地铁车站迂回风道及安全门对热环境改善

地铁车站迂回风道及安全门对热环境改善
唐敏
摘要：随着我国城市地铁的迅速发展，地铁作为一种“绿色交通”依其独特的优势，在解决城市交通拥挤问题中越来越受到青睐，但也出现了一些急需解决的空气动力学和热力学问题，地铁运行所产生的活塞风对地铁环境有着重要的影响。本文从活塞风对地铁热环境的影响入手，分析了安全门对控制活塞风的作用，并具体讨论了迂回风道采用全高安全门时站台热环境的改善。
关键词：地铁车站；迂回风道；安全门；热环境
一、活塞风对地铁热环境的影响
地铁活塞风对于地铁热环境有着重要的影响。地铁内的热负荷主要是列车运行时所产生的热量。在开式系统和屏蔽门系统中可以利用这种不需要附加动力的空气流动形式对地铁隧道进行通风换气，特别是在过渡季节，可以有效地与外界进行热量交换，节约风机的能耗。闭式系统中也可以利用活塞风携带一部分车站空调冷风进入隧道，冷却隧道内的空气，以保证车辆空调设备的正常运转。
然而，地铁活塞风也有其不利的一面，主要是对闭式系统。由于地铁系统的第一热源和第二热源分别为列车运行产热量和列车空调设备产热量，这些热量基本上产生在隧道内。列车行驶时生成的活塞风将这部分热量携带进下一个车站，而下一个车站中的空调冷空气受到正压，通过地铁站进出口排放到室外，造成能量上的浪费。而对于列车驶离的上一个车站，由于活塞风带走其一部分空调冷空气，车站内形成负压室外空气又通过地铁站进出口进入车站内，同样增大了车站内的冷负荷。这样随着列车一列列地驶过，车站周期性地得到活塞风带来的热量以及吸入的室外空气的热量。如果不对这种情况进行有效的遏制，车站内的冷负荷越来越大，经过一段时间的积累，必须加设通风和空调设备，这又将加大投资和运行费用。
二、安全门对控制活塞风的作用
对由于列车活塞运动引起的车站和隧道内的空气流动性质有所了解，对于如何采取措施来控制车站内的气流速度是很有必要的。地铁活塞风的大小与列车在隧道内的阻塞比、列车的行驶速度、列车行驶时的空气阻力、空气与隧道壁面间的摩擦力等因素有关，控制活塞风的措施有：
（1）改变车站、隧道和气流井的几何尺寸对降低活塞风风速的作用；
（2）限制车速来降低隧道内活塞风流速的方法。
此外，在近年国内许多地铁工程实践当中都采用了冷却阻尼风技术来减小活塞风对地铁站台环境的影响。但就其实际应用而言，亦存在着许多的问题，如冷却阻尼风量的合理确定和送风方式的正确选择等等。
地铁屏蔽门系统属于车站设备系统之一，屏蔽门系统安装在站台边缘，将站台公共区与隧道轨行区完全屏蔽，减少站台区与轨行区之间冷热气流的交换，降低了环控系统的运营能耗；安全门系统是现代化地铁工程的必备设施，它沿地铁站台边缘设置，将列车与地铁站台候车区隔离。屏蔽门和安全门系统的设置可以有效防止乘客有意或无意跌入轨道，减小噪声及活塞风对站台候车乘客的影响，改善了乘客候车环境的舒适度。
（1）半高安全门
由于半高安全门对既有土建结构的影响较小，所以现今很多地铁车站选用了半高安全门。安全门系统是现代化地铁工程的必备设施，它沿地铁站台边缘设置，将列车与地铁站台候车室隔离。安全门主要分为可以开启的活动门和不能开启的固定门两个部分。活动门与列车门一一对应，列车进站并停稳后，活动门与列车门同时打开，乘客上下列车后，活动门与列车门同时关闭，列车才能驶离站台。安全门除了可以为候车乘客提供可靠的安全保障，还能降低噪音，集安全、环保、节能为一体。
（2）全高安全门
全高安全门是一道带有格栅的玻璃隔墙和活动门，它沿车站站台边缘和两端头设置，把站台乘客候车区与列车进站停靠的区域分隔开。与半高安全门的区别在于出于美观考虑，设置上部封顶，看不到隧道顶端设置：与全封闭式屏蔽门的区别在于上下部设置格栅，不影响气流组织的流动，只在站台上0.5～2m的区域之间为玻璃隔墙，使乘客免受气流影响。
（3）屏蔽门
自上而下全封闭式屏蔽门，将站台与轨道完全隔绝开，与列车车门联动启闭，车站的通风空调系统相对独立运行。空调季节，车站车行区的排热系统排除列车发热部件散发的热量，区间隧道通风系统处于开始运行状态。列车在正常运行时区间隧道借助列车行使的活塞风效应将室外新风通过风亭引入隧道，吸收区间隧道内的列车发热量，再通过前方车站的车行区排热系统和风亭排至室外。当列车在区间隧道内阻塞或者发生火灾滞留在区间内时，启动车站两端的区间隧道风机，进行推挽式通风。屏蔽门系统不需要设置迂回风道。非空调季节，车站空调为全新风状态运行，区间隧道通风同空调季节。
根据国内外城市地铁运行经验及通过地铁环境模拟计算程序的计算，结果表明，屏蔽门系统和闭式系统均能满足列车正常运行、阻塞运行及火灾运行三种工况的要求。屏蔽门系统与闭式系统相比，其优点是前者用屏蔽门将隧道内的列车发热量隔断在区间内，大量减少了车站的空调系统、供电设备容量及机房面积，并且降低通风空调系统的运行费用。同时站台设置屏蔽门后可以减少列车运行噪音及区间隧道含尘空气对站台的影响，优化站台乘车环境。由于南方地区空调季节时间长，因此应用广泛，北方地区是否适合需综合评价。
三、迂回风道采用全高安全门时站台热环境的改善分析

