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地鐵車站環(huán)控大系統(tǒng)圖（一端）圖[1]

4 設計時應綜合考慮的問題

    1) 一個好的環(huán)控系統(tǒng)不僅要從設計和工程兩個方面考慮完善，而且還要從運營管理方面考慮完善。運營管理要考慮便于維修、方便操作、利于節(jié)能運作，系統(tǒng)設計時就要為節(jié)能運作考慮。地鐵車站環(huán)控系統(tǒng)總的設計原則是：一是日常運營給乘客和設備提供舒適及適宜的環(huán)境；二是事故及災害情況下進行通風、排煙、排毒、排熱，起到生命保障及輔助滅火的作用；三是提高系統(tǒng)的實用性、可控性及可靠性；四是減少環(huán)控系統(tǒng)的數(shù)量，降低系統(tǒng)復雜程度，減少環(huán)控系統(tǒng)控制模式，從而減少火災等緊急情況下的反應時間，確保乘客的安全；五是降低人員操作難度和培訓難度，提高系統(tǒng)設備的可維護性，降低運營管理成本；六是系統(tǒng)設計、設備選型和實際安裝結(jié)果應達到設計的總體要求，并具有對是否達到設計的總體要求進行考核的能力及系統(tǒng)必須的基本參數(shù)調(diào)試檢測能力。

    2) 地鐵環(huán)控系統(tǒng)中各種設備的作用及功能都是由人賦予并定義的，有很多設備的功能被人為限制住，往往功能發(fā)揮不出來，只好通過增加設備來實現(xiàn)功能。如隧道風機在正常情況下是用于隧道的送排風，在突發(fā)事件情況下可以當作站臺的排風機，這樣就可以使各系統(tǒng)設備的數(shù)量和容量減少或減小，充分發(fā)揮各系統(tǒng)設備的作用。同時也可以使各系統(tǒng)設備的數(shù)量和容量按正常時設計，一旦發(fā)生突發(fā)事件，可以轉(zhuǎn)變其它系統(tǒng)的功能，使其在突發(fā)事件中發(fā)揮作用，增大系統(tǒng)所需的容量。地鐵環(huán)控系統(tǒng)應進行系統(tǒng)優(yōu)化設計，通過功能的協(xié)調(diào)與兼顧，對每個設備的功能進行擴展和限定，找出最優(yōu)的方案，在不增加大型設備的情況下，通過增加少量風閥，賦予風機新的功能，從而降低風機改變工況時的啟停次數(shù)；通過減少系統(tǒng)來減少設備，以達到降低投資，簡化運營操作，方便運營管理的目的。

    3) 用于突發(fā)事件的設備，最好能“平戰(zhàn)”結(jié)合，這樣可以通過日常的使用，檢查設備的完好情況，能及時發(fā)現(xiàn)問題，便于及時修復；一旦發(fā)生突發(fā)事件，能確保設備投入使用。最好是采用主備機的形式，平常可以是一主一備交替運行，一旦發(fā)生突發(fā)事件，主備兩臺都投入使用，增強適應事件的能力。平常使用一臺發(fā)生故障另一臺投入運行，確保設備在日常使用中，不影響運行和檢修（一臺運行一臺檢修或備用），并確保在突發(fā)事件中至少能有一臺設備投入使用，提高系統(tǒng)的可靠性。設計時應給出維修的空間和場地，否則一旦設備出現(xiàn)故障，將無法維修或給維修造成相當大的困難。
4) 地鐵系統(tǒng)因線路長站點多，在工程實施過程中涉及的設計和施工單位多，給設計管理和施工管理帶來困難，因此迫切需要統(tǒng)一管理。相同的環(huán)控工藝系統(tǒng)流程和原理在不同車站的控制模式和內(nèi)容應統(tǒng)一，全線各站的設計表達方式應統(tǒng)一，模式及模式的名稱、編號應統(tǒng)一；避免給系統(tǒng)調(diào)試、操作、人員培訓及維護管理帶來困難。

