地下鐵道環境的特點

　　由于地下車站和區間隧道是一個大型狹長與外界聯系面較小的地下空間，密集的乘客，高速的列車和各種機電設備的運行，以及連續的照明都會產生很大的熱量，不及時排除就會導致地鐵內溫度逐年上升；此外地鐵內各種設備及列車運行引起的噪聲、有害氣體、列車活塞效應對車站空氣環境的擾動，以及隧道內因潮濕所造成的霉爛氣味等都會使地下環境不斷惡化；同時當人流密集、空間狹小、密閉性高的地鐵內發生事故、火災時，人員的安全疏散和煙氣的排除也是非常重要的問題。

　　鑒于以上各種因素，因此必須要設置環控系統對車站和區間隧道內的溫度、濕度、氣流速度、噪聲以及事故、火災情況下人員安全疏散措施等進行全面控制。有效、可靠的環控系統對保證地鐵交通的乘客安全、舒適和確保設備運行及壽命是十分必要的。

地鐵環控系統的功能

地鐵環境控制的目的:

　　地鐵環境控制的目的是利用通風和空調等手段，把車站與區間隧道的熱環境控制在一定范圍內，以創造一個適宜的人工環境，滿足乘客和工作人員生理和心理上對所處環境中空氣的溫度、濕度、質量、流速、噪聲等諸多因素的綜合要求，同時保證地鐵列車和其它機電設備正常地工作。

地鐵環控系統的功能:

　　正常運行情況下，通過空調或通風等手段排除余熱、余濕，為地鐵乘客創造一往返于地面至車站至地鐵列車內的過渡性舒適環境，最大限度地吸引客流。

　　為滿足地鐵車站內各種設備及管理用房的工藝和功能要求提供適宜的溫度和濕度條件，保證地鐵內的工作人員和運行設備有一個良好的工作環境，以確保地鐵列車正常安全運營。

　　當地鐵列車阻塞在區間隧道時，向阻塞區間內提供足夠的送、排風量，以保證列車空調冷凝器能繼續運行。

　　當地鐵內發生火災時，向疏散的旅客提供迎面新風，誘導乘客安全撤離，同時還具備排煙功能，防止乘客和工作人員被窒息。

環控系統的組成

　　深圳地鐵一期工程環控系統采用屏蔽門系統，因此車站采用空調/機械通風方式，區間隧道采用活塞通風/機械通風方式。整個環控系統由以下部分組成：

區間隧道活塞風系統和機械通風系統（TVF系統）

站臺下/軌道頂排熱通風系統（UPE/OTE系統）

車站公共區空調、通風兼排煙系統

車站設備管理用房空調、通風兼排煙系統

車站制冷空調水系統

地鐵熱負荷分析

　　地鐵列車與大量客流所產生的熱量是影響地鐵車站與隧道空間熱環境的主要因素。在地鐵高速運輸系統中，第一熱源為地鐵列車發熱量（其中包括列車啟動、走行、加速、制動等發熱）；第二熱源為地鐵列車空調設備冷凝器發熱量；第三熱源為乘客人體散熱量、車站照明燈具、廣告牌和售檢票機等設備發熱量。其中，第一熱源和第二熱源的發熱量要占到總發熱量的2/3以上，第三熱源約占總發熱量的1/3左右。深圳地鐵一期工程環控系統經過專題研究和方案論證、比較與分析，確定采用屏蔽門系統。在車站站臺層安裝屏蔽門后,列車停站時屏蔽門與車門一一對應打開，列車出站時屏蔽門關閉，區間隧道內地鐵列車所產生的各種發熱量主要靠列車運行時產生的活塞風和站臺下/軌道頂排熱通風系統（UPE/OTE系統）來排除；列車在區間隧道內發生阻塞或火災工況時主要靠區間隧道通風系統（TVF系統）來提供新風或排煙。

　　地鐵車站站臺層安裝屏蔽門后將車站候車區域與區間隧道行車區域完全分隔開來，因而可以阻隔地鐵列車的發熱量及列車空調冷凝器發熱量（即第一和第二熱源）進入站臺乘客候車區域，車站公共區的熱負荷主要為乘客的人體散熱量和車站照明燈具、廣告牌、售檢票機、電梯扶梯等設備發熱量。由于在地鐵車站內車站照明燈具、廣告牌、售檢票機、電梯扶梯等設備的數量是固定不變的，而乘客卻始終是處于流動狀態（即上下車、進出站），同時乘客數量也是處于變化的（平常時段和高峰時段不同），因此車站公共區空調負荷是根據站內乘客的流動情況和乘客數量的改變而時刻變化的。

　　深圳市位于北緯22°5′，氣候屬亞熱帶季風氣候，熱量豐富，日照時間長，雨量充沛。冬季無嚴寒，夏季濕熱多雨，其中熱季具高溫高濕氣象條件，每年持續8個月以上。根據深圳市的氣候特點，深圳地鐵車站公共區的空調通風系統在空調狀態下需要運行8個月以上，其余時間為通風狀態運行，系統須全年長期運行，設備長時間運轉（每天18個小時以上）。深圳地鐵一期工程車站冷負荷和空調風量是按遠期2028年晚高峰客流量運營條件來計算，車站新風量是按遠期2028年早高峰客流量運營條件來計算，并以此計算結果為依據進行車站制冷、空調、通風設備的選型設計，但初近期即2010年以前的客流量僅是遠期2028年客流量的1/3～1/2，因此所選設備的容量遠遠大于初近期的車站負荷。所以如何使車站公共區空調通風系統及設備能夠根據負荷的變化進行調節，以便在提供滿足乘客候車環境的同時實現節約能源，降低運營成本的目的，是設計中必須認真考慮的問題。

