摘要：地铁车站冷却塔为空调系统热交换设备，担负地下站空调制冷系统与室外热交换，是地铁重要的地面附属设施之一。本文通过调研总结深圳地铁一至三期的工程实例，本着冷却塔满足功能需求的前提下，减少占地、合理布置的原则，分析研究地铁冷却塔与城市功能空间的联系，体现轨道交通的人性化设计，间接保证城市的景观环境。
关键词：冷却塔设置形式；设计形式；适用条件；技术要点
1 冷却塔的工作原理
冷却塔是空调制冷系统的室外终端热交换设备。车站内空调产生的热量通过冷却水散热，热水流入冷却塔，让空气与热水在塔内交换，水被冷却后，又回到车站，再重新带走车站内的热量。车站内人员、设备、新风的热量经过4次热交换，最后由冷却塔散发到室外大气中。冷却塔工作原理如图1所示。
图1 冷却塔工作原理图
2 总体设置原则
冷却塔的总体设计应符合城市规划、环评及环保要求，因地制宜，选择合理的设置方案。有条件与周边建筑结合的，应与周边业主进行协商，优先考虑将冷却塔与周边建筑相结合。冷却塔在满足功能需求的情况下，应尽可能的减少设备数量，优化冷却塔尺寸。冷却塔应具有针对火灾、水淹、风灾、地震、冰雪和雷击等灾害的预防措施；低于地平面安装的冷却塔在设计上应充分考虑排涝防淹，做好排涝设置，确保冷却塔安全性和实用性。
3 冷却塔设置形式及适用性条件
通过调研总结深圳地铁一至三期的工程实例。本文将冷却塔设置形式及适用条件分为五类：
（1）地面安装冷却塔：是指冷却塔基础及冷却塔完全设置在地面以上。宜采用方形横流塔，适用于一般城市建成区域；冷却塔两侧绿化带不宜小于1米，并能利用绿化遮挡冷却塔的区域；一般情况下，宜使用地面安装冷却塔。
（2）基础下沉安装冷却塔：是指冷却塔基础设置在低于地平面的敞开基坑内，冷却塔基础及底部低于地平面，冷却塔进风口底部高于地平面。宜采用方形横流塔，适用于对冷却塔高度有一定限制要求的区域。冷却塔两侧绿化带不宜小于1米，并能利用绿化遮挡冷却塔；冷却塔周围地势需高于百年一遇防淹水位非常工况下水位500mm。
（3）下沉安装冷却塔：是指冷却塔基础与塔体均设置在敞开基坑内，冷却塔出风口顶部低于地平面。宜采用方形横流塔，适用于无设置地面冷却塔条件的区域。冷却塔周围地势需高于百年一遇防淹水位非常工况下水位500mm。一般情况下，不宜使用下沉安装冷却塔，对有特殊要求区域，经地铁公司审批同意后方可采用。
（4）与周边建筑结合安装冷却塔：是指冷却塔与周边建筑相结合设置。宜采用方形横流塔，适用于有条件与周边建筑结合的区域；可考虑人性化设计，尽量减小对周边环境的影响。
（5）地下封闭式安装冷却塔：是指冷却塔基础与塔体均设置在封闭基坑内，基坑设置进、排风井与室外大气联通。宜采用鼓风式冷却塔，当在不满足(1)、(2)、(3)、(4)的条件下，可采用地下封闭式安装冷却塔。
4 专业技术要点
4.1 冷却塔布置原则方面
气流应通畅，湿热空气回流影响小，且应布置在车站最小频率风向的上风侧。单侧进风塔的进风面宜面向夏季主导风向，双侧进风塔的进风面宜平行夏季主导风向。冷却塔不应布置在热源、废气和烟气的排放口附近，不宜布置在高大建筑物中间的狭长地带上。
此外，按照《地铁设计规范》（GB50157－2013）的要求，地上的冷却塔与敏感建筑之间的噪声防护距离应符合表1的规定。当防护距离不能满足要求时，应在常规消声、降噪设计的基础上强化噪声防护措施。
表1 风亭、冷却塔距敏感建筑物的噪声防护距离
注：* 在有条件的新区不宜小于15m。
因此可采取下列措施：
（1）冷却塔的安装位置远离噪声敏感区域；
（2）采用超低噪声型冷却塔，并设置声屏障；
（3）进水管、出水管、补水管上设置隔振防噪装置；
