【匠心】百转千折 只为让地铁四季如春
——揭秘中国城市轨道交通领域首个国家技术发明奖背后的故事系列报道之三
千龙网北京1月20日讯 2017年1月9日上午，中共中央、国务院在北京人民大会堂举行国家科学技术奖励大会，大会揭晓了2016年度国家最高科学技术奖、国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科技进步奖和中华人民共和国国际科学技术合作奖的评选结果。北京城建设计发展集团李国庆书记、孟鑫同志主持申报的“地铁环境保障与高效节能关键技术创新及应用”喜获国家技术发明二等奖。
据了解，这是该公司首次，也是中国城市轨道交通领域首次获得国家技术发明奖。地铁环境保障与高效节能关键技术创新及应用喜获2016年度国家技术发明二等奖，作为项目支撑的工程创新技术在地铁中都得以实际应用并显现出巨大的实效，北京城建设计发展集团股份有限公司的技术人员为此付出了艰辛的努力，克服了重重难关，贡献出了自己的聪明才智。每项新技术背后都有着鲜为人知的故事，下面就请您随千龙网记者一起揭开此项“国家技术发明二等奖”背后的秘密。
中国是世界上横跨纬度最大的国家，同时也是世界上地铁遍布城市最多的国家，北有哈尔滨，南有广州、深圳，都拥有自己城市的地铁。如何让地铁设计在趋于标准化、产业化的同时，又独具地方特色，解决实际困难，是地铁设计者一直思考的问题。而对于设计地铁暖通空调专业的工程师来说，他们所考虑的则是如何做到在节约投资、节约能源的条件下，让地铁车站四季如春，如何发明出一种产品，让它能适用于东西南北各个城市，为此，他们冥思苦想。
新型站台门终结地铁屏蔽门与安全门之争
地铁站台门是指设置在地铁站台纵向边缘，将站台与行车空间分隔的一道屏障，通常根据南北气候不同，分为屏蔽门和安全门两种。在南方城市，考虑到地下车站空调使用周期长，在设计站台门时使用的是能够将车站空间与列车运行空间完全分隔，同时兼顾安全考虑的屏蔽门，在夏季，地铁站台和行车道两个空间之间没有气流流动,车站内的空调冷气得到充分应用，而不会随列车运行时产生的活塞效应而散失在区间隧道内,从而大大减少了车站所需空调的冷量及耗电量,提高了地铁运营的经济性。在北方城市，由于空调季较短，出于运行节能的考虑，站台门使用的是通常只做安全考虑的安全门，目前绝少有将站台区与行车空间完全分隔的屏蔽门。
但是，令人感到遗憾的是，无论是全封闭式屏蔽门，还是半封闭式安全门，都不是最完美的解决方案。这是因为，即使是在最南端的广州，地铁中的非空调季尚有三到四个月，在非空调季节，由于设置了全封闭式屏蔽门，地下车站无法利用列车运行产生的活塞风进行通风换气；而在北京的夏季，由于设置了半封闭安全门，车站里宝贵的冷空气被来往的活塞风抽走，从而损失了冷气，耗费了空调用电量。如果设计出一种门，空调季节全封闭，非空调季节可开启，就能把屏蔽门和安全门的优点结合起来，这样不仅能节省耗电，还能使屏蔽门生产实现产业化，节省初期投资成本。
2004年，北京城建设计发展集团（原北京城建设计研究总院）暖通专家李国庆首次提出构建一种全新的节能型环控系统——可调通风型站台门系统方案，通过技术途径，实现屏蔽门通风空调系统与安全门闭式通风空调系统的转换，使地铁站台门能够在不同季节都能充分发挥节能优势，实现通风空调系统的全年最优化节能运行。
具体说，就是在空调季节，与传统的屏蔽门通风空调系统运行模式一致；在非空调季节，可以通过开启屏蔽门上（下）部的百叶，将屏蔽门转换为安全门，充分利用列车运行时产生的活塞效应将外界空气抽吸至车站公共区，并将站内的空气挤压至车站外，充分利用室外温度较低的空气，节约风机运行能耗，以达到节能的目的。
本着以人为本的原则，该系统还全面考虑了火灾隐患的防控。当站台层发生火灾时，排烟系统会开启回排风机排除站台的烟气，并开启车站可调通风型站台门上部的百叶，启动车站排热风机以及区间事故风机参与排烟。这样既可使排热风机、区间事故风机参与排烟工况，加大站台排烟量，保证达到《地铁设计规范》的要求，又不必打开站台门，从而避免乘客失足掉下隧道，保障乘客疏散安全。当站台轨行区发生火灾时，可调通风型站台门的百叶关闭，活塞风道关闭，排热风机对该侧轨行区排烟，区间事故风机也辅助排烟，由区间隧道自然补风。
让乘客安全、舒适，让地铁绿色、环保
我国夏热冬冷地区包括上海、杭州、武汉、重庆、合肥等多个城市。对于夏热冬冷地区的屏蔽门与可调通风型站台门系统,从通风空调等设备投资、机房土建费用、运行费用、维护费用等多方面进行综合经济比较可以看出,可调通风型站台门通风空调系统每站每年可节省电费15%,经济性具有明显优势。
我国寒冷地区包括北京、天津、青岛、石家庄等多个城市。这些城市的地铁一般也有空调系统,主流设计方案为设置安全门的闭式通风空调系统。除了满足一般功能要求外,与安全门系统相比,可调通风型站台门在区间隧道事故通风方面具有一定的优势。由于安全门不能将隧道与车站公共区彻底分隔,区间隧道事故通风时会有一部分气流从车站短路,致使区间隧道内通风排烟风速难以满足规范要求。为此,通常采取增加火灾事故时联动风机的车站数量的方法来提高隧道风速,但势必增加系统控制的复杂性。而采用可调通风型站台
门时,可以通过关闭门体上的开口而阻断车站的短路气流,提高隧道通风效率,减少联动风机的车站数量,增加系统可靠性。
对于沈阳、长春、哈尔滨等城市，可调通风型站台门通风系统可做反向使用，即冬天关闭通风窗，保存站台内宝贵的暖气，消除活塞效应的影响。夏天则开启通风窗，实现外界与车站的充分通风和换气。
2014年，中国第一座可调通风型站台门通风系统车站在上海龙华线云锦路站悄然开启，也预示着,一个地铁站台门的新时代即将到来，为了检验实际应用效果，清华大学李先庭老师团队在地铁运营期间进行了全面的测试，取得大量数据，经过认真分析，充分验证了新技术应用取得了成功。在设计人员的不懈努力下，我们将在最绿色、环保、节能的条件下，让地铁四季如春。
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