摘要：对苏州地铁2号线一个区间隧道和一个车站隧道气温进行测试，在分析现有隧道风机功能与运行模式基础上提出运行模式优化建议。结果表明：早晚间区间隧道风机无开启必要；地铁运营初期排热风机无开启必要；可选取行车对数、隧道壁温、室外气温三个参数作为排热风机的控制参数。
关键词：地铁；隧道；隧道气温；控制模式
1 前言
目前，我国已建和在建地铁线路，其地下车站基本均采用站台设置全封闭屏蔽门的通风空调系统。其隧道通风系统，主要由区间隧道（含辅助线）通风及防排烟系统（简称隧道通风系统）及车站轨行区排热兼排烟系统（简称轨行区排热系统）两个子系统组成[1-3]，虽然不同地区隧道风机控制方式基本相同，但在实际运营中，其合理性仍有可探讨之处，如早晚间区间隧道是否具有开启必要性，排热风机选取行车对数作为控制参数是否合理。
2 温度测试
2.1 测试地点选取
选取运营年限不超5年的苏州地铁2号线，对两个紧邻车站之间的一个区间隧道和一个车站隧道气温进行测试。苏州地铁2号线隧道通风为屏蔽门系统模式。
2.2 测试设备选取与测试安排
考虑数据的连续性及测试的灵活性，采用有数据记录功能的温湿度测试设备，每测点设置一台测试设备，获取隧道内各测点连续的温湿度数据。选用仪器参数如下：
表1 测试设备参数表
3 隧道风机功能及现有运行模式分析
3.1 隧道风机功能
区间隧道风机排风系统实现如下功能：
（1）区间隧道通风及防排烟系统
区间隧道通风系统采用双/单活塞风井方案，在与上、下行线区间隧道相邻两个车站的端部分别设置1个活塞风道，共设置4个区间活塞风道。
列车正常运行时系统应能排除隧道余热余湿，同时使隧道内空气压力变化率满足相关设计标准；
列车阻塞在区间隧道时系统应能向阻塞区间提供一定的通风量，保证列车空调器等设备正常运行和为乘客提供足够的新风量；
列车火灾时系统应能及时排除烟气、控制烟气流向，并诱导乘客向安全区疏散。
（2）轨行区排热系统
在车站有效站台范围内站台门外侧的停车线部分，设置轨顶、轨底排热风系统。轨顶排风道和站台板下排风道均采用土建式风道，通过排热风室把轨底与轨顶的排风道汇合，通过风阀的开度调节轨顶排风为60%，轨底排风为40%。
3.2 隧道风机现有运行模式
收集同一气候区内同为屏蔽门制式的区间隧道风机控制模式，如苏州、徐州、郑州、武汉等，具体如下：
（1）区间隧道通风及防排烟系统运行模式
区间隧道通风及排烟主要分为正常运行模式、检修运行模式、阻塞运行模式和火灾运行模式，在各种运行模式中，相同系统的各城市基本相同，只有阻塞运行模式稍有区别，各模式具体工作如下：
1）正常运行模式
列车正常运行时，轨行区排热系统运行，车站两端的活塞风阀开启，区间隧道内利用列车运动产生的活塞作用排除区间隧道的余热、余湿。远期可利用在夏季昼夜温差大的特点，在早晚间开启隧道风机隔站送排风半小时，达到给隧道降温的目的。
2）检修运行模式
当有区间内的施工、检修作业时，由控制中心根据实际情况确定系统运行模式及运行时间。
3）列车区间阻塞运行模式
当列车因故障或其它原因而停在区间隧道内、且停车时间超过一定的时间（2min或4min），运行相应的阻塞模式，由列车后方的隧道风机进行送风，列车前方的隧道风机进行排风，控制阻塞区间隧道的平均温度≤40.0℃，列车空调冷凝器周围温度≤45.0℃，区间隧道断面风速在2～11m/s范围内，保证阻塞列车的空调冷凝器正常工作及车内乘客的新风量要求。
4）列车区间火灾运行模式
列车在区间隧道发生火灾时，根据着火点的位置开启相应的区间事故风机进行送风、排烟的气流组织，向乘客和消防人员提供必要的新风量，形成一定的迎面风速。区间隧道内气流速度控制在2～11m/s范围内，保证及时排除烟气，引导乘客安全迅速地撤离。
（2）轨行区排热系统运行模式
收集南京、武汉、苏州相关设计资料，其排热风机控制模式基本相同。其中，南京、武汉的控制原理为：排热风机选用变频风机，运行中根据行车对数确定排热风机的变频运行状态，行车对数为20对/s以上时，排热风机工频运行，行车对数12～20对/s，排热风机风量取某一定值（如50m3/s），行车对数6～12对/s，排热风机风量取某一定值（如40m3/s）。同时规定地铁运营公司在实际运营过程中，根据初、近、远期线路实际运行情况以及运营管理经验，调节排热风机的运行状态，以达到环控设备节能经济运营的目的。
4 区间隧道风机控制策略及运行模式研究
在现有运行模式中，存在节能空间的地方，主要在正常运行模式中早晚间风机开启和阻塞工况下风机开启时间。
4.1 早晚间区间隧道开启时间
对于早晚间区间隧道是否具有开启必要性，可从苏州地铁2号线隧道测试数据展开分析。测点1（区间隧道测点）和测点2（车站隧道测点）在夏季和冬季的测试数据如下图：
图4-1 夏季测试数据
从夏季测试数据可知，在夏季，区间隧道和车站隧道在车辆运行后和运行前，隧道气温均低于运行时的隧道气温，车辆运行与停运时隧道气温差距在2℃左右。
图4-2 冬季测试数据
