城市轨道交通环控系统维护与检修课件：城市轨道交通环境控制系统概述

城市轨道交通

环境控制系统概述学习目标

0102认识城市轨道交通环境控制系统了解环境控制系统的组成部分内容结构与任务关系图

情景设置李明从某职业院校城市轨道交通专业毕业后，进入某地铁公司工作。为了后续能更好地开展工作，在入职第一天，李明和其他新员工一起对地铁车站的环境控制系统进行了调研，不仅熟悉了地铁运营的空气、热、生产生活等环境，而且了解了环境控制系统的功能与类别，还重点学习了通风空调系统、车站给排水系统、监控系统等环境控制系统的重要组成部分。

任务一认识城市轨道交通环境控制系统概述城市轨道交通环境控制系统（以下简称“环控系统”）是地铁系统的重要组成部分，其任务是通过调节车站和区间隧道内的环境，一方面为乘客和工作人员提供舒适安全的乘车和工作环境，另一方面为轨道列车及各种设备提供良好的运营和工作条件。当地铁内发生火灾，引发毒气事故时，环控系统能够及时排除有害气体，为人员安全疏散提供必要的应急措施。一、地铁运营环境（一）空气环境地铁大部分站台与站厅属于封闭的地下建筑结构，自然通风无法直接到达，导致空气流通受限。地铁站厅客流密度高，聚集的大量人员释放出大量的二氧化碳，因此站内的二氧化碳及其他污染性气体不易扩散。另外，地铁特殊的排放源及微环境条件，也造成了地铁内污染物的浓度通常高于室外。地铁列车与铁轨摩擦、悬链及刹车系统磨损都会产生和聚集金属细颗粒物，造成隧道内细颗粒物的浓度升高。列车在隧道内的高速运动由于“活塞效应”形成活塞风，将大量隧道空气带入站厅，对站厅空气质量产生了不利影响。拓展内容列车在空旷的地面上运行时，列车前面的空气可毫无阻挡地被排挤到列车的两侧和上方，然后扰流到列车的后方。列车在隧道中运行时，由于隧道壁面的限制，空气流动的空间有限，列车所推挤的空气不能全部绕流到列车后方，必然有部分空气会被列车向前推动，排出到隧道出口之外。列车尾端后方存在着负压涡旋区域，因此也必然会有相应空气经开口被引入到隧道中，由此形成活塞风。如图1-1所示。图1-1活塞风形成机理示意图活塞风的形成机理及其影响拓展内容地铁活塞风对于地铁车站的环控系统和区间隧道的湿热环境都有巨大的影响，其影响机理相对比较复杂。对于屏蔽门系统，夏季列车运行时产生的活塞风会增加车站环控系统的能耗。活塞效应也有有益的一面。由于不需要其他任何形式的能量输入，仅依靠自身空气动力学，进行空气流动和循环。在开式系统和屏蔽门系统中可以利用这种不需要附加动力的空气流动形式对地铁隧道进行通风换气。在最热月，活塞风是地铁区间隧道向外排除余热和余湿的重要途径，特别是在过渡季节，可以有效地与外界进行热量交换，节约风机的能耗。一、地铁运营环境（二）热环境地铁列车在区间内运行时，部分电能以热量的形式排放到区间内。列车的运动和发热构成了区间隧道中的移动热源，大量的热量通过活塞风作用在区间隧道内输送。一般列车运行产生的热量包括列车启动和制动过程产热量、列车平稳运行过程产热量、列车空调设备及辅助设备产热量、第三轨能量损失产热量等四部分。地铁列车、车站内各种设备的运行，以及大量的人员集散，释放出的热量构成了显著的内热源，加之地层具有蓄热作用，内热源的强度也随之增强。如果仅靠空气的自然流动和扩散，很难排出如此巨大的湿热负荷，致使地铁内部热环境无法满足地铁设备正常运转的需要。一、地铁运营环境（三）生产生活环境地铁是一个狭长且相对封闭的地下建筑，地铁列车及各种设备运行产生的噪声将影响乘客对地铁乘坐舒适度的评价，所以地铁车站及车厢中的噪声问题需要有效控制。