屏蔽门对隧道通风系统设计影响及分析摘要:通过加装屏蔽门系统必要性的分析及对广州地铁一号线隧道通风工程的研究,提出加装屏蔽门后隧道通风系统设计正常和事故运行方案,通过模拟计算和分析比较得出,只要每个车站两端的活塞风井与出站端隧道连通,原车站隧道的轨顶和站台下回风系统改造成为排风系统,就可以满足正常运行和事故运行的要求。关键词:加装屏蔽门 必要性 隧道通风系统 活塞风井0加装屏蔽门系统的必要性 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。屏蔽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,为轨道交通实现无人驾驶奠定了技术基础。目前内地深圳地铁一号线、广州地铁二号线均设置了屏蔽门系统,目的是为了简化环控系统,节约能源,提高乘客候车的安全性和舒适性[1]。 广州地铁一号线采用开闭式通风空调系统。早期规划时,在东南亚各轨道交通系统中,只有新加坡地铁系统采用屏蔽门技术,同时由于投入使用年限较短,其安全及可靠性还未能验证且屏蔽门系统投资较高,因此一号线采用了开闭式通风空调系统。广州地铁一号线全线自1999年投入运营以来,由于车站的热环境条件受隧道活塞风影响通风空调系统的能耗比较大,约占整条线路能耗的三分之一以上。从广州地铁二号线有屏蔽门系统来看,屏蔽门使车站与区间隧道的气流相互隔离,避免列车运行产生的热负荷对车站的影响,同时取消了车站两端的迂回风道和线路由地面转入地下时在洞口设置的空气幕系统,从而简化了车站环控系统,降低运营能耗,可节省运行费约38%左右。由上可见,广州地铁一号线增设屏蔽门系统是完全必要的。 目前香港的原有地铁线路如荃湾线、观塘线和港岛线的车站均已开始了增设屏蔽门系统的改造工作[2]。1工程概况 广州市地下铁道一号线工程设16座地铁车站,其中地下车站14座,地面站2座,隧道长约16.46km,公农区间设有与二号线的联络线。采用开/闭式的隧道通风系统,隧道通风系统和车站通风空调系统既相对独立又相互密切关联。区间隧道通风系统有两种设置方式: 隧道通风机设置于站厅层,推力风机设于列车出站一侧的线路外侧或站厅层板上或站台板上。推力风机将车站站台上的冷空气送到区间隧道内,以冷却阻塞停车的列车空调冷凝器。从黄沙站B端至体育中心A端10个区间隧道两头,及芳村A端广州东站B端采用如图1的设置形式。 隧道风机设于站台层,在隧道风机端部增设喷嘴,芳村站B端至黄沙站A端与体育中心B端至广州东站A端采用如图2的设置形式。 在站厅、站台公共区长度范围内设有通风空调管道均匀送风、排风。在站台下及轨道顶设有排风管。列车进站端一侧车站端部设集中冷风送风口,以冷却进站热风,集中送风量占总送风量的20%~25%。排风比例为轨顶(OTE)排60%,站台下(UPE)排40%。站台下排风道采用土建式风道,轨顶排风道为钢板风管。2隧道通风系统方案比较及分析 根据广州地铁一号线的现有情况及改造工程的设计原则,在车站站台加装屏蔽门后,将改善原有隧道通风系统火灾运行的条件,使原有系统更容易组织排除烟气、热量及送入新风,更利于乘客逃生。
2.1正常运行方案 方案一:开启车站两端活塞风道和两条隧道的迂回风道的风阀,即左右线在车站两个端头连通且与活塞风道连通。 方案二:开启车站两端活塞风道和迂回风道出站端风阀,即活塞风道设于车站的出站端。 方案三:开启车站两端活塞风道和迂回风道进站端风阀,即活塞风道设于车站的进站端。 每种方案又分加冷气与不加冷气两种情况,进行模拟计算,并分析比选。2.1.1不加冷气的正常运行方案 以上三个方案均不需要改变原设计活塞风道、风机、风阀的设置,只需改变正常运行的运行模式。根据前面三个方案,建立了隧道通风模拟计算模型,用SES(SubwayEnvironmentalSimulationComputerProgram,美国交通部组织编写,目前最新版本为SES-V4.1)进行模拟计算,模拟计算结果见图3所示。