从冬季测试数据可知，在冬季，区间隧道和车站隧道在车辆运行后和运行前，隧道气温均高于于运行时的隧道气温，车辆运行与停运时隧道气温差距在1℃左右，隧道气温基本在16.5～19℃之间。
综合夏季和冬季测试数据可知，车辆停运后和车辆运行前，夏季隧道气温基本为一天最低，无降温需求。对应冬季隧道气温，因冬季室外气温较低，且室外气温对隧道气温有较大影响，且冬季隧道气温基本低于20℃，即使随地铁运行年限加长，其隧道气温在冬季基本不可能超过35℃，车辆运行后，在室外低气温影响下，隧道气温呈下降趋势，故冬季车辆运行后和车辆运行前，隧道也无降温必要性。因隧道内基本无污染源，也无排污浊空气需求。
4.2 阻塞工况隧道风机开启时间
对于阻塞工况下隧道风机何时开启，从苏州、武汉、徐州等地铁线路技术文件看，主要有两个时间，其中武汉、徐州为确认阻塞超过2min 时，启动相应的阻塞模式，而苏州、郑州为车辆停在区间超过4分钟时，启动相应的阻塞模式，两种模式均是总体技术文件，基本可认为是经过相关研究和实践论证后的结论，出于安全考虑，阻塞工况下区间隧道风机可在确认阻塞2分钟后开启。
4.3 检修工况下隧道风机开启时间
对于隧道检修，一般发生在车辆停运后，从夏季和冬季测试数据可知，在地铁运营初期，停运后隧道气温不超过26℃，工作人员在此种温度下作业，温度满足人员舒适需求，对于隧道内空气长期作业下氧气不足问题，从隧道气温测试时经验看，在定点作业时间不超2小时时，人员不存在氧气不足问题，故可将2小时作为人员隧道内定点工作开启隧道风机的时间节点。对于变地点作业，因隧道内存有较多空气，在有限人员工作下，无开启区间隧道风机必要性。
5 排热风机控制研究
5.1 排热风机开启时间研究
（1）排热风机开启时间
首先，由测试数据知，运营初期无开启排热风机降温需求，正常运营时可不开启。
其次，在实际运营中，应根据实际需求进行控制，根据合理的控制参数合理的控制排热风机的开启与关闭。
5.2 排热风机控制参数研究
（1）控制参数选取
排热风机设置的主要目的是控制隧道气温和车站隧道事故排烟，而地铁隧道气温又受多种因素影响，如室外气温、车辆散热、车辆发车频率等[4-7]，在控制排热风机时，选取哪个参数来控制排热风机，成为排热风机能否有效控制的关键。
开启排热风机的理由主要有三个，分别为车站隧道气温超标、车辆在车站隧道故障、车站隧道发生火灾，当其中一个条件满足时排热风机均应开启。
对于车辆在车站隧道故障、车站隧道发生火灾，排热风机为必须开启，只需车辆故障信号或车站隧道火灾信号排热风机就会开启。
对于车站隧道气温超标，在实际执行中难于把控。首先，已建和在建车站隧道均无法实现隧道气温的全方位连续监测，如要在常年高湿度（常年相对湿度90%以上）且空气中含有铁粉的布置测试系统，需克服腐蚀和设备短路两大难题，且需布置较多的探测器，综合分析，测试隧道气温成本高难度大。
地铁运营初期和室外气温较低的情况下，按照行车对数控制排热风机存在无效控制的情况，根据可操作及各参数相互印证的需要，可另外引入室外气温和隧道壁温两个参数，对室外气温和隧道壁温测试，均可避免测试设备接触隧道空气，且车站范围内隧道壁温变化较小，布置3～5个测点即可完成隧道壁温测试，故引入室外气温和隧道壁温两个控制参数可行。
综合分析，选取行车对数、隧道壁温、室外气温三个参数作为排热风机的控制参数。
（2）控制参数测试与数值选取
1）室外气温
室外气温应测试活塞风井吸风状态时的室外气温，故测点应距活塞风井有一定距离，建议测点距离活塞风井和排风井10米以上，距地面2米以上，车站每端设置三个测点，取每端三个测点测试值平均值。
2）隧道壁温
车站隧道气温呈中间高两端低的状态，故在布置隧道壁温测点时，在车站隧道中点和中点两侧各10米处布置三个测点，在车站端头均活塞风井10米靠近车站一侧各布置一个测点，全站布置5个隧道壁温测点，排热风机控制选取的隧道壁温取各测点测试最大值。
3）行车对数
以行车计划为准。在实际控制中可将行车对数做为输入量，减小控制复杂程度，故排热风机控制选取的行车对数以行车计划为准。
6 结论
（1）在夏季，区间隧道和车站隧道在车辆运行后和运行前，隧道气温均低于运行时的隧道气温，差距在2℃左右。
（2）区间隧道风机在车辆运营前后的半小时无开启需求。
（3）运营初期无开启排热风机降温需求，正常运营时可不开启。
（4）可选取行车对数、隧道壁温、室外气温三个参数作为排热风机的控制参数。
（5）排热风机控制选取的行车对数以行车计划为准。
参考文献：
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论文作者:刘伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/11
标签：隧道论文; 区间论文; 气温论文; 风机论文; 模式论文; 车站论文; 热风机论文; 《基层建设》2018年第15期论文;