天津市地下铁道运营有限公司
摘要：城市化建设的快速发展，地铁建设也在各城市兴起，但地铁作为一种特殊的地下建筑，相对封闭的地下空间易出现潮湿问题，特别是新建隧道，在运营初期的潮湿问题更为严重，潮湿的环控不利于区间设备的正常运行，存在影响运营和消防的严重隐患，本文通过对空气潮湿度的分析，对解决隧道内潮湿问题的方法进行探讨，充分利用空气的焓湿图，提出利用区间机械通风控制隧道内空气湿度的可行性。
关键词：地铁；湿度；结露；通风
1、研究背景及意义
随着我国城市化建设的快速发展，各城市的城市轨道交通发展迅速，城市轨道交通在城市公共交通网络的组成中占有重要地位。地铁作为城市轨道交通中的主力军，也是相对特殊的一类建筑，地铁的主体建筑一般均位于地下，相对深度在数米到数十米，其上盖土壤层，属于一个相对封闭的区域，空气流通不畅且湿源广泛，潮湿的环境对人员和地铁设备都存在很大的影响。
地铁内部通风空调系统的主要作用就是调节地铁内空气的温湿度、流速和空气质量，空调系统可以很好的解决潮湿问题，但目前地铁多用的屏蔽门系统将车站与隧道分隔开来，空调系统的辐射范围主要包括车站内公共区和人员、设备用房，良好的解决车站的潮湿问题。但是，在空调系统无法覆盖的区域，尤其是列车行驶的隧道区间，潮湿的环境不利于区间设备的正常运行。
2、潮湿的原因及影响
国内的地铁隧道，特别是深度大的区间，在建成或运营初期，空气湿度普遍较大，夏季（或雨季）达到湿度的最大值，经常出现或轻、或重的结露甚至结雾情况。根据分析，出现这种情况的可能一般有两种：
1）新建隧道易出现隧道壁漏水的情况，形成凝水；
2）室外空气含湿量大，地下区间温度低，室外空气进入隧道后加重隧道内空气湿度，在隧道壁形成结露。
地铁隧道不同于一般隧道工程，地铁隧道内安装有供电、通信、信号、给排水、消防、综合监控、屏蔽门等多个专业的电气设备及线缆，虽然设备及线缆的选用和安装均符合相关的防水、防潮规范，但长期处于高湿度的环境中，容易出现结露，导致箱体、线缆套管、电气设备等的严重锈蚀，影响设备正常运行的同时，易出现短路，引起电气火灾事故的发生。列车供电系统一般采用1500V（750V）直流电源，若供电接触网（轨）的绝缘性受潮湿（结露）影响，直接影响供电安全；同时，隧道内消防设施的功能丧失将直接导致消防系统的局部瘫痪，严重影响运营和消防安全。
3、湿度控制的探讨
3.1 空气的焓湿图
我们常说的潮湿是指在一定条件下，每单位空气中含有水汽过多导致的一种人体感觉，干空气和水汽组成的混合气体称之为湿空气，为了更为方便的表达湿空气中各种参数之间的关系，制成空气的焓湿图。
图1. 空气的焓湿图
焓湿图看上去较为复杂，但实际上只有六种线：
① 45°的等焓线；
② 垂直的等焓湿量线；
③ 弧型的等相对湿度线；
④ 近似水平的等温线；
⑤ 水蒸气分压力线；
⑥ 热湿比线。
焓湿图就像一本字典，可以根据其中的一个参数查询空气中的其他参数。通过对焓湿图的观察，在不考虑其他相对稳定的因素的情况下，很容易得到不同温度下湿空气中的水汽含量，同样的含湿量在不同温度下的空气相对湿度是不同的，温度越低相对湿度越大，温度越高相对湿度越小，当温度降低到相对湿度超过100%时，湿空气中的水汽就形成了结露，所以结露情况多发生在温度较低的隧道洞体和金属设备表面。
3.2 区间通风对湿度的控制
地铁区间与外界的通风主要靠区间隧道活塞/机械通风兼排烟系统（简称“TVF 系统”），主要包括风机和风路上的风阀，一般的区间机械通风采用相邻两个车站两台TVF风机一送一排的方式，个别长区间需要射流风机予以辅助通风。对于区间湿度的控制，机械通风作为首选，但对于机械通风系统的使用，需要注意隧道内外的空气参数，避免造成隧道内湿度加大，同时需考虑对隧道蓄冷和列车活塞风压的影响。
结合空气的焓湿图，做以下分析：
假设一：某日天气预报的室外干球温度为33℃，相对湿度为57%，如图中A点，此时的空气含湿量为18.3（g/kg干空气）；若隧道内土壤温度为13.5℃，如图中B点，隧道内饱和空气的含湿量为9.8（g/kg干空气），按此时的气候条件，向隧道内每送1m³（按1.14kg/ m³）的室外空气，会增加8.5g湿量，超过了B点温度下的饱和量，必然造成结露情况。
假设二：某日天气预报的室外干球温度为20℃，相对湿度为36%，如图中C点，此时的空气含湿量为5（g/kg干空气）；若隧道内土壤温度为13.5℃，相对湿度为81%，如图中D点，隧道内空气的含湿量为7.5（g/kg干空气），按此时的气候条件，向隧道内每送1m³（按1.14kg/ m³）的室外空气，可减少2.5g湿量，有效的减少了隧道内的水汽含量。
通过以上两个假设，容易得到：当室外空气中的含湿量小于隧道内空气中的含湿量时，利用机械通风可以有效的控制隧道内的湿度。
为了解决地铁隧道内空气潮湿的问题，可监测室外和隧道内的空气含湿量，当室外空气含湿量大于隧道内空气含湿量时，应关闭机械通风和关闭风路上的风阀，以阻隔隧道与室外的空气流通，避免更多的水汽进入地铁隧道；当室外空气含湿量小于隧道内空气含湿量时，应开启风路上的风阀，并适时开启机械通风，促使室外较干的空气与隧道内的湿空气进行交换，以降低隧道内空气的含湿量。
4、结束语
在天津地铁六号线在运营初期，出现了新线夏季区间潮湿严重的情况，空气湿度最高已达90%以上，区间的各专业设备表面出现了严重的结露现象，部分FAS设备出现对地短路故障，部分接触网设备表面凝露，通过对接触网进行的绝缘测试，发现部分区间的绝缘值已低于标准值，存在极大的运营安全隐患。通过对空气湿度的分析，利用焓湿图查询室内和隧道内的空气含湿量，实地测试了前文两种假设情况下，区间机械通风对隧道内空气湿度的影响，验证了机械通风对隧道内湿度控制的可行性。
参考文献：
1.《地铁车站通风空调和泵类设备智能化控制设计》；何进；西南民族大学学报
2.《地铁通风空调系统节能的新进展》；高波，李先庭，韩宗伟，郜义军；暖通空调
3.《地铁通风空调系统节能的新进展》；李镭；广州大学硕士论文
论文作者:李帅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/23
标签：隧道论文; 空气论文; 区间论文; 湿度论文; 地铁论文; 潮湿论文; 室外论文; 《基层建设》2018年第8期论文;