李林林
【摘 要】单活塞系统是地铁工程屏蔽门制式下隧道通风常用的系统形式.针对常见合并设置的单活塞系统与分开设置的单活塞系统,从土建方案、设备选型、设备运行能耗、运行模式等方面进行对比分析,给出了两种系统的适用建议. 【期刊名称】《城市轨道交通研究》
【年(卷),期】2014(017)007
【总页数】4页(P112-114,148)
【关键词】地铁;隧道通风;单活塞系统
【作 者】李林林
【作者单位】广州地铁设计研究院有限公司,510010,广州带风扇的安全帽
【正文语种】中 文
【中图分类】U231.5
隧道通风系统是地铁工程中重要的组成系统之一。隧道通风系统的功能是保证列车正常运营所需的隧道环境，并在事故工况时向区间隧道提供一定的通风量，以满足排除烟气及诱导乘客安全撤离事故区域的需要。
地铁隧道通风系统由风道及隧道风机组成。系统在地铁车站内的占地面积约为车站总面积的1/4，且地面活塞风亭的设置增加了工程的建设及协调难度。如何在满足设计要求的前提下减少隧道通风系统的占地面积及活塞风亭的数量，以与繁华拥挤的城市环境相协调，是隧道通风系统设计追求的目标。 对于屏蔽门制式地下线路的轨道交通工程，单活塞系统是减小隧道通风系统规模的常用系统。本文针对常见的两种单活塞系统，从土建方案、设备选型、设备运行能耗、运行模式等方面进行对比分析。
真空回流炉1 单活塞系统形式
目前，通常采用的单活塞系统有隧道风机与车站轨排风机合并设置和分开设置两种形式，如图1、2所示。
图1 单活塞合并设置系统示意图
图2 单活塞分开设置系统示意图
单活塞分开设置系统中的车站隧道风机与区间隧道风机分开设置，每站设置2条20 m2的活塞风道、4台隧道风机、2台轨排风机及相应的机械风阀。
单活塞合并设置系统中的车站隧道风机与区间隧道风机合并设置，每站设置2条20 m2的活塞风道、4台隧道兼轨排风机及相应的机械风阀。
2 建设投资比较
隧道通风系统的设施包括土建与设备两部分。其中，土建包括位于地下的机房、风道，占总投资的主要部分;设备包括本系统的风机、风阀、消声器等。
现选取标准站对两种单活塞系统形式的土建及设备投资进行对比分析。设备典型平面布置
图如图3所示。两系统投资对比见表1。
图3 典型车站两种单活塞方案平面布置图
表1 两系统设施汇总及投资对比单活塞1 216 1 144活塞风亭/个 高风亭(地面部分) 2 2风亭百叶/m2 防雨百叶 60 60隧道风机/台 60 m3/s，900 Pa，正反转，耐温要求250℃(1 h) 4 4车站排热风机/台40 m3/s，600 Pa，变频，耐温要求250℃(1 h) 2电动风阀/个 25 m2 2 2电动风阀/个 12.5 m2 10 16电动风阀/个 7 m2 2消声器/个 3 300 mm×3 100 mm×3 000 mm 4 4合并系统隧道机房/m2 机房、风道(地下部分)系统设施 规格 单活塞分开系统消声器/个 3 300 mm×3 100 mm×2 000 mm 4 4消声器/个 3 000 mm×2 300 mm×2 000 mm 2总投资/万元1 444 1 350
表1数据选取典型站的布置方案进行统计分析。可见，单活塞分开形式较合并形式需增加投资94万元(其中土建增加72万元，设备增加22万元)。当车站布置方案不同时，土建面积也会不同。对于带配线的车站，两系统的土建面积差值将会更小。
3 设备房长度影响
影响车站设备用房长度的主要因素有车站配线设置和车站供电房间(牵引所等)的设置。
合并系统受配线的影响较大，一般不在带配线的车站中使用，因为其会使全线的系统形式多样化，导致控制工艺要求复杂。
4 设备选型匹配比选
风机选型的主要参数为风机压头、风量及风机效率。风机特性曲线与管路特性曲线匹配后的工作点应处于风机效率的高效区。设Q为风机风量，H为风机压头，n为风机转速，风机选型曲线如图4所示，高效区处于a、b点间，风机最高效率为 ηmax，a、b两点之间效率高于90%ηmax。
图4 风机选型曲线
4.1 分开设置系统形式
对于分开设置系统形式，管路曲线只有一条，按照图5进行风机选型即可。在轨排风机设置变频器变频运行时，风机效率点仍然处在高效区。
