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摘 要：根据国内地铁通风空调系统的技术特点，可在车站与区间隧道间增加可控制的电动通风窗。在空调季节，通过关闭通风窗将区间隧道与车站隔离，可减少车站冷量的损失。在非空调季节，通过开启通风窗将区间隧道与车站连通，充分利用列车运行产生的活塞风对车站进行通风，可减少风机的开启时间。同时，根据现场实际通风需求，对现有通风模式进行优化，可全面降低通风空调系统的能耗。
关键词：屏蔽门 智能通风窗 节能
Research on Intelligent Ventilation Window of Metro Platform Screen Door System
Wei Jiumei
Abstract：According to the technical characteristics of the domestic subway ventilation and air-conditioning system， controllable electric ventilation windows can be added between the station and the section tunnel. In the air-conditioning season， by closing the ventilation windows to isolate the section tunnel from the station， the loss of station cooling can be reduced. In the non-air-conditioned season， the section tunnel is connected to the station by opening the ventilation window， and the piston wind generated by the train operation is fully utilized to ventilate the station， which can reduce the opening time of the fan. At the same time， according to the actual ventilation demand on site， the existing ventilation mode is optimized， which can reduce the energy consumption of the ventilation and air-conditioning system in an all-round way.
Key words：screen door， intelligent ventilation window， energy saving
地铁在国内外作为城市交通的重要手段，被广泛采用，它已经历了140多年的发展，相当成熟。与此同时，节能问题已成为地铁系统领域的一个重要课题，其中，地铁活塞风研究备受众人关注。根据文献报道，现在的研究多集中于对活塞风形成原因及自身特点的研究，活塞风对隧道内列车及站台层各部分影响效果研究较少，而活塞效应对站台层各单元能耗影响，以及活塞风对候车乘客舒适程度的影响研究几乎没有。
1 研究背景
可调通风窗屏蔽门主要针对地下车站，综合考虑车站位置、环境、整体结构等方面。地铁中站台门形式多样，空调系统的通风方式也多样，现阶段用于解决地铁活塞效应的节能措施有两种：一种是将列车行驶的隧道和站台层分割为两个相互独立的空间而设置的站台屏蔽门，这样可以阻隔活塞风对站台层的不利影响;另一种是在地鐵屏蔽门上方设置通风窗，可以进行人工控制其开启和关闭，从而达到既能利用活塞风优点又能避免其缺点的目的。
地铁建设工程中最重要的部分是通风空调系统，通风空调系统在列车正常行驶时给全车人员提供一个环境舒适的空间，使每个人都有一段愉快的旅程;而在发生火灾或其他紧急情况时，通风空调系统能够迅速排烟，保护乘客人身安全，平时还能起到防灾的作用。但是，通风空调系统的不足之处是工作时能耗太高，有统计学数据表明，通风空调系统在地铁各单元中电负荷最高，达40%。因此，要想降低地铁工程中通风空调系统的能耗，就要从通风空调系统的设计、运行模式等方面入手，最终实验节能减排的目标。
2 智能可调通风窗屏蔽门系统
2.1 地铁屏蔽门系统原理
在屏蔽门的固定门或滑动门上部装上可以智能调节的通风窗就成了可调通风窗屏蔽门系统，通风窗的通风阀采用电动设置，可根据设定的温度、湿度、压强等条件，可进行自动调节通风窗开合角度，从而达到自动控制的目的。