地铁运营过程中，车站工作人员和乘客的生活用水需求量大，且通风空调系统运行，冷水机组水系统需要大量的生产用水。地铁客流量大，高峰时车站及列车都相当拥挤，因此地铁一旦发生列车区间阻塞、火灾或毒气等事故，将会导致环境恶化，需采取紧急有效的措施，指引乘客迅速、安全、有效地撤离。二、环控系统的功能环控系统主要作用是在地铁车站站厅、站台、隧道、设备管理用房等四个不同的区域，通过强制通风进行散热、除湿和空气调节，给乘客和地铁车站工作人员提供一个舒适的乘车和工作环境，保证各种设备能持续、正常地运行，同时在发生火灾等事故时能及时排除区域内有毒有害气体，保证乘客和工作人员的生命安全。城市轨道交通环控系统主要实现以下三大功能：（一）空气调节功能（二）通风排烟功能（三）给排水功能练一练：城市轨道交通系统安全运营为什么离不开环控系统？三、环控系统的分类环控系统按照通风形式的不同，可分为开式系统、闭式系统和屏蔽门系统等三种类型。（一）开式系统开式系统是较为早期使用的类型，具有耗能低的特点。开式系统又细分为带空调开式系统以及不带空调开式系统，二者主要的区别在于是否利用空调进行空气辅助流通。1.不带空调开式系统不带空调的开式系统在地铁沿线车站与车站之间设置了多座通风竖井，利用列车在隧道内运行产生的活塞风或机械通风的方法，使地铁与外界进行空气的交换，利用外界空气带走车站和区间隧道内的多余热量。拓展内容机械通风是利用风机产生的压力，将外界空气有组织地送入地下车站及隧道空间，并通过排风，形成循环通风，用以改善地下空间的空气条件。由风机、风道、风阀等有机组合成的系统称为机械通风系统。当活塞通风不能满足地铁除余热和余湿的要求时，要设置机械通风系统。根据地铁系统的实际情况，可在车站与区间隧道分别设置独立的通风系统，车站通风一般为横向送排风系统，区间隧道一般为纵向送排风系统。对于当地气温不高，运量不大的地铁系统，可设置车站与区间连成一起的纵向通风系统。机械通风及其作用三、环控系统的分类2.带空调开式系统带空调开式系统是在车站与车站之间设置通风井，便于车站内空气调节，并采用空调进行必要的辅助。正常运行时，所有通风井全部开启，让外界空气和隧道内空气交换，在性能上相比于不带空调开式系统得到一定提高，通风效果较好。按照通风井设置的数量，分为二风井活塞开式系统和三风井活塞开式系统，如图1-2所示。图1-2开式系统三、环控系统的分类（二）闭式系统闭式系统与开式系统最大的不同就是地铁车站与外界环境中的空气完全隔断，利用相应设备及排风系统进行通风。闭式系统的车站一般采用空调系统，区间隧道的冷却借助于列车运行“活塞效应”携带的一部分车站的空调冷风来实现。闭式系统采用开式运行与闭式运行两种运行工况，在非空调季节，闭式系统采用开式运行。闭式系统车站如图1-3所示。图1-3闭式系统三、环控系统的分类（三）屏蔽门系统屏蔽门系统如图1-4所示，是在车站站台的边缘安装可开启的屏蔽门，将车站与隧道彻底隔离，以隔断隧道的热空气进入站台内。车站两端设置活塞风井，利用“活塞效应”通风和机械通风进行区间隧道内的通风换气。图1-4屏蔽门系统想一想：三种不同类型的环控系统是否都合理地利用了自然通风？任务二了解环境控制系统的组成部分概述狭义的环控系统是指城市轨道交通内部空气环境控制系统，其任务是通过控制车站和区间隧道内的温度、湿度、气流速度、二氧化碳（CO2）浓度、含尘量和噪声等环境条件，为乘客创造一个舒适安全的乘车环境，同时也为紧急工况和火灾事故下的人员安全疏散提供必要的条件。本书的环控系统定义为广义的环控系统，包括环控系统的通风空调系统、车站给排水系统、环境与设备监控系统（BuildingAutomaticSystem，BAS）。