（3）冷却塔可根据工程条件设导风罩，将冷却塔出风导向远离建筑物的方向；
（4）建筑上安装隔声吸音屏障；
（5）冷却塔基础与塔体连接处应设隔振装置。
4.2 冷却塔给水与排水方面
冷却塔补水应从车站给水系统补水，且冷却塔补水管应设置水表计量，并设置防倒流措施。先期冷却塔设置对其排水没有过多的要求，基本上都是在绿化带内散排。但随着城市形象的提高，对冷却塔排水的要求也相应提高。因此，冷却塔四周应设置环形排水沟，排水沟应设盖板，应采用新型树脂复合材料缝隙式盖板。针对基础下沉或下沉安装冷却塔的排水泵、排水沟及排水管的排水能力，应按当地50年一遇的暴雨强度计算，设计降雨历时应按计算确定。并且，集水坑内设置两台排水泵，平时一用一备，当雨量较大时，两台泵可同时启动。集水坑内设置三个液位，停泵液位、一泵启动液位、二泵启动液位兼高液位报警。排水泵具有三种控制方式，液位自动启停、现场控制箱手动启停、车站控制室远程监控。
5 冷却塔设计方案
5.1地面安装冷却塔
5.1.1地面安装冷却塔技术要点
(1)冷却塔尺寸、冷却塔钢支架高度、围栏的总长度与总宽度，应根据各站冷却塔具体型号而定；
(2)混凝土基础高度由出水总管确定：管径≤DN250，基础高500mm；管径≥DN300，基础高800mm；并应满足设备安装要求。
(3)围栏距冷却塔的距离，有水箱一侧为2m，有管线一侧为1.5m，其余两侧为0.8m；塔体间距为1.2m；
(4)冷却塔围栏基础高100mm；当冷却塔设于绿化带时，围栏基础高300mm；
(5)冷却塔围栏内设500mm宽，起点200mm深的排水沟，排水沟坡度为1%，端头设500mm*500mm*500mm(h)的集水井。排水就近接入市政排水管线，排水沟、集水井设盖板。
5.1.2地面安装冷却塔平剖面图如图2、图3所示
图2 平面图
图3 剖面图
5.2 基础下沉安装冷却塔
5.2.1基础下沉安装冷却塔技术要点
（1）冷却塔尺寸、冷却塔钢支架高度、围栏的总长度与总宽度，应根据各站冷却塔具体型号而定；
（2）混凝土基础高度由出水总管确定：管径≤DN250，基础高500mm；管径≥DN300，基础高800mm；并应满足设备安装要求。
（3）围栏距冷却塔的距离，有水箱一侧为2m，有管线一侧为1.5m，其余两侧为0.8m；塔体间距为1.2m；
（4）冷却塔围栏基础高300mm；
（5）冷却塔基坑深度加上围栏基础高度等于钢支架高度加上混凝土基础高度；
（6）冷却塔围栏内设500mm宽，起点200mm深的排水沟，排水沟坡度为1%；当坑内排水有条件就近接入市政排水管线时，坑内设500mm*500mm*500mm(h)的集水坑；当无条件接入市政管线时，坑内设1500mm*2000mm*2000mm(h)的集水井，集水井内设置两台排水泵，平时一用一备，当雨量较大时，两台泵可同时启动；排水沟、集水井设盖板。
5.2.2基础下沉安装冷却塔平剖面图如图4、图5、图6所示
图4 平面图一（无集水井）
图5 平面图二（有集水井）
图6 剖面图（有集水井）
5.3 下沉安装冷却塔
5.3.1 下沉安装冷却塔技术要点
（1）冷却塔尺寸、冷却塔钢支架高度、围栏的总长度与总宽度，应根据各站冷却塔具体型号而定；
（2）混凝土基础高度由出水总管确定：管径≤DN250，基础高500mm；管径≥DN300，基础高800mm；并应满足设备安装要求。
（3）围栏距冷却塔的距离，有水箱一侧为2m，两边进风侧（其中一侧布置管线）不应小于3m，其余一侧为0.8m；
（4）冷却塔围栏基础高需满足防淹要求，并不应小于1m；
（5）冷却塔风口上部高出围栏基础100mm；