具体控制模式分为空调季节和非空调季节。其中，空调季屏蔽门上的通风窗是全关闭的，与传统的屏蔽门运行方式相同，采用空调模式，这样可以有效的阻隔轨行区与站台区之间的空气流通，不仅可以提高乘客在等候地铁过程中的舒适性，减少地铁车站内空调运行能耗，还可以减小空调机组装机容量，起到节能的作用;非空调季屏蔽门通风窗启动，通风窗的通风阀门开启，此时，屏蔽门轨行区与站台区可进行气流交换，根据设定条件智能调节通风窗窗口开合大小，根据列车运行形成的活塞风及通风井对站内的环境进行调节，列车形成的活塞风带动站台内空气循环，流动的空气增加了候车乘客的舒适性，地铁环境质量也更高，并且还降低了地铁站较大设备运行时间及热量，实现节约能源的目的。
2.2 地铁可调通风窗屏蔽门系统特点
（1）在机房面积、设备布置上，智能可调通风窗屏蔽门与传统的屏蔽门通风空调系统相同，这样可以满足地铁内部通风、空调、消防排烟的功能要求。
（2）智能可调通风窗屏蔽门系统在设计施工增加了活塞风道、排风道，车站施工规模有所增加，同时需要增设通风阀的控制电机，成本上有所增加。 （3）与传统屏蔽门系统相比，智能可调通风窗屏蔽门系统在春秋季节可以充分利用地铁站内活塞风来冷却乘客所在公共区的温度，从而降低春秋季节地铁通风系统的运行负荷，从而节约运行费用。
（4）对于北方地区，春秋季节相对较长，通过对地铁全年消耗能量的数据分析可得，智能可调通风窗屏蔽门系统每年可节省电能消耗量23.4%、节约地铁运行费用26%，并且，当地过渡季节越长，智能可调通风窗屏蔽门系统节约能源的优势越明显[1]。
2.3 活塞风影响分析
列车的活塞作用是指当列车在既定隧道内轨道安全行驶时，隧道中的空气顺着列车运行的方向流动，在这个过程中形成的气流称为活塞气流。当列车到达目的地时，隧道内易形成较大正压强，活塞风由出入口流出。列车从出站口出发时，隧道内易形成较大负压强，能将出入口的新空气吸入。由于列车在进站和出站过程中易形成活塞效应，这就使隧道内空气与隧道外空气的交换成为可能，一方面增加了通风空调系统在温度较高月份的冷却耗能，另一方面降低了空调系统在温度较低月份的冷却耗能。列车的活塞效应在冬季和过渡性季节能有效解决机械设备冷却时间及能耗，与此同时，也解决了在冬季和过渡季节站台层空间新鲜空气不足及空气质量下降等问题。在列车进出站过程中，活塞风将隧道内列车启动散发的热量和列车到站制动散发的热量带入站台层，在夏季，活塞风通过出入口將地铁站外高温空气带入，这将增加地铁站空调系统冷却能耗。
2.4 可调智能通风窗设计
根据对活塞风对地铁的影响，为充分利用活塞风调节站内空气环境，按照设计要求，可调通风窗屏蔽门系统的通风口的大小要根据设定的温度、湿度、压强等条件，可进行自动调节通风窗开合角度。在实验室就行模仿实验测试，该设备的组成部分为：温湿度传感器、压力传感器、可控扇叶、控制面板、电机。
通过温湿度传感器探测轨行区和站台区两侧的温湿度，通过压力传感器探测通风窗两侧的风压力差，同时将采集到的温湿度、压力数值上传到控制终端，控制电机正反装开合扇叶。
智能通风窗调节系统由一个主控制单元和多个分控制单元组成，智能通风窗调节系统可通过主控制单元对通风窗进行全面控制，也可通过主控制单元对单个或多个分控制单元进行通风窗控制。
智能通风窗调节系统主控制单元要想提高产品的可靠性及稳定性，可通过设置双通道，当地铁智能通风窗调节系统一路控制电路出现问题时，能自动换到另一路，同时主控制单元还能记录损坏电路的故障情况，供工作人员分析。
具体控制过程：通过分析温湿度传感器与压力传感器的监测数据，根据控制算法判断标准值与测定值大小，同时，根据轨行区隧道中压力传感器监测到压力数值判断风压的正负值。如果隧道内温度和空气湿度比值高于国家参考标准比值，并且隧道内风力压强值比国家参考标准值小，且隧道内风力压强值为正时，通风窗的扇叶经系统命令控制打开，隧道内活塞风通过通风窗进入站台层用于冷却空气或辅助机械冷却。轨行区隧道中风力压强值为负且室外风力压强值低于系统设置的参考标准值，扇叶经系统命令控制打开，此时，地铁外压力值低的新鲜空气通过扇叶进入地铁内。若室外压力值低于国家参考标准值而隧道内压力值高于国家参考标准值，扇叶经系统命令控制关闭，活塞风无法进入站台层，这样可以避免活塞风对地铁空间环境的不利影响。
3 结语
（1）通过实验设计分析，采用智能可调通风窗屏蔽门系统符合地铁设计规范对区间隧道内空气温度的要求。
（2）采用智能控制系统可根据设定模式进行空调季节和非空调季节选择，屏蔽门的通风窗口既可以开启又可以关闭，这样可以需要使用空调的季节，最大程度发挥活塞风的节能优势，又可以在不需要使用空调的季节，充分利用活塞风，实现节能。
（3）采用智能控制系统，在非空调季节，可根据设定的温度、湿度、压强等条件，自行调节通风窗口大小，更加智能精准的调节站内环境。
（4）智能通风窗屏蔽门系统的优势显而易见，他作为一种新的站台门系统，不仅能够降低空调系统在其使用季节的能量消耗，节约费用，还能实现绿色交通可持续发展，达到国家对轨道交通的环境质量要求，营建一个舒适宜人的地铁空间。
参考文献：
[1]王国富，刘海东，潘雷.可调通风型站台门系统在济南地铁中的适用性研究[J]. 机电工程，2016（29）：99-103.