一、通风空调系统通风空调系统采用通风和空调系统进行控制，是城市轨道交通的内部空气环境控制系统，按控制区域分包括隧道通风系统和车站通风空调系统两部分，如图1-5所示。图1-5通风空调系统构成一、通风空调系统（一）区间隧道通风系统区间隧道通风系统在列车早晚运营前后半小时，按预定的运营模式开启，主要作用是清洁通风，排除异味，改善空气质量的同时兼顾排烟功能。列车正常运行时，利用列车产生的活塞风与室外空气进行置换，排除区间隧道内余热、余湿；当列车被阻塞在区间隧道时，按与列车一致的方向组织气流，对阻塞区间进行机械通风，保证列车空调器能正常工作；当列车发生火灾停在区间隧道时，结合防灾模式，启动预定的系统运行模式，进行送风和排除烟气。拓展内容列车区间阻塞是指当车辆或供电系统发生故障时，造成列车迫停在区间并超过一定时间的非正常情况。如果运营列车迫停在区间3~6min以上，超出了系统预定的行驶时间，则信号系统即判定列车阻塞区间。列车区间阻塞一、通风空调系统（二）车站隧道通风系统车站隧道通风系统主要作用是在列车正常运营时，排除列车停站时车顶空调冷凝器和车厢底部发热设备产生的热量；当列车发生火灾停靠在车站时，车站隧道通风系统关闭站台下排风道，由轨顶风道进行排烟；当列车在事故所在区间隧道运行时，根据系统的控制模式要求，开启或关闭车站隧道通风系统。一、通风空调系统（三）车站公共区域通风空调系统车站的站厅、站台层公共区是乘客活动的主要场所，也是环控系统空调和通风的主要控制区。车站公共区的通风、空调系统兼排烟系统简称为“大系统”，主要作用一是满足乘客过渡性舒适要求，维持温度、湿度和二氧化碳浓度在给定的区间，二是发生火灾事故时，及时将站内的烟气排出，降低消防压力。一、通风空调系统（四）车站设备管理用房通风空调系统车站设备管理用房的通风、空调系统兼排烟系统简称“小系统”，服务区域为车站管理及设备等车站辅助功能用房。小系统通过对各用房的温湿度等环境条件进行控制，为管理、工作人员提供一个舒适的工作环境，为各种设备提供正常运行的环境。在火灾发生时，小系统通过机械排风方式进行排烟，有利于工作人员撤离和消防人员灭火，同时在气体灭火的用房内关闭送、排风管进行密闭灭火。一、通风空调系统（五）空调水系统制冷空调循环水系统简称＂水系统＂，作用是为车站公共区域及车站设备管理用房内空调系统制造冷源，并将冷源供给车站空调大、小系统中的空气处理设备。水系统由冷水机组、水泵、冷却塔、水阀与管路等设备组成，通过冷冻水循环、制冷剂循环和冷却水循环把室内的热量传到室外。练一练：说一说车站通风空调“大系统”和“小系统”指的是什么？二、车站给排水系统地铁车站构造和运行环境复杂，电气设施较多，人流量较大，其中车站生产、生活用水以及污水排放工作是地铁环境管理的重点和难点。给水系统主要用来向地铁提供消防用水和生产、生活用水，排水系统主要用于地下渗水、生活污水和雨水的处理。除了满足地铁运行基本的给排水要求外，车站给排水系统在城市管理和消防方面同样也发挥着重要作用。（一）车站给水系统车站给水系统由生产、生活和消防给水等三部分组成，采用直接给水方式，由城市自来水作为供水水源，在车站两端的风亭处，分别用两条进水管将城市自来水引进车站。1. 生活给水系统供应地铁车站及有关建筑的饮用、烹任、洗浴、浇灌和冲洗等生活用水。除水量、水压应满足需要外，饮用水质也必须符合国家生活饮用水水质标准。二、车站给排水系统2. 生产给水系统供给空调设备冷却、洗涤以及车辆和机电设备维修过程中所需的生产用水。