    5) 設計上應示出環(huán)控系統(tǒng)在各種運行模式下的設備啟動、關停的先后順序；提供環(huán)控系統(tǒng)工況參數(shù)及工況轉(zhuǎn)換時的參數(shù)，以便能實現(xiàn)各種工況下的參數(shù)平衡和控制；減少系統(tǒng)實際調(diào)試匹配平衡帶來的困難；給儀器儀表選型和調(diào)節(jié)閥計算提供依據(jù)。設計應考慮增設一些必要的參數(shù)檢測和控制，以方便環(huán)控工藝系統(tǒng)調(diào)試和參數(shù)匹配平衡，并對系統(tǒng)是否達到設計要求進行考核。通過增設的參數(shù)檢測和控制，實現(xiàn)參數(shù)安全聯(lián)鎖和狀態(tài)安全聯(lián)鎖，從而提高系統(tǒng)的安全性和保護能力，通過參數(shù)檢測和控制加強對系統(tǒng)運行的診斷來確保設備運行安全，方便維護檢修人員診斷故障。

    6) 設計時地面新風口與排風口應拉開距離，排風口與乘客進出口通道口也應拉開距離，相距太近，排出去的風又被抽回來，使得站內(nèi)空氣難以改善，只能依賴列車的活塞風進行換氣。當車站內(nèi)發(fā)生火災時，排出去的煙會被抽回來，使火災報警范圍迅速擴大，難以判斷火災范圍。設計時應盡量減少排風道的長度，可以避免火災排煙時，因為排煙的正壓使得封堵不嚴的地方到處冒煙，使火災報警范圍迅速擴大，難以判斷火災范圍；BAS系統(tǒng)難以判斷救災的模式，并會影響救災人員的呼吸和視線，給救災帶來困難。在地面新風口與排風口無法拉開間距的情況下，可采用噴射排風的方式來改善上述情況。風道設計應順暢，減少急轉(zhuǎn)彎，盡可能多的減少阻損。

    7) 設計時應考慮改善環(huán)控小通風系統(tǒng)的情況。環(huán)控小通風系統(tǒng)每天24小時一年到頭天天運行沒有備用，且安裝在高處，一旦發(fā)生故障維修時間較長，對各設備房內(nèi)重要設備的運行影響極大。如果采用主備機的形式上兩套環(huán)控設備，整個系統(tǒng)設備會顯得更多更復雜。因此必須考慮用其它辦法解決。另外設計時應考慮改善環(huán)控小系統(tǒng)的送風過濾除塵裝置，提高實際使用的效果，減少各設備房的灰塵，減少清潔工作量；減少清潔過濾袋的阻力，使風量變大。

    8) 單個閥門用于多種工況，最好選擇能連續(xù)控制的調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥一定要計算流通能力并選擇合適的特性曲線，通過模擬量實現(xiàn)連續(xù)控制風量，從而提高系統(tǒng)參數(shù)的可控性。對動作頻繁的調(diào)節(jié)閥，應選用工業(yè)型閥門和執(zhí)行器。調(diào)節(jié)閥應由搞控制的專業(yè)負責選型，由環(huán)控工藝專業(yè)負責安裝設計；調(diào)節(jié)閥應采用模擬量控制，并選擇合適的被調(diào)參數(shù)。當電源的可靠性較高時，可以考慮用調(diào)節(jié)閥取代防火閥，就象氣體滅火系統(tǒng)的防火閥一樣，這樣可以減少管道上閥門的數(shù)量。

    9) 防火閥的選擇非常重要，弄的不好會影響系統(tǒng)的安全和功能的發(fā)揮。防火閥的分區(qū)設置、選型、功能定義及與整個系統(tǒng)的關系應定義清楚。常用的防火閥有：自動控制反饋型（監(jiān)控型）、溫控反饋（只監(jiān)不控型型）、溫控型（不監(jiān)不控型）等幾種。自動控制反饋型用于風機聯(lián)動風閥、調(diào)節(jié)閥、BTM1301和CO2氣體滅火系統(tǒng)；溫控反饋型用于需與風機聯(lián)鎖的主風道上；溫控型用于對風機運行影響不大的支管上。防火閥功能定位不清晰，不僅會影響到環(huán)控系統(tǒng)自身功能的發(fā)揮，也會影響B(tài)AS系統(tǒng)和FAS系統(tǒng)的設計、施工安裝及軟件編程。防火閥由FAS系統(tǒng)進行監(jiān)控，當主風管防火閥關閉時，BAS系統(tǒng)得不到信息，會影響風機的安全運行。因此BAS系統(tǒng)和FAS系統(tǒng)應考慮聯(lián)鎖，或者由BAS系統(tǒng)直接監(jiān)控。

