地鐵車(chē)站環(huán)控大系統圖（一端）圖[1]

4 設計時(shí)應綜合考慮的問(wèn)題

    1) 一個(gè)好的環(huán)控系統不僅要從設計和工程兩個(gè)方面考慮完善，而且還要從運營(yíng)管理方面考慮完善。運營(yíng)管理要考慮便于維修、方便操作、利于節能運作，系統設計時(shí)就要為節能運作考慮。地鐵車(chē)站環(huán)控系統總的設計原則是：一是日常運營(yíng)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(jìn)行通風(fēng)、排煙、排毒、排熱，起到生命保障及輔助滅火的作用；三是提高系統的實(shí)用性、可控性及可靠性；四是減少環(huán)控系統的數量，降低系統復雜程度，減少環(huán)控系統控制模式，從而減少火災等緊急情況下的反應時(shí)間，確保乘客的安全；五是降低人員操作難度和培訓難度，提高系統設備的可維護性，降低運營(yíng)管理成本；六是系統設計、設備選型和實(shí)際安裝結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(jìn)行考核的能力及系統必須的基本參數調試檢測能力。

    2) 地鐵環(huán)控系統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(lái)，只好通過(guò)增加設備來(lái)實(shí)現功能。如隧道風(fēng)機在正常情況下是用于隧道的送排風(fēng)，在突發(fā)事件情況下可以當作站臺的排風(fēng)機，這樣就可以使各系統設備的數量和容量減少或減小，充分發(fā)揮各系統設備的作用。同時(shí)也可以使各系統設備的數量和容量按正常時(shí)設計，一旦發(fā)生突發(fā)事件，可以轉變其它系統的功能，使其在突發(fā)事件中發(fā)揮作用，增大系統所需的容量。地鐵環(huán)控系統應進(jìn)行系統優(yōu)化設計，通過(guò)功能的協(xié)調與兼顧，對每個(gè)設備的功能進(jìn)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(guò)增加少量風(fēng)閥，賦予風(fēng)機新的功能，從而降低風(fēng)機改變工況時(shí)的啟停次數；通過(guò)減少系統來(lái)減少設備，以達到降低投資，簡(jiǎn)化運營(yíng)操作，方便運營(yíng)管理的目的。

    3) 用于突發(fā)事件的設備，最好能“平戰”結合，這樣可以通過(guò)日常的使用，檢查設備的完好情況，能及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，便于及時(shí)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?？梢允且恢饕粋浣惶孢\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，提高系統的可靠性。設計時(shí)應給出維修的空間和場(chǎng)地，否則一旦設備出現故障，將無(wú)法維修或給維修造成相當大的困難。
4) 地鐵系統因線(xiàn)路長(cháng)站點(diǎn)多，在工程實(shí)施過(guò)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(lái)困難，因此迫切需要統一管理。相同的環(huán)控工藝系統流程和原理在不同車(chē)站的控制模式和內容應統一，全線(xiàn)各站的設計表達方式應統一，模式及模式的名稱(chēng)、編號應統一；避免給系統調試、操作、人員培訓及維護管理帶來(lái)困難。

    5) 設計上應示出環(huán)控系統在各種運行模式下的設備啟動(dòng)、關(guān)停的先后順序；提供環(huán)控系統工況參數及工況轉換時(shí)的參數，以便能實(shí)現各種工況下的參數平衡和控制；減少系統實(shí)際調試匹配平衡帶來(lái)的困難；給儀器儀表選型和調節閥計算提供依據。設計應考慮增設一些必要的參數檢測和控制，以方便環(huán)控工藝系統調試和參數匹配平衡，并對系統是否達到設計要求進(jìn)行考核。通過(guò)增設的參數檢測和控制，實(shí)現參數安全聯(lián)鎖和狀態(tài)安全聯(lián)鎖，從而提高系統的安全性和保護能力，通過(guò)參數檢測和控制加強對系統運行的診斷來(lái)確保設備運行安全，方便維護檢修人員診斷故障。