从图3中可以看出正常运行时,方案一、二、三,隧道内温度普遍超过35℃,且超过一半的隧道温度达到38℃以上,甚至部分区段达到40℃以上,不能满足列车正常运行的环境温度要求。同时也可看出,方案三在进站端开启活塞风道的情况最差,方案一和方案二的基本情况相差不大,但方案二略优。2.1.2加冷气的正常运行方案 为解决隧道内温度超标问题,利用原系统设计中在进站端集中送入冷风的条件送入6.5m3/s的空调冷风(冷量约200kW),再次进行模拟计算,其结果如图4所示。
从图4中可以看出隧道温度已有较大改善,但方案三仍然偏高,方案一、二的隧道温度基本控制在37℃以下,且方案二略优,故设计推荐采用方案二,即活塞风道只与车站隧道的出站端相连通。 如果按方案二运行,仍有部分区间隧道及车站温度超过原设计标准35℃,其环境条件不满足现有列车寿命内的运行条件,所以对近期的情况也进行了模拟计算,根据原设计,列车近期(15年后)高峰小时行车对数为20对,即发车间隔为180秒进行模拟计算,计算结果见图5。从图中可以看出区间隧道及车站隧道内的温度均低于35℃。因此近期内采用方案二对列车运行环境无影响。由于列车空调的使用年限约为15年,使用15年后基本上需要更换,推荐在15年后的列车空调改造及采购新列车时,列车空调按37℃的运行环境改造及设计,以满足远期的运营要求。
2.2事故运行方案 由于原隧道通风系统阻塞运行时,虽然初始温度较原设计有约2℃的提高,但改善了原设计隧道风机运行时的通风效果,从总体来说原设计基本应能满足阻塞运行的要求。当发生区间阻塞情况时,可开启阻塞区间后方车站同一条隧道两端的两台隧道风机送风,前方车站一台隧道风机排风,并相应打开前方车站的车站轨道排风系统。通风方向与行车方向一致,同时屏蔽门应保持关闭状态,以保证区间的气流组织,如图6所示。并且在设置有射流风机或推力风机的特殊区段,还可运行相关辅助设备强制组织气流方向,保证区间隧道的平均温度及风速满足相关标准。 当发生火灾情况时,排烟组织需根据列车的具体着火部位选定执行模式。一般而言,当列车车头着火时,采用与行车方向一致的方向组织排烟;当列车车尾着火时,采用与行车方向相反的方向组织排烟;当列车中部着火时,则根据列车与两边中间联络通道的距离确定送风方向;当火灾位置不清楚时,按与行车一致的方向送风。排烟模式运行时,需通过区间两端车站的隧道通风设备的组合运行,保证火灾隧道的断面风速≥2m/s,有效控制烟气的流向,防止烟气蔓延。2.3方案实施 推荐方案采用每个车站两端的活塞风井与出站端隧道连通,原车站隧道的轨顶和站台下回风系统改造成为排风系统,由车站通风空调系统按各车站的改造工艺完成,因此只需调整原有系统的运行模式而不增加任何设备,即只需改造BAS系统软件即可。3广州地铁一号线加装屏蔽门经济性比较 车站加装屏蔽门后,将车站与隧道隔成两个空间,极大地减少了车站冷量泄漏,从而大幅度地减少了车站的冷负荷,按远期运行条件计算,各车站公共区的冷负荷比原系统有较大减少,包括计入送入隧道的冷量后,平均到每台组合式空调器的冷负荷基本上比每个车站原有一台组合式空调器冷量略有减少,总的送风也略有减少。以目前正在改造的黄沙站为例,改造前和改造后的空调设备和运行费用比较如表1所示。
从表1可以看出,加装屏蔽门后车站的主要空调设备数量减少了一半,年运行费用可以减少99.1万元,经济效益非常明显。4结论 ①广州地铁一号线加装屏蔽门降低了站台空调能耗、节省了运行费用。 ②由于采用屏蔽门可以减少空调设备和环控机房的土建初投资;而采用的屏蔽门国产化,则又可以降低初投资,所以总投资并非很高,因此广州现设计的几条地铁线都采用了屏蔽门系统。 ③采用屏蔽门系统的地铁隧道内温度有可能超出规范要求,因此要经过详细的模拟计算才可确定是否需要往隧道内送冷量。一号线加装屏蔽门隧道通风系统经过模拟分析,须往隧道内加冷气才能满足温度要求。参考文献[1]孙增田.屏蔽门系统在地铁的应用前景[J].地铁与轻轨,2005,(2):22-26[2]刘承东.屏蔽门系统在地铁中的应用[J].城市轨道交通研究,2000,(1):34-38