风机变频运行时满足风机相似率Q1/Q2=，系统节能运行。
图5 分开设置系统风机选型曲线
4.2 合并设置系统形式
对于合并设置系统形式，管路曲线有两条，分别为区间隧道特性曲线与轨排风道特性曲线。风机与管路特性曲线如图6。其中，R1为区间隧道特性曲线，R2为轨排风道特性曲线，n1为风机工频运行曲线，n2为风机降频运行曲线。
图6 合并设置系统风机选型曲线
图6中，a点的风量为Qa，压头为Ha，是风机作为区间隧道风机时的工作点;此时风机效率处在高效区。c点的风量为Qc，压头为Hc，是风机作为车站隧道排风机时的工作点。b点是与a点对应的n2转速下的相似工作点;该点风机效应与a点相等，风机效率处在高效区。由此可知，a点与b点满足相似率关系，c点与a点不满足相似关系率，c点风机效率会有所降低，偏离效率高效区。
综上，对于合并系统形式，为系统选择合适的风机，使风机的效率均处在高效区是相当困难的。根据车站的实际情况，当大端设备房长度越长，即隧道风机房距车站有效端头越远时，轨排风道的阻力将加大，R2特性曲线会更加恶劣，c点风机效率下降更快，轨排风机运行能耗会更高。
5 设备运行能耗
车站隧道通风系统(轨行区排风系统)需全年长期运行，轨排风机的效率与设备运行能耗息息相关。两种单活塞系统风机效率见表2。
风机轴功率计算式为:
式中:
Q——风机风量，m3/s;
H——风机压头，Pa;
η——风机效率。
根据工程经验，通常地铁初、近期设计高峰小时发车对数相差较大，且全天行车对数也有变化，隧道内在初、近期较低密度行车对数条件下温度较低，因此，轨排风机配置变频器，根据全日行车计划按时间顺序变频运行。车站轨排风机变频运行方案及能耗比较如表3所示。
热熔胶封箱机表2 两种单活塞系统风机效率原因分开设置系统形式 ≤85系统 效率/%风机单向出风合并设置系统形式 ≤70 风机正反转，影响因素为风机叶片形式等风机结构上的不同
表3 车站隧道风机运行方案及能耗比较表单活塞分开设置系统单活塞合并设置系统风量40 m3/s，效率≤85%，运行时间2 h/d风机变频运行方案风量 40 m3/s，效率≤70%，运行时间2 h/d风量30 m3/s，效率≤83%，运行时间4 h/d风量 30 m3/s，效率≤60%，运行时间14 h/d风量20 m3/s，效率≤80%，运行时间 10 h/d风机数/台2 2能耗/(万 kWh/年) 10.2 21.79运行费/(万元/年) 7.75 16.56注:表中电费按0.76元/kWh计算
综上，每个车站初投资时，单活塞分开形式较合并形式需增加投资94万元，但年运行费用可节省约8.81 万元。
6 运行模式
汽水取样正常模式:单活塞分开设置系统与合并设置系统实现的功能相同，可实现活塞通风和轨排机械排风;差别在于分开设置系统可实现轨排变频节能运行。
事故模式:单活塞分开设置系统与合并设置系统实现的功能相同;差别在于合并系统正常运行时隧道风机排风，当该车站需投入送风模式时，风机要停机才能执行反转，存在一个时间延迟，且风机控制风阀较多，控制模式较复杂，降低了系统的可靠性。
7 结语
单活塞合并设置系统风道和机房的占地面积小，且减少了风机的数量，使车站规模得到进一步压缩。但是，合并系统隧道风机用于排风时效率偏低，对设备性能的要求提高，控制风阀较多，控制模式较复杂，系统的可靠性降低，系统受配线的影响较大，
一般无法在带配线的车站中使用。单活塞分开设置系统占地面积大，但设备布置灵活，设备运行效率高，系统可靠性较高。两种单活塞系统均可满足工程需求，可根据工程实际情况来选择适合的隧道通风系统。
参考文献
［1］高俊霞，王迪军，贺利工，等.广州市轨道交通线网隧道通风及供冷方式专题研究［G］.广州，2005.
［2］广州市地下铁道总公司.广州市地铁2号线工程设计总结［M］.北京:科学出版社，2006.
［3］罗燕萍.城市轨道交通工程隧道通风系统研究与优化设计［M］.北京:中国建筑工业出版社，2013.涉水喉
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