    6) 設計時(shí)地面新風(fēng)口與排風(fēng)口應拉開(kāi)距離，排風(fēng)口與乘客進(jìn)出口通道口也應拉開(kāi)距離，相距太近，排出去的風(fēng)又被抽回來(lái)，使得站內空氣難以改善，只能依賴(lài)列車(chē)的活塞風(fēng)進(jìn)行換氣。當車(chē)站內發(fā)生火災時(shí)，排出去的煙會(huì )被抽回來(lái)，使火災報警范圍迅速擴大，難以判斷火災范圍。設計時(shí)應盡量減少排風(fēng)道的長(cháng)度，可以避免火災排煙時(shí)，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系統難以判斷救災的模式，并會(huì )影響救災人員的呼吸和視線(xiàn)，給救災帶來(lái)困難。在地面新風(fēng)口與排風(fēng)口無(wú)法拉開(kāi)間距的情況下，可采用噴射排風(fēng)的方式來(lái)改善上述情況。風(fēng)道設計應順暢，減少急轉彎，盡可能多的減少阻損。

    7) 設計時(shí)應考慮改善環(huán)控小通風(fēng)系統的情況。環(huán)控小通風(fēng)系統每天24小時(shí)一年到頭天天運行沒(méi)有備用，且安裝在高處，一旦發(fā)生故障維修時(shí)間較長(cháng)，對各設備房?jì)戎匾O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(gè)系統設備會(huì )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(shí)應考慮改善環(huán)控小系統的送風(fēng)過(guò)濾除塵裝置，提高實(shí)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(guò)濾袋的阻力，使風(fēng)量變大。

    8) 單個(gè)閥門(mén)用于多種工況，最好選擇能連續控制的調節閥。調節閥一定要計算流通能力并選擇合適的特性曲線(xiàn)，通過(guò)模擬量實(shí)現連續控制風(fēng)量，從而提高系統參數的可控性。對動(dòng)作頻繁的調節閥，應選用工業(yè)型閥門(mén)和執行器。調節閥應由搞控制的專(zhuān)業(yè)負責選型，由環(huán)控工藝專(zhuān)業(yè)負責安裝設計；調節閥應采用模擬量控制，并選擇合適的被調參數。當電源的可靠性較高時(shí)，可以考慮用調節閥取代防火閥，就象氣體滅火系統的防火閥一樣，這樣可以減少管道上閥門(mén)的數量。

    9) 防火閥的選擇非常重要，弄的不好會(huì )影響系統的安全和功能的發(fā)揮。防火閥的分區設置、選型、功能定義及與整個(gè)系統的關(guān)系應定義清楚。常用的防火閥有：自動(dòng)控制反饋型（監控型）、溫控反饋（只監不控型型）、溫控型（不監不控型）等幾種。自動(dòng)控制反饋型用于風(fēng)機聯(lián)動(dòng)風(fēng)閥、調節閥、BTM1301和CO2氣體滅火系統；溫控反饋型用于需與風(fēng)機聯(lián)鎖的主風(fēng)道上；溫控型用于對風(fēng)機運行影響不大的支管上。防火閥功能定位不清晰，不僅會(huì )影響到環(huán)控系統自身功能的發(fā)揮，也會(huì )影響B(tài)AS系統和FAS系統的設計、施工安裝及軟件編程。防火閥由FAS系統進(jìn)行監控，當主風(fēng)管防火閥關(guān)閉時(shí)，BAS系統得不到信息，會(huì )影響風(fēng)機的安全運行。因此BAS系統和FAS系統應考慮聯(lián)鎖，或者由BAS系統直接監控。

