摘要：本文主要介紹了軌道交通（主要是地鐵）站空調的設計要點、冷源形式和機組選型。得出以下結論：①地鐵站的空調設計參數、負荷組成與普通民用建筑不同，空調通風占據了更為重要的地位。②地鐵站冷源可采用集中式和各站點獨立冷源兩種形式，應根據具體情況進行選擇。③由于軌道交通站主機容量往往按遠期負荷考慮，為了確保機組在部分負荷下的運行效率，國內多采用螺桿機。

關鍵詞：集中供冷式冷源 獨立冷源 螺桿機

二十世紀九十年代以來，隨著我國城市邊緣化規模的不斷擴大，城市人口流通量急劇增加，交通擁堵現象日益嚴重，傳統的公共交通工具已經無法滿足城市人群日常出行需求。因此運量大、速度快且污染小的軌道交通成為了各大城市解決交通日益緊張問題的必由之路。城市軌道交通建設作為一項投資巨大的基礎建設項目，一方面受到國家宏觀政策的控制，一方面需要考慮到城市長期規劃和發展的切實需求，往往伴隨著巨大的投資風險。以武漢市輕軌運行數據顯示，輕軌公司每天需55萬元收入才能償付運行費用（包括員工工資、用電電費、每日貸款本息和其它費用），而實際售票收入僅在1.5～3萬元之間，這對當地財政是一筆沉重的貼補負擔。國內多個城市軌道建設項目的無法計劃開工或者叫停，也都與建設資金無法落實相關。因此，軌道交通的規劃、設計和運營，應盡力做到經濟、實用、安全。

據國內外軌道交通工程對地鐵的造價分析，一般土建工程造價占50％～55％；技術設備的建設、購置、安裝費用占45％～50％（其中軌道占2％～7％，車輛占13％～17％，機務段占5％～6％，牽引供電占7％～10％，通信信號占10％～12％，其他占1％～4％）。中央空調對于地鐵和輕軌車站而言，是必不可少的設備投入，尤其是地鐵，其特殊的空調環境也對空調設計提出了不同于地面建筑的要求。在確定空調設計方案以后，我們在空調設備的選擇上應當秉承經濟合理的原則。以前國內的中央空調市場被國外的幾大品牌所壟斷，國產中央空調則主要集中在家用和小型商用領域。隨著我國中央空調生產技術的不斷成熟和完善，目前國內已有多個廠家開始進入大型中央空調機組的研制和銷售領域。國產中央空調性能指標和特性并不亞于國外同類產品，而且在特殊產品的定制和服務上，比國外廠家更具優勢，所以軌道交通空調設備的國產化是大勢所趨。

2.1 軌道交通的分類和特點

軌道交通可按不同角度分類，按所處的空間位置可分為“地鐵”和地面鐵路；按所用軌道的輕重可分為“輕軌”和“重軌”。一般來說，運送客流量大的走地下，稱為地鐵；運量小、主要走地面的為輕軌。

軌道交通具有運量大、污染小、方便快捷的特點。相比而言，地鐵的運能大，幾乎不受地面氣候和交通的影響，但造價高；輕軌的運能較小，但造價較地鐵低，受地面交通和氣候的影響較大。

2.2 地鐵站空調設計特點

車站空調屬于舒適性空調的設計范疇。輕軌站位于地面，其空調設計可按照普通車站的設計參數和條件進行設計，這里不再贅述。而地鐵基本上與地面環境隔絕，室外大氣的溫、濕度只對車站空調負荷存在間接的影響。其空調設計參數的選取和空調負荷的計算與常規舒適性空調不同。

地鐵站內除工作人員外，其它人員只做短暫停留。為節約能源，只考慮乘客有一個短時間的舒適環境即可。由于人體對環境溫度有明顯感覺的溫差在2℃以上，乘客由地面進入車站，需要經過一個由外界環境溫度逐漸過渡到站內溫度的過程，這樣人體才不會產生忽冷忽熱的感覺。以廣州地鐵一、二號線設計為例[2]：