變頻調速技術

　　變頻調速是一種先進且較成熟的技術，它是通過整流器、逆變器和控制電路將頻率一定的交流電變成直流，再將直流逆變為不同頻率的交流，以達到對交流異步電機進行調速控制。在各種工程中采用變頻調速技術可以實現節約能源，延長設備壽命，降低噪音，改善環境質量的目的。變頻調速技術已在民用及工業建筑的中央空調系統設計及工程實踐中得到了具體應用，產生了較大的影響并取得了顯著的成效。變頻調速技術之所以能夠得到快速發展和廣泛應用，主要取決于其在電氣傳動領域無可比擬的優越性：在傳統的、無調速工況的傳動領域內實現變頻調速，可平均節能40％以上，特別是在壓縮機、水泵、風機的應用上，因為轉速和風量成正比關系，和壓頭成平方關系，和功率成立方關系，因此設備轉速的改變直接影響到功率（運行能耗）的變化；變頻調速實現了電動機由零電流、零電壓開始的軟啟動，完全消除了電機啟動對電網的沖擊污染和對其它用電設備的損壞；變頻調速可以實現對各種工況的連續調節，使系統的運行品質得到改善。

　　傳統的空調設計是以滿足整個系統最大負荷要求為原則和標準進行的，而在絕大部分運行時間中，最大負荷是不會經常出現的，且空調負荷的變化常常在40％以上；如前所述，地鐵車站的特點是人員流動性大，有較明顯的負荷變化，一般早晚高峰時段比平常時段高出近一倍。在空調系統中采用變頻調速技術就可以根據負荷及工況的變化對設備及系統隨時進行調節，以便在提供舒適滿意環境條件的同時實現節約能源，降低運營成本的目的，是今后空調系統設計發展的一個主流方向。

環控系統主要設備與節能措施分析

　　深圳地鐵一期工程環控系統中的主要運轉設備為冷水機組、冷卻塔、水泵、TVF風機、UPE/OTE風機、組合式空調箱、回排風機、空調新風機等。

　　區間隧道機械通風系統中TVF風機的作用是列車在區間隧道發生火災工況時排煙和列車停運時夜間通風，經過系統模擬計算TVF風機只有在計算極限風速下運行工作，才能確保火災工況時煙氣的有效排除和保證夜間通風冷卻隧道的效果，因此TVF風機的運行狀態是不能作調整的。

　　站臺下/軌道頂排熱通風系統中UPE/OTE風機正常情況每日從地鐵運營開始至運營結束期間一直運作，是長期運作風機。其作用是排除列車進站、停站、出站時的產熱量，以減少列車發熱量對車站及區間的影響，同時還兼容排煙功能。考慮到近遠期列車對數不同，列車發熱量不同，風機的排風量不同（初近期列車對數6～25對條件下，要求風機風量為30～40m3/s；遠期列車對數10～30對條件下，要求風機風量為40～55m3/s），UPE/OTE風機采用雙速風機來調節風量，在初近期使用低速檔運轉，在遠期使用高速檔運轉，既能滿足功能要求又可以達到良好的節能效果，同時對風機的控制簡單可靠容易實現。

　　制冷空調水系統由螺桿式冷水機組、冷卻塔、水泵組成為車站空調提供冷源，螺桿式冷水機組的特點是具有良好的部分負荷特性，冷量調節范圍為20～100%，機組本身采用節能循環系統和微處理機自動跟蹤負荷變化，根據水溫值與設計設定值的差異變化來改變冷量輸出，冷水機組無級調節范圍完全可以滿足地鐵車站冷負荷的調節要求無需進行變頻。

　　車站公共區空調通風系統由組合式空調箱、回/排風機、空調新風機組成，以往一般都是采用定風量運行，靠調節設備的運行臺數來適應車站負荷的變化。經過負荷計算和分析，車站在早高峰和晚高峰小時的冷負荷明顯出現峰值，全日逐時冷負荷變化率比較均勻，冷負荷分布幅度寬廣。采用定風量調臺運行的空調風量與車站冷負荷變化規律存在一定的差異，如采用變頻調速系統進行調節，可以使空調風量與車站逐時負荷變化規律相一致，既滿足車站公共區熱環境的要求又可以達到更好的節能效果，據初步估算車站公共區空調通風系統采用變頻調速技術后運行初期階段每個車站每年可節省電費一百萬元左右。

　　深圳地鐵一期工程是深圳市唯一的國家重點項目，市委、市政府給予了高度重視并提出了“起點高、水平高、質量高、成本低”的方針和要求。為此在深圳地鐵一期工程設計中采用了多項國內外先進技術，其中我們以深圳地鐵一期工程四號線中的福民站、少年宮站為試驗站，將變頻調速技術應用到地鐵環控系統設計中。

車站公共區空調通風系統變頻調速控制

　　深圳地鐵一期工程少年宮站、福民站作為試驗站，車站公共區空調通風系統采用了變頻調速控制技術。車站公共區空調通風系統由組合式空調箱、回/排風機、空調小新風機組成，對組合式空調箱送風機、回/排風機進行變頻調速，空調小新風機為定風量運行。同時為保證車站公共區空調通風系統的運行，當變頻器出現故障時，可通過手動或自動將所控制的設備轉為工頻。

　　采用變頻調速技術即利用變頻器調節電機的轉速，使空調箱送風機的風量隨