    10) 環(huán)控系統因為設備多，已經(jīng)使操作復雜。因此設計時(shí)既要考慮簡(jiǎn)化環(huán)控系統，還要考慮簡(jiǎn)化環(huán)控系統操作的等級數量。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(chē)站環(huán)控系統的操作，擬為三級，最多不要超過(guò)“四級”，即“中央級操作站、車(chē)站級操作站、車(chē)站級模擬屏、車(chē)站環(huán)控電控室就地電控柜”，使得設計簡(jiǎn)化，降低施工難度和投資，方便運營(yíng)維護和操作使用。

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

    12) 火災發(fā)生時(shí)排煙和送風(fēng)必須結合起來(lái)才能達到排煙的目的，否則沒(méi)有送風(fēng)，煙排不出去。送風(fēng)的途徑可以是出入口通道，也可以是送風(fēng)系統。當采用出入口通道補充新風(fēng)時(shí)，出入口通道的門(mén)必須符合緊急情況下的送風(fēng)要求，必須納入BAS系統或FAS系統的監控范圍。

    13) 設計時(shí)應考慮環(huán)控系統節能運行的情況。地鐵實(shí)際運營(yíng)，每天電費消耗占去運營(yíng)收入的40%左右（香港地鐵每天電費消耗只占去運營(yíng)收入的10%左右），其中每天電費消耗中的50%以上是環(huán)控系統消耗的，環(huán)控系統排風(fēng)溫度比大氣溫度低3~6度，能耗相當驚人；活塞風(fēng)損失的能耗也相當可觀(guān)，活塞風(fēng)按目前行車(chē)密度約占空調系統總換風(fēng)量的40%以上左右。地鐵環(huán)控系統受列車(chē)活塞風(fēng)的影響波動(dòng)大，能耗大，因此采用屏蔽門(mén)是必然方向，同時(shí)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(shí)間長(cháng)，且運行負荷不滿(mǎn)能力有富余的設備，需要借助其它輔助設備排減和調節的，應考慮上變頻裝置。串聯(lián)風(fēng)機的能耗較大且參數很難匹配、調整和控制，因此不推薦采用串聯(lián)風(fēng)機的設計方式。

    14) 提高各設備的滿(mǎn)負荷運轉率，降低機械消耗，提高運轉效率。盡可能使每臺設備都運行在接近滿(mǎn)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，使系統從多級運作向整個(gè)系統的從有級向無(wú)級的過(guò)渡運作，實(shí)現系統從有級趨向到參數的無(wú)級高效節能控制。通過(guò)增加級數，縮小每一級的級差，增強適應能力，并達到節能的目的。

    15) 與控制系統相結合，與控制系統相適應。從自動(dòng)控制的角度看要達到控制環(huán)境溫度的目的，可以通過(guò)以下幾個(gè)量的組合改變控制：

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

    上述三個(gè)量實(shí)際上都可以變，可以擇優(yōu)選擇，但在控制上較為復雜；從實(shí)際可控制和可操作的角度應采用（3），從節能的角度來(lái)看，應采用（4）方式為好。（4）方式通過(guò)客流量（AFC系統預測值作為設定值）的大小來(lái)改變風(fēng)量，實(shí)現變風(fēng)量控制，根據環(huán)境溫度的變化改變水量，這樣可以明顯的起到節能作用。

5 集成環(huán)控工藝系統

    根據上述環(huán)控系統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。該系統將大小環(huán)控通風(fēng)系統集成合并，組成集成環(huán)控系統；該系統可以克服以往系統的不足，減少了系統和設備，減少了設備和土建的投資，降低系統的復雜程度、降低了設備操作的復雜程度，提高了系統設備的利用率、功能、可靠性及可控性，便于系統參數的調節，可適應地下環(huán)境的各種工況。

    1) 集成環(huán)控系統將大、小環(huán)控系統合并，其送風(fēng)室、混風(fēng)室、排風(fēng)室均適宜采用定風(fēng)壓變風(fēng)量的過(guò)程控制方式，以適應不同用戶(hù)的送排風(fēng)要求?？梢詫?shí)現公共區和設備房同時(shí)送冷風(fēng)或直接送風(fēng)；還可以實(shí)現設備房送冷風(fēng)，公共區直接送風(fēng)的工況。也可以象以往一樣大小系統分別運作。