[2]李泽青，郭佳慧，农枋潼.用于地铁空调系统节能的全工况智能通风窗-会呼吸-的屏蔽门[J].交通行业节能，2019（4）：37-39.
[3]朱颖心，秦绪忠，江亿.站台屏蔽门在地铁热环境控制中的经济性分析[J].建筑科学，1997（4）：42-46.
[4]周益海.地铁车站智能屏蔽门的研发[J].机电信息.2019（21）.
[5]陈治平.论活塞风对屏蔽门运行造成的影响[J].住宅与房地产.2018（02）.
[6]朱博.试论屏蔽门对轨道交通空调系统节能的影响[J].科技风.2017（10）.
关键词：屏蔽门 智能通风窗 节能
Research on Intelligent Ventilation Window of Metro Platform Screen Door System
Wei Jiumei
Abstract：According to the technical characteristics of the domestic subway ventilation and air-conditioning system， controllable electric ventilation windows can be added between the station and the section tunnel. In the air-conditioning season， by closing the ventilation windows to isolate the section tunnel from the station， the loss of station cooling can be reduced. In the non-air-conditioned season， the section tunnel is connected to the station by opening the ventilation window， and the piston wind generated by the train operation is fully utilized to ventilate the station， which can reduce the opening time of the fan. At the same time， according to the actual ventilation demand on site， the existing ventilation mode is optimized， which can reduce the energy consumption of the ventilation and air-conditioning system in an all-round way.
Key words：screen door， intelligent ventilation window， energy saving
地铁在国内外作为城市交通的重要手段，被广泛采用，它已经历了140多年的发展，相当成熟。与此同时，节能问题已成为地铁系统领域的一个重要课题，其中，地铁活塞风研究备受众人关注。根据文献报道，现在的研究多集中于对活塞风形成原因及自身特点的研究，活塞风对隧道内列车及站台层各部分影响效果研究较少，而活塞效应对站台层各单元能耗影响，以及活塞风对候车乘客舒适程度的影响研究几乎没有。
1 研究背景
可调通风窗屏蔽门主要针对地下车站，综合考虑车站位置、环境、整体结构等方面。地铁中站台门形式多样，空调系统的通风方式也多样，现阶段用于解决地铁活塞效应的节能措施有两种：一种是将列车行驶的隧道和站台层分割为两个相互独立的空间而设置的站台屏蔽门，这样可以阻隔活塞风对站台层的不利影响;另一种是在地鐵屏蔽门上方设置通风窗，可以进行人工控制其开启和关闭，从而达到既能利用活塞风优点又能避免其缺点的目的。
地铁建设工程中最重要的部分是通风空调系统，通风空调系统在列车正常行驶时给全车人员提供一个环境舒适的空间，使每个人都有一段愉快的旅程;而在发生火灾或其他紧急情况时，通风空调系统能够迅速排烟，保护乘客人身安全，平时还能起到防灾的作用。但是，通风空调系统的不足之处是工作时能耗太高，有统计学数据表明，通风空调系统在地铁各单元中电负荷最高，达40%。因此，要想降低地铁工程中通风空调系统的能耗，就要从通风空调系统的设计、运行模式等方面入手，最终实验节能减排的目标。
2 智能可调通风窗屏蔽门系统
2.1 地铁屏蔽门系统原理
在屏蔽门的固定门或滑动门上部装上可以智能调节的通风窗就成了可调通风窗屏蔽门系统，通风窗的通风阀采用电动设置，可根据设定的温度、湿度、压强等条件，可进行自动调节通风窗开合角度，从而达到自动控制的目的。
