低的空气，置换隧道包括地下车站环境的空气，维持地铁正常营运的环境温度需求。因此，对于全年空调期较短的地区，就全年通风空调系统的能耗而言，夏季以闭式系统运行，而非空调期以开式系统运行的系统模式，比之屏蔽门系统模式的能耗更低，其经济性也更优。

      鉴于闭式系统和屏蔽门系统各自不同的技术经济优势，在我国地铁建设的实际工程中，北方地区城市采用闭式系统更为常见。而在空调期较长的南方地区城市，例如广州、深圳、香港等地，地铁每年的空调期甚至超过８个月，因此，这类地区选择屏蔽门系统作为地铁通风空调系统的技术方案具有显著的优势。

      在我国地铁工程建设中，实际形成的格局是，典型的北方地区城市地铁通风空调以闭式系统为主要的系统模式；而在南方地区则以屏蔽门系统作为主要的系统模式。当地气象特征处在两者之间的地区，其系统模式的选择主要通过不同模式的技术经济比较，选择相对较优的系统模式作为该地区地铁工程的通风空调系统模式。