由于设备种类和维修工艺各异，因而对水量、水压及水质的要求也不尽相同。3. 消防给水系统供给层数较多的城市轨道交通车站建筑，以及生产维修车间消防系统的消防设备用水。消防用水对水质要求不高，但必须保证足够的水量和水压，应符合现行的国家建筑设计防火规范要求。二、车站给排水系统（二）车站排水系统车站排水系统的任务是及时排除生产废水、生活污水、隧道结构渗漏水、事故消防废水，以及敞开式出入口和风亭部分的雨水等，以满足城市轨道交通安全运营的需要。根据系统接纳的污废水类型，排水系统可分为三大类:1. 生活、生产排水系统生活、生产排水系统用于排除城市轨道交通车站的生活、生产（冲洗、洗涤、生产、消防）废水和冲洗便器等污水，也可进一步细分为生活污水排水系统和生活、生产废水排水系统。二、车站给排水系统2. 工业废水排水系统工业废水排水系统用于排除生产过程中产生的工业废水。由于工业生产门类繁多，所排水质极为复杂。根据其污染程度又可细分为生产污水排水系统和生产废水排水系统。3. 雨水排水系统雨水排水系统用于收集排出城市轨道交通建筑屋面上的雨雪水。在隧道洞口、车站露天出入口及敞开式风亭处，当雨水不能自流排出时，需单独设置排水泵房。二、车站给排水系统城市轨道交通环境与设备监控系统简称BAS系统，作用是对全线车站及区间的环境与设备进行监控及其他机电设备进行自动化监控及管理，在地铁运营中地位十分重要。《地铁设计规范》GB50157-2013中将BAS系统定义为——对地铁建筑物内的环境与空气条件、通风、给排水、照明、乘客向导、自动扶梯、电梯、屏蔽门、人防门（防淹门）等建筑设备和系统进行集中监视、控制和管理的系统。三、环境与设备监控系统三、环境与设备监控系统（一）BAS系统的监控对象BAS系统不同于其他机电设备，它是一个将各个设备联系在一起的“神经网络”，它虽然没有复杂的机电系统，但是拥有复杂的监控网络，因此能够对全线的设备进行监视与控制，实时把控线路的环境，通过现场系统对设备进行控制，其监控范围如图1-6所示。图1-6BAS系统监控范围三、环境与设备监控系统（二）BAS系统的结构及控制方式BAS系统是由中央管理级、车站监控级、现场控制级监控设备以及相关通信网络共同构成的实时监控系统，实行中央级、车站级和就地级三级监控，系统的结构如图1-7所示。图1-7环境与设备监控系统结构1. 中央级系统中央级设置于控制中心中央控制室（OCC），负责监视全线环控设备的状态和全线的环境状况，并向各站发布控制命令，定时记录设备运行状态、车站温湿度等原始数据，也可以根据操作人员的需要绘制曲线图，定制报表等。2. 车站级车站级位于各站内的车站控制室，系通过车站级监控工作站和模拟屏设备提供相应的人机界面（Man-MachineInterface，MMI），监控本站及所辖区间隧道的环控、给排水、自动扶梯、照明、屏蔽门、防淹门、车站事故照明电源灯设备的运行状态。三、环境与设备监控系统3. 就地级就地级相对集中于环控电控室、水泵房、冷水机房等车站重要房间及公共区等地。它实现对所控设备的直接控制，传送设备的运行状态及故障信息到车站工作站，并执行车站级发出的指令。BAS系统的控制命令能分别从中央级、车站级和车站紧急控制盘（IntegratedBackupPanel,IBP）自动或手动的下达执行，并具有越级控制能力。监控操作源有3个：OCC控制中心（OCC/OS）、车站控制室（SC/OS）和紧急控制盘（IBP）、设备就地控制箱（LCP）。同时，设备按优先级分级操作。优先级原则为：越靠近底层的（即距离设备越近的）操作源优先级越高，如表1