图1X＝-30m断面温度速度云图

图2X＝-55m断面温度速度云图

图3站台层1.65m高平面温度速度云图

图4站厅层1.65m高平面温度速度云图
图1是经过楼梯口的一个断面，站台层靠近列车进站端受活塞热气流的影响较大，在安全门后等车区域温度基本在27℃以下，上部格栅区域温度达到28℃，但对人员影响不大。热气流沿着楼梯口流入站厅，其余区域温度比较均匀，在25.5左右。由速度分布云图看，楼梯口是站台气流的主要泄流口，风速值最大为0.8m/s。安全门后人员候车区速度值在0.3m/s以下，舒适性良好。
图2是靠近隧道口附近的区域，距离楼梯30米，因此站厅层受活塞气流的影响很小，温度速度都很均匀，保持在25.2℃左右、0.1～0.2m/s的舒适状态。由于距离进站端很近，站台则所受影响很大，平均温度均高于站厅层，速度梯度变化也很大，尤其在进站端的乘客候车区速度值达到了3m/s，但在人员头部区域速度在0.75m/s以下，比1.4米、1.7米高度的安全门系统舒适度有很大的提高。
图3、4是人员头部停留的区域。图5-19是距站台板上1.65m高度处温度在25.3℃左右，安全门附近区域温度最不利处也达到了30℃。由速度分布云图可以看出，在列车进站端速度偏大，0.7～0.8m/s左右，经过第一个楼梯后，阻隔了部分气流，速度值平均降为0.3m/s以下，满足乘客的舒适性。图4为站厅层地面上方1.65m高处（站厅区人体头部断面）的水平面温度速度分布，可以看出温度的分布比较均匀，基本在25℃左右，第一个楼梯口附近温度偏高，是因为列车带进的热气流通过楼梯口进入站厅层，再通过四个乘客出入口泄流掉，气流是通过出入口向外走的，所以整个站厅温度分布均匀。由速度分布云图可以看出，第一个楼梯口对站台活塞风的泄流作用最大，其附近风速达到0.8m/s，比没有迂回风道时最大风速降低了0.3m/s，其余区域平均速度值在0.2m/s左右，满足人员的舒适性要求。
参考文献
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