    10) 環(huán)控系統(tǒng)因為設備多，已經(jīng)使操作復雜。因此設計時既要考慮簡化環(huán)控系統(tǒng)，還要考慮簡化環(huán)控系統(tǒng)操作的等級數(shù)量。一般工業(yè)企業(yè)的一些重要設備操作也只需“三級”。因此地鐵車站環(huán)控系統(tǒng)的操作，擬為三級，最多不要超過“四級”，即“中央級操作站、車站級操作站、車站級模擬屏、車站環(huán)控電控室就地電控柜”，使得設計簡化，降低施工難度和投資，方便運營維護和操作使用。

    11) 設計時應考慮簡化環(huán)控系統(tǒng)模式。日常運營模式多一些問題還不大，但對用于消防的防排煙模式，因發(fā)生火災時煙氣蔓延的速度特別快，會在短時間內(nèi)影響到車站的所有空間（設備房和站廳站臺），這就導致大小環(huán)控系統(tǒng)都必須開啟排煙，其后果會造成控制系統(tǒng)模式判斷選擇混亂。這就要求大小環(huán)控系統(tǒng)都必須具備在短時間內(nèi)快速響應開啟的能力，具備多個模式并列運行的能力；系統(tǒng)的模式必須簡化不能太多，而且還不能相互矛盾。

    12) 火災發(fā)生時排煙和送風必須結(jié)合起來才能達到排煙的目的，否則沒有送風，煙排不出去。送風的途徑可以是出入口通道，也可以是送風系統(tǒng)。當采用出入口通道補充新風時，出入口通道的門必須符合緊急情況下的送風要求，必須納入BAS系統(tǒng)或FAS系統(tǒng)的監(jiān)控范圍。

    13) 設計時應考慮環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能運行的情況。地鐵實際運營，每天電費消耗占去運營收入的40%左右（香港地鐵每天電費消耗只占去運營收入的10%左右），其中每天電費消耗中的50%以上是環(huán)控系統(tǒng)消耗的，環(huán)控系統(tǒng)排風溫度比大氣溫度低3~6度，能耗相當驚人；活塞風損失的能耗也相當可觀，活塞風按目前行車密度約占空調(diào)系統(tǒng)總換風量的40%以上左右。地鐵環(huán)控系統(tǒng)受列車活塞風的影響波動大，能耗大，因此采用屏蔽門是必然方向，同時也可防止乘客掉到站臺路軌下，提高乘客的安全。部分能耗大，運行時間長，且運行負荷不滿能力有富余的設備，需要借助其它輔助設備排減和調(diào)節(jié)的，應考慮上變頻裝置。串聯(lián)風機的能耗較大且參數(shù)很難匹配、調(diào)整和控制，因此不推薦采用串聯(lián)風機的設計方式。

    14) 提高各設備的滿負荷運轉(zhuǎn)率，降低機械消耗，提高運轉(zhuǎn)效率。盡可能使每臺設備都運行在接近滿負荷的工況下，發(fā)揮出最大的效力。利用每臺設備都有一定的參數(shù)適應范圍和控制范圍，利用各種設備間的偶合，逐級緩慢增加設備，使系統(tǒng)從多級運作向整個系統(tǒng)的從有級向無級的過渡運作，實現(xiàn)系統(tǒng)從有級趨向到參數(shù)的無級高效節(jié)能控制。通過增加級數(shù)，縮小每一級的級差，增強適應能力，并達到節(jié)能的目的。

    15) 與控制系統(tǒng)相結(jié)合，與控制系統(tǒng)相適應。從自動控制的角度看要達到控制環(huán)境溫度的目的，可以通過以下幾個量的組合改變控制：

    （1）固定水溫、水量，改變風量；
    （2）固定水量、風量，變水溫；
    （3）固定水溫、風量、變水量；
    （4）固定水溫，改變風量、改變水量。

    上述三個量實際上都可以變，可以擇優(yōu)選擇，但在控制上較為復雜；從實際可控制和可操作的角度應采用（3），從節(jié)能的角度來看，應采用（4）方式為好。（4）方式通過客流量（AFC系統(tǒng)預測值作為設定值）的大小來改變風量，實現(xiàn)變風量控制，根據(jù)環(huán)境溫度的變化改變水量，這樣可以明顯的起到節(jié)能作用。

5 集成環(huán)控工藝系統(tǒng)