廣州地鐵一號線：站廳 t=30℃ φ=45~65% 站臺 t=29℃ φ=45~65%

廣州地鐵二號線：站廳 t=29℃ φ=45~65% 站臺 t=27℃ φ=45~65%

這樣乘客從地面過站臺，直到上車，環境溫度變化為33.5℃（廣州室外設計溫度）[3]→29℃（站廳）→27℃（站臺、車內），這樣的溫度變化是一個衛生舒適的過程。

至于站內管理用房，由于工作人員長時間在內工作，可取常規設計溫度tn＝24～27℃。其它設備用房可根據運行和工藝要求來確定設計溫、濕度值。

據文獻[1]，列車本身及列車空調的散熱約占74％，照明、廣告燈箱的散熱約占6％，設備（如自動扶梯、售票機等）的散熱約占5％，乘客和工作人員的散熱約占15％；地鐵圍護結構周圍的土壤能吸收大量的熱量并儲蓄起來，夏蓄冬放，以調節地鐵內空氣的溫度。根據一些資料記載，此部分熱量占地鐵產熱量的25％～40％。列車本身及列車空調排放的熱量扣除傳入地鐵周圍土壤的熱量之外，剩余部分由隧道通風系統排到室外。車站內的空調負荷包括站內乘客和工作人員散熱、照明散熱和其它設備散熱量。

從車站的空調負荷組成可看出，地下車站的主要熱源來自列車，當站臺使用屏蔽門將列車與站臺公共區分開時，車站的冷負荷就可以減少為開/閉式車站的1/2～1/3。

車站公共區（也稱車站大系統），一般比較狹長，如果只在車站一端設置風柜，那么單條送、回風管就會過長，各個送風口難以實現阻力平衡，送風不均勻。為了避免這一現象，應該在車站兩端設置風柜，各自承擔大系統空調負荷的1/2，對工作區進行均勻送風。以廣州地鐵站為例，因為采取集中控制，單一區域空調面積大，所以一個區域的送風量就高達20多萬，為了實現各送風口的阻力平衡，確保出風口的余壓，除了對風柜本身的強度和控制要求較高之外，更重要的是需要在進行風管設計時，盡量少考慮采用風閥調節（容易產生“撥一發而動千鈞”的現象，很難調節），而應該合理設計風管尺寸，依靠風管本身實現自平衡。目前國際上通用的風道計算方法一共有四種：靜壓復得法、假定速度法、等摩阻法和T算法，對于車站空調這種需要變風量設計的場合，靜壓復得法是最佳的計算方法。

車站設備管理用房（也稱車站小系統），具有工作時間固定（24小時運行），空調負荷較穩定的特點。小系統的空調負荷只占大系統設計值的一小部分，為了管路布置方便 ，小系統的風系統可以和大系統共用。但因為大系統的空調負荷具有明顯的不同時段，峰谷時水系統流量變化大，所以小系統的水系統應該獨立設置。

地鐵隧道通風按位置不同可分為區間隧道通風系統和車站隧道通風系統，按系統形式可分為開式和閉式系統。開式系統是直接將列車運行產生的隧道熱風直接引出室外；閉式系統是將車站送、排風道和隧道送、排風道合用，冷負荷由大系統制冷機承擔；列車運行時產生活塞效應將站內空調冷風引入隧道，列車停站時，在列車底部和頂部設置局部排風系統，排出列車剎車和頂部空調產生的熱量。

軌道交通站可選取集中供冷式冷源和各站獨立冷源兩種方式。

集中供冷可省去部分站點的機房建設，以廣州地鐵二號線首期工程建設為例，全線長23.265公里，共有16個地下車站，1個地面車站和3個高架車站。除三元里站設置單獨制冷機之外，其它15個地下車站分別由四個集中冷凍站供冷。因為冷凍站的供冷半徑較大，往往在2～3公里以上，所以冷水在輸送過程中冷量損失大，水泵揚程、功率隨之增加，而且供、回水管沿隧道區間敷設，對檢修和保養極為不便。根據交通站空調負荷具有明顯的峰谷特性，因此在集中供冷模式下，可在提供分時電價政策的地區考慮采用冰蓄冷空調系統，夜間利用低價電運行主機蓄冰，白天峰段融冰供冷，并根據負荷情況選擇制冷機部分開啟或者完全不用開機，節省了空調運行費用。另外，采用冰蓄冷進行低溫送風，還可以減少風管和水管的尺寸，這部分減少的占用空間體積對于地下土建工程十分具有經濟意義。目前冰蓄冷空調系統分動態和靜態蓄冰兩種，動態蓄冰的靈活性和經濟性均優于靜態蓄冰，可做優先考慮。