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

    3) 集成環(huán)控系統將送風(fēng)機和過(guò)濾裝置從組合風(fēng)柜中獨立出來(lái)，可以實(shí)現送風(fēng)機和過(guò)濾裝置與組合風(fēng)柜的靈活對應，組合風(fēng)柜可以并聯(lián)使用，可以降低風(fēng)道的阻力，提高組合風(fēng)柜換熱器的效率。易于實(shí)現固定水溫，改變風(fēng)量、改變水量的雙變量的調節控制，使每個(gè)參數的可調范圍增大。

    4) 因發(fā)生火災時(shí)煙氣自身蔓延的速度就很快，如果環(huán)控系統從正常運行轉為排煙運行的動(dòng)作慢了，煙氣會(huì )在回排風(fēng)的作用下，以更加快的速度擴散，使煙氣在短時(shí)間內影響到車(chē)站的所有空間（設備房和站廳站臺），這就要求系統必須在短時(shí)間內快速響應，具備在短時(shí)間內快速轉換工況和開(kāi)啟設備的能力，風(fēng)機和風(fēng)閥總的響應時(shí)間應控制在10~15秒鐘之內，緊急情況下風(fēng)機和風(fēng)閥應可以同時(shí)開(kāi)啟。當集成環(huán)控系統設備由正常運行動(dòng)態(tài)轉換到緊急排煙模式時(shí)（只要送風(fēng)機一停電，即可防止通過(guò)回排風(fēng)管串煙），為了防止回排風(fēng)管串煙，實(shí)現排煙與送風(fēng)同時(shí)進(jìn)行的功能，回排風(fēng)閥可選用快速執行器，火災時(shí)可以使回風(fēng)閥快速關(guān)閉，正在運行的排風(fēng)機可以迅速排煙，送風(fēng)機只送新風(fēng)。為了提高系統的快速反應能力，送風(fēng)機和排風(fēng)機的聯(lián)動(dòng)風(fēng)閥也應采用快速執行器，這樣可以使風(fēng)機啟動(dòng)的時(shí)間縮短30~40倍，可進(jìn)一步減少煙氣影響的范圍。集成環(huán)控系統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(jiǎn)化，而且不會(huì )相互矛盾。

    5) 集成環(huán)控系統的兩個(gè)混風(fēng)室和送風(fēng)室通過(guò)連通閥門(mén)聯(lián)系起來(lái)或隔斷，便于維護檢修和節能運作。采用兩套過(guò)濾裝置，互為備用的能力更強，可靠性更高；將兩套過(guò)濾裝置從組合風(fēng)柜中獨立出來(lái)，可以增大過(guò)濾裝置面積；兩個(gè)混風(fēng)室通過(guò)中間連通閥的連通，兩套過(guò)濾裝置可同時(shí)使用，進(jìn)一步增大了過(guò)濾的面積，降低了風(fēng)道的阻力。所有送風(fēng)都經(jīng)過(guò)過(guò)濾，解決了所有設備房和房間的空氣過(guò)濾問(wèn)題；還可以實(shí)現反吹風(fēng)功能，除去過(guò)濾裝置中的灰塵。兩套過(guò)濾裝置可根據實(shí)際情況決定是放在風(fēng)機入口的混風(fēng)室，還是放在風(fēng)機出口的送風(fēng)室；放在風(fēng)機入口的混風(fēng)室，可以解決較多通風(fēng)設備自身的清潔問(wèn)題；放在送風(fēng)室可以降低送風(fēng)的噪音，使混風(fēng)室的負壓不至太低。

    6) 集成環(huán)控系統從原理上決定了風(fēng)機和閥門(mén)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(dòng)和噪音。集成環(huán)控系統便于立體構成和緊湊安裝，可以減少管路的長(cháng)度，降低管路的阻力損失，降低系統的投資和造價(jià)。風(fēng)機若采用垂直安裝，即可方便維修，也可進(jìn)一步減少占地面積。