（6）冷却塔围栏内设500mm宽，起点200mm深的排水沟，排水沟坡度为0.2%-0.5%，坑内设1500mmX2000mmX2000mm(h)集水井，集水井内设置两台排水泵，平时一用一备，当雨量较大时，两台泵可同时启动；排水沟、集水井设盖板。
5.3.2 下沉安装冷却塔平剖面图如图7、图8所示
图7 平面图
图8 剖面图
5.4 与周边建筑结合安装冷却塔
5.4.1与周边建筑结合安装冷却塔技术要点
（1）可考虑人性化设计，尽量减小对对周边环境的影响；
（2）设置于建筑屋顶上：预留足够的安装空间，预留管沟条件和独立的检修通道，考虑结构荷载、屋面排水，采取减振措施及消声措施，满足环评要求；
（3）设置于建筑中间层：冷却塔一侧临外墙，预留足够的安装空间，满足高度要求，预留管沟条件和独立的检修通道，考虑结构荷载，采取减振措施及消声措施，减少对周围环境的影响；
（4）设置于下沉广场：预留足够的安装空间，充分考虑噪声、卫生及其他问题对周围环境的影响；
（5）冷却塔的补水应采用车站给水系统补水。
（6）一般情况下，冷却塔不应设置于风亭上方。
因为与周边建筑结合安装冷却塔设计方案需要结合建筑自身特点，故无法提供固定模板图。
5.5地下封闭式安装冷却塔
地下封闭式安装冷却塔宜采用鼓风式冷却塔，其技术要点：
（1）鼓风式冷却塔采用散件到场，现场安装，出地面风亭兼顾设备吊装功能。
（2）视周边具体情况，再行确定设计方案。
（3）当采用顶面开设风口的风亭时，进风与排风、进风与活塞风亭口部之间的水平净距不应小于10m；
（4）风亭四周应有宽度不小于3m宽的绿篱，风口最低高度应满足防淹要求，且不应小于1.2m。当无法设置3m宽绿篱时，风口应高于地面至少2m。
（5）当采用侧面开设风口的风亭时，进风、排风、活塞风口部之间的净距不应小于5m，且进风与排风、进风与活塞风口部应错开方向布置或排风、活塞风口部高于进风口部5m；当风亭口部方向无法错开且高度相同时，排烟风亭口部与进风亭口部、出入口口部的直线距离宜大于10 m；
（6）风亭口部底边缘距地面的高度应满足防淹要求；当风亭设于路边时，其高度不应小于2m，避免排风吹向行人；当风亭设于绿地内时，风口距地面的高度不宜小于1.2m。
（7）冷却塔排风应直接排出室外，避免湿热空气在冷却塔安装空间停滞，减少对塔体周边配电箱等设备及结构的影响。
由于地下封闭式安装冷却塔受制于风道空间及尺寸影响，因此无法提供固定模板图。
6 结语
冷却塔作为地铁工程重要的地面设施之一，它的占地大小及自身体量也是重要的城市形象工程。为了高标准、高水平、高质量地建设深圳地铁，保障地铁车站设施正常使用，保证地铁工程做到安全可靠、技术先进、保护人身和财产安全，提高服务水平，充分体现轨道交通的人性化设计，本文在参考深圳地铁往期实例，并调验了解运营期间所遇到的问题，归纳总结出5类冷却塔的设置方案。因此，在满足功能的前提下，因地制宜选择冷却塔的类型，本文或许有一定的参考作用。
参考文献
[1]GB 50157－2013，地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.
[2]GB/T 50392－2016，机械通风冷却塔工艺设计规范[S].北京：中国计划出版社，2016.
作者简介
蒋正飞，助理工程师，研究方向为城市轨道交通环控及给排水。
论文作者:蒋正飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/17
标签：冷却塔论文; 基础论文; 围栏论文; 排水沟论文; 高度论文; 风口论文; 地面论文; 《基层建设》2019年第19期论文;