各站點獨立冷源和集中供冷的優缺點互補，因為供冷規模較小，所以采用常規冷水機組供冷即可。這種冷源形式增加了各個站點的機房建設，按照國內軌道交通車站的一般規模來計算，機房面積在100～150m2左右。以建成的廣州地鐵一號線為例[2]，各地鐵站冷源獨立，如果采用集中供冷，所節省的機房面積占環控機房面積的比例就很小，考慮到集中供冷的各項弊端，采用獨立冷源更加合適。

因此，以上兩種形式的冷源應根據具體情況來靈活選擇。例如車站的管理用房，或者在舊地鐵站增加附屬用房的情況下，可考慮單獨采用一拖多空調，與車站大系統冷源獨立，這樣不僅照顧到車站大、小系統空調時間上的差異，也解決了大、小系統共用冷源時的冷量平衡調節問題。

因為軌道交通空調主機容量往往是按遠期負荷考慮的，具有一定的設計余量，而且一年四季氣候條件以及每天不同時段的客流量波動較大，所以國內地鐵目前常用螺桿機作為空調主機，主要是考慮到站內空調的部分負荷運行工況，必要的話還可以采用變頻水泵進行變頻調節。

螺桿機具有五大關鍵部件：壓縮機、油分離裝置、冷凝器、蒸發器和制冷配件。這五大部件的配置大致確定了螺桿機的性能和可靠性。例如最新設計的齒數比為5:6的非對稱雙螺桿壓縮機，比常見的齒數比4:6的壓縮機熱效率可提高10～12％，省電25％；采用新型旋風式的油分離裝置可將壓縮機排氣油含量降低到3ppm以下，而普通螺桿壓縮機油氣分離裝置油含量則只能達到8～10ppm[4]。在確保產品質量和服務的基礎上，產品價格成為了主機選擇的重要因素。以常規冷水機組供冷系統為例，主機價格占空調機房部分造價的80％左右（不含安裝及材料費），而國內頂極配置的冷水機，其價格平均可比國外同水平產品低15～20％左右，而且在產品非標定制方面也更具優勢。

由于軌道交通建設具有投資大、資金回收期長的特點，而車站僅僅是乘客暫時停留的場所，所以車站應盡量不要設置與基本功能無關的設施，如商業大廳、集散大廳和售票廳等。這些過剩的功能區設置只會徒增工程造價，實際運行時在這些商業、景觀功能房間逗留的人群很少，而在進行空調設計時，又必須考慮到這部分負荷，增加不必要的主機設計容量。當然，這些并不是空調設計技術上的過失。但是應當呼吁，為降低城市軌道交通設計造價，有關部門在進行規劃設計時，應該沿襲簡樸、方便、實用的風格，避免建設華而不實的“形象工程”。

本文針對軌道交通站（主要是地鐵站）的特點，介紹了其空調設計要點、冷源形式和設備選擇的基本理論知識，可得出以下結論：

①地鐵站的空調設計參數、負荷組成與普通民用建筑不同，空調通風占據了更為重要的地位。

②地鐵站冷源可采用集中式和各站點獨立冷源兩種形式，應根據具體情況進行選擇。

③由于軌道交通站主機容量往往按遠期負荷考慮，為了確保機組在部分負荷下的運行效率，國內多采用螺桿機。在國內一些積累多年空調生產經驗的大型空調企業已經進入大型中央空調水冷機組市場的大環境下，選用國內質量可靠的產品，可為軌道交通空調設施建設提供更好的經濟性。

參考資料