    7) 集成環(huán)控系統減少了系統和設備數量。動(dòng)力設備風(fēng)機數量由原來(lái)系統的平均單邊21臺（環(huán)控小系統圖[2]中還有部分風(fēng)機沒(méi)表示出來(lái)），減少到8臺，減少了13臺，相當于原來(lái)大系統的設備數量；風(fēng)閥設備數量由原來(lái)系統的平均單邊24個(gè)，增加到31(33)個(gè)，增加了7(9)個(gè)。相比之下增加風(fēng)閥比增加風(fēng)機合算，風(fēng)閥的單價(jià)遠遠低于風(fēng)機的單價(jià)。風(fēng)閥的數量將會(huì )隨著(zhù)用戶(hù)數量的增加而增加，但風(fēng)機的數量將不會(huì )增加。另外空調水系統及低壓配電系統也將大大簡(jiǎn)化。由于環(huán)控系統及與環(huán)控系統相關(guān)的系統都得到了簡(jiǎn)化，綜合起來(lái)，全線(xiàn)加起來(lái)將節約幾千萬(wàn)的工程投資。另外空調水系統中的大系統和小系統的啟?？梢詫?shí)現平穩過(guò)渡和切換。
    
    8) 集成環(huán)控系統可以實(shí)現間歇排風(fēng)的功能。采用固定排風(fēng)后，對列車(chē)停站時(shí)的冷卻排風(fēng)，可以用列車(chē)進(jìn)站開(kāi)固定排風(fēng)支管上的風(fēng)閥，列車(chē)出站后關(guān)固定排風(fēng)支管上的風(fēng)閥，從而實(shí)現間歇排風(fēng)的方式。這樣即有利于節能，又有利于改善環(huán)境空氣品質(zhì)。通過(guò)控制固定排風(fēng)支管上風(fēng)閥的開(kāi)關(guān)實(shí)現間歇排風(fēng)功能，無(wú)需改變排風(fēng)機開(kāi)關(guān)狀態(tài)，排風(fēng)機只需改變風(fēng)量。集成環(huán)控系統特別適用于有屏蔽門(mén)和沒(méi)有屏蔽門(mén)兩種情況，系統不變，只改變風(fēng)路的支管。

    9) 集成環(huán)控系統可以實(shí)現夜晚停運后向車(chē)站公共區的少量送風(fēng)，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(jià)低儲蓄冷量。當排風(fēng)溫度低于大氣溫度時(shí)，可改為車(chē)站微正壓工作方式，回排風(fēng)不向排風(fēng)井排風(fēng)，而是通過(guò)出入口通道向外排風(fēng)，這樣可以實(shí)現車(chē)站微正壓控制，可以相對保持車(chē)站內溫度的均衡和穩定。送風(fēng)、回風(fēng)、排風(fēng)及新風(fēng)采用調節閥，具有動(dòng)態(tài)調節控制能力，以達到設備房、站內外動(dòng)態(tài)平衡控制。當環(huán)控系統排風(fēng)溫度比大氣溫度低3~6度時(shí)，回排風(fēng)只回不排，通過(guò)向機房或隧道送風(fēng)，實(shí)現二次利用，然后通過(guò)固定排風(fēng)，排向大氣。

    10) 集成環(huán)控工藝系統可以適應各種類(lèi)型的車(chē)站，可以統一地鐵全線(xiàn)各站的工藝流程，方便設計、施工、維護及管理。

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

6 結束語(yǔ)

    目前地鐵環(huán)控系統盡管不太完善，但也取得了一定的效果，正逐步走向成熟。隨著(zhù)人們對地鐵環(huán)控系統認識的不斷提高，存在的問(wèn)題將會(huì )不斷的減少，地鐵車(chē)站通風(fēng)空調及防排煙系統將會(huì )更加實(shí)用，更加可靠。