    根據(jù)上述環(huán)控系統(tǒng)的功能定義和其它要求，可以設計出如圖[3]所示的新型環(huán)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將大小環(huán)控通風系統(tǒng)集成合并，組成集成環(huán)控系統(tǒng)；該系統(tǒng)可以克服以往系統(tǒng)的不足，減少了系統(tǒng)和設備，減少了設備和土建的投資，降低系統(tǒng)的復雜程度、降低了設備操作的復雜程度，提高了系統(tǒng)設備的利用率、功能、可靠性及可控性，便于系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)，可適應地下環(huán)境的各種工況。

    1) 集成環(huán)控系統(tǒng)將大、小環(huán)控系統(tǒng)合并，其送風室、混風室、排風室均適宜采用定風壓變風量的過程控制方式，以適應不同用戶的送排風要求。可以實現(xiàn)公共區(qū)和設備房同時送冷風或直接送風；還可以實現(xiàn)設備房送冷風，公共區(qū)直接送風的工況。也可以象以往一樣大小系統(tǒng)分別運作。

    2) 集成環(huán)控系統(tǒng)共有4臺排風機和4臺送風機。4臺排風機可以有多種組合方式：（1）3臺大風機和1臺小風機組合，（2）2臺大風機和2臺小風機組合，（3）2臺大風機、1臺變頻大風機和1臺小風機組合，還有其它組合方式；大風機用于白天運營時段的公共區(qū)和設備區(qū)通風空調(diào)，小風機用于夜晚非運營時段的設備區(qū)通風空調(diào)，變頻大風機適應能力較強，可作為大、小風機的補充和備用；上述三個方案中，方案（3）適應能力較強，且較為經(jīng)濟。采用多臺排風機，可以一用多備或同時使用，互為備用的能力更強，可靠性更高，特別是小系統(tǒng)實現(xiàn)了風機冗余配置。4臺送風機的組合方式與4臺排風機組合方式一樣，在此不詳細論述；四臺送風機互為備用的能力更強，可靠性更高（若想降低投資，還可以減少1臺排風機和1臺送風機）。

    3) 集成環(huán)控系統(tǒng)將送風機和過濾裝置從組合風柜中獨立出來，可以實現(xiàn)送風機和過濾裝置與組合風柜的靈活對應，組合風柜可以并聯(lián)使用，可以降低風道的阻力，提高組合風柜換熱器的效率。易于實現(xiàn)固定水溫，改變風量、改變水量的雙變量的調(diào)節(jié)控制，使每個參數(shù)的可調(diào)范圍增大。

    4) 因發(fā)生火災時煙氣自身蔓延的速度就很快，如果環(huán)控系統(tǒng)從正常運行轉(zhuǎn)為排煙運行的動作慢了，煙氣會在回排風的作用下，以更加快的速度擴散，使煙氣在短時間內(nèi)影響到車站的所有空間（設備房和站廳站臺），這就要求系統(tǒng)必須在短時間內(nèi)快速響應，具備在短時間內(nèi)快速轉(zhuǎn)換工況和開啟設備的能力，風機和風閥總的響應時間應控制在10~15秒鐘之內(nèi)，緊急情況下風機和風閥應可以同時開啟。當集成環(huán)控系統(tǒng)設備由正常運行動態(tài)轉(zhuǎn)換到緊急排煙模式時（只要送風機一停電，即可防止通過回排風管串煙），為了防止回排風管串煙，實現(xiàn)排煙與送風同時進行的功能，回排風閥可選用快速執(zhí)行器，火災時可以使回風閥快速關閉，正在運行的排風機可以迅速排煙，送風機只送新風。為了提高系統(tǒng)的快速反應能力，送風機和排風機的聯(lián)動風閥也應采用快速執(zhí)行器，這樣可以使風機啟動的時間縮短30~40倍，可進一步減少煙氣影響的范圍。集成環(huán)控系統(tǒng)正常運行模式和排煙運行模式的主體變化并不大，其模式變化主要在支管上，因此模式得到簡化，而且不會相互矛盾。

    5) 集成環(huán)控系統(tǒng)的兩個混風室和送風室通過連通閥門聯(lián)系起來或隔斷，便于維護檢修和節(jié)能運作。采用兩套過濾裝置，互為備用的能力更強，可靠性更高；將兩套過濾裝置從組合風柜中獨立出來，可以增大過濾裝置面積；兩個混風室通過中間連通閥的連通，兩套過濾裝置可同時使用，進一步增大了過濾的面積，降低了風道的阻力。所有送風都經(jīng)過過濾，解決了所有設備房和房間的空氣過濾問題；還可以實現(xiàn)反吹風功能，除去過濾裝置中的灰塵。兩套過濾裝置可根據(jù)實際情況決定是放在風機入口的混風室，還是放在風機出口的送風室；放在風機入口的混風室，可以解決較多通風設備自身的清潔問題；放在送風室可以降低送風的噪音，使混風室的負壓不至太低。

    6) 集成環(huán)控系統(tǒng)從原理上決定了風機和閥門的安裝基本上都是在地面和靠近地面的墻上，便于安裝和維修，還可以降低設備的震動和噪音。集成環(huán)控系統(tǒng)便于立體構成和緊湊安裝，可以減少管路的長度，降低管路的阻力損失，降低系統(tǒng)的投資和造價。風機若采用垂直安裝，即可方便維修，也可進一步減少占地面積。

    7) 集成環(huán)控系統(tǒng)減少了系統(tǒng)和設備數(shù)量。動力設備風機數(shù)量由原來系統(tǒng)的平均單邊21臺（環(huán)控小系統(tǒng)圖[2]中還有部分風機沒表示出來），減少到8臺，減少了13臺，相當于原來大系統(tǒng)的設備數(shù)量；風閥設備數(shù)量由原來系統(tǒng)的平均單邊24個，增加到31(33)個，增加了7(9)個。相比之下增加風閥比增加風機合算，風閥的單價遠遠低于風機的單價。風閥的數(shù)量將會隨著用戶數(shù)量的增加而增加，但風機的數(shù)量將不會增加。另外空調(diào)水系統(tǒng)及低壓配電系統(tǒng)也將大大簡化。由于環(huán)控系統(tǒng)及與環(huán)控系統(tǒng)相關的系統(tǒng)都得到了簡化，綜合起來，全線加起來將節(jié)約幾千萬的工程投資。另外空調(diào)水系統(tǒng)中的大系統(tǒng)和小系統(tǒng)的啟停可以實現(xiàn)平穩(wěn)過渡和切換。
    
    8) 集成環(huán)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)間歇排風的功能。采用固定排風后，對列車停站時的冷卻排風，可以用列車進站開固定排風支管上的風閥，列車出站后關固定排風支管上的風閥，從而實現(xiàn)間歇排風的方式。這樣即有利于節(jié)能，又有利于改善環(huán)境空氣品質(zhì)。通過控制固定排風支管上風閥的開關實現(xiàn)間歇排風功能，無需改變排風機開關狀態(tài)，排風機只需改變風量。集成環(huán)控系統(tǒng)特別適用于有屏蔽門和沒有屏蔽門兩種情況，系統(tǒng)不變，只改變風路的支管。

    9) 集成環(huán)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)夜晚停運后向車站公共區(qū)的少量送風，確保工作人員和設備的環(huán)境良好，降低環(huán)境溫度和濕度，提高設備的使用壽命，減少設備的故障。并可利用夜晚的電價低儲蓄冷量。當排風溫度低于大氣溫度時，可改為車站微正壓工作方式，回排風不向排風井排風，而是通過出入口通道向外排風，這樣可以實現(xiàn)車站微正壓控制，可以相對保持車站內(nèi)溫度的均衡和穩(wěn)定。送風、回風、排風及新風采用調(diào)節(jié)閥，具有動態(tài)調(diào)節(jié)控制能力，以達到設備房、站內(nèi)外動態(tài)平衡控制。當環(huán)控系統(tǒng)排風溫度比大氣溫度低3~6度時，回排風只回不排，通過向機房或隧道送風，實現(xiàn)二次利用，然后通過固定排風，排向大氣。

    10) 集成環(huán)控工藝系統(tǒng)可以適應各種類型的車站，可以統(tǒng)一地鐵全線各站的工藝流程，方便設計、施工、維護及管理。

    11) 集成環(huán)控系統(tǒng)將大、小環(huán)控系統(tǒng)合并后，要適應的參數(shù)范圍擴大，工藝系統(tǒng)要求的功能增加，因此必須強化控制系統(tǒng)，與控制系統(tǒng)相結(jié)合，與控制系統(tǒng)相適應。

6 結(jié)束語

    目前地鐵環(huán)控系統(tǒng)盡管不太完善，但也取得了一定的效果，正逐步走向成熟。隨著人們對地鐵環(huán)控系統(tǒng)認識的不斷提高，存在的問題將會不斷的減少，地鐵車站通風空調(diào)及防排煙系統(tǒng)將會更加實用，更加可靠。