具体控制模式分为空调季节和非空调季节。其中，空调季屏蔽门上的通风窗是全关闭的，与传统的屏蔽门运行方式相同，采用空调模式，这样可以有效的阻隔轨行区与站台区之间的空气流通，不仅可以提高乘客在等候地铁过程中的舒适性，减少地铁车站内空调运行能耗，还可以减小空调机组装机容量，起到节能的作用;非空调季屏蔽门通风窗启动，通风窗的通风阀门开启，此时，屏蔽门轨行区与站台区可进行气流交换，根据设定条件智能调节通风窗窗口开合大小，根据列车运行形成的活塞风及通风井对站内的环境进行调节，列车形成的活塞风带动站台内空气循环，流动的空气增加了候车乘客的舒适性，地铁环境质量也更高，并且还降低了地铁站较大设备运行时间及热量，实现节约能源的目的。
2.2 地铁可调通风窗屏蔽门系统特点
（1）在机房面积、设备布置上，智能可调通风窗屏蔽门与传统的屏蔽门通风空调系统相同，这样可以满足地铁内部通风、空调、消防排烟的功能要求。
（2）智能可调通风窗屏蔽门系统在设计施工增加了活塞风道、排风道，车站施工规模有所增加，同时需要增设通风阀的控制电机，成本上有所增加。 （3）与传统屏蔽门系统相比，智能可调通风窗屏蔽门系统在春秋季节可以充分利用地铁站内活塞风来冷却乘客所在公共区的温度，从而降低春秋季节地铁通风系统的运行负荷，从而节约运行费用。
（4）对于北方地区，春秋季节相对较长，通过对地铁全年消耗能量的数据分析可得，智能可调通风窗屏蔽门系统每年可节省电能消耗量23.4%、节约地铁运行费用26%，并且，当地过渡季节越长，智能可调通风窗屏蔽门系统节约能源的优势越明显[1]。
2.3 活塞风影响分析
列车的活塞作用是指当列车在既定隧道内轨道安全行驶时，隧道中的空气顺着列车运行的方向流动，在这个过程中形成的气流称为活塞气流。当列车到达目的地时，隧道内易形成较大正压强，活塞风由出入口流出。列车从出站口出发时，隧道内易形成较大负压强，能将出入口的新空气吸入。由于列车在进站和出站过程中易形成活塞效应，这就使隧道内空气与隧道外空气的交换成为可能，一方面增加了通风空调系统在温度较高月份的冷却耗能，另一方面降低了空调系统在温度较低月份的冷却耗能。列车的活塞效应在冬季和过渡性季节能有效解决机械设备冷却时间及能耗，与此同时，也解决了在冬季和过渡季节站台层空间新鲜空气不足及空气质量下降等问题。在列车进出站过程中，活塞风将隧道内列车启动散发的热量和列车到站制动散发的热量带入站台层，在夏季，活塞风通过出入口將地铁站外高温空气带入，这将增加地铁站空调系统冷却能耗。
2.4 可调智能通风窗设计
根据对活塞风对地铁的影响，为充分利用活塞风调节站内空气环境，按照设计要求，可调通风窗屏蔽门系统的通风口的大小要根据设定的温度、湿度、压强等条件，可进行自动调节通风窗开合角度。在实验室就行模仿实验测试，该设备的组成部分为：温湿度传感器、压力传感器、可控扇叶、控制面板、电机。
通过温湿度传感器探测轨行区和站台区两侧的温湿度，通过压力传感器探测通风窗两侧的风压力差，同时将采集到的温湿度、压力数值上传到控制终端，控制电机正反装开合扇叶。
智能通风窗调节系统由一个主控制单元和多个分控制单元组成，智能通风窗调节系统可通过主控制单元对通风窗进行全面控制，也可通过主控制单元对单个或多个分控制单元进行通风窗控制。
智能通风窗调节系统主控制单元要想提高产品的可靠性及稳定性，可通过设置双通道，当地铁智能通风窗调节系统一路控制电路出现问题时，能自动换到另一路，同时主控制单元还能记录损坏电路的故障情况，供工作人员分析。
具体控制过程：通过分析温湿度传感器与压力传感器的监测数据，根据控制算法判断标准值与测定值大小，同时，根据轨行区隧道中压力传感器监测到压力数值判断风压的正负值。如果隧道内温度和空气湿度比值高于国家参考标准比值，并且隧道内风力压强值比国家参考标准值小，且隧道内风力压强值为正时，通风窗的扇叶经系统命令控制打开，隧道内活塞风通过通风窗进入站台层用于冷却空气或辅助机械冷却。轨行区隧道中风力压强值为负且室外风力压强值低于系统设置的参考标准值，扇叶经系统命令控制打开，此时，地铁外压力值低的新鲜空气通过扇叶进入地铁内。若室外压力值低于国家参考标准值而隧道内压力值高于国家参考标准值，扇叶经系统命令控制关闭，活塞风无法进入站台层，这样可以避免活塞风对地铁空间环境的不利影响。
3 结语
（1）通过实验设计分析，采用智能可调通风窗屏蔽门系统符合地铁设计规范对区间隧道内空气温度的要求。
（2）采用智能控制系统可根据设定模式进行空调季节和非空调季节选择，屏蔽门的通风窗口既可以开启又可以关闭，这样可以需要使用空调的季节，最大程度发挥活塞风的节能优势，又可以在不需要使用空调的季节，充分利用活塞风，实现节能。
（3）采用智能控制系统，在非空调季节，可根据设定的温度、湿度、压强等条件，自行调节通风窗口大小，更加智能精准的调节站内环境。
（4）智能通风窗屏蔽门系统的优势显而易见，他作为一种新的站台门系统，不仅能够降低空调系统在其使用季节的能量消耗，节约费用，还能实现绿色交通可持续发展，达到国家对轨道交通的环境质量要求，营建一个舒适宜人的地铁空间。
参考文献：
[1]王国富，刘海东，潘雷.可调通风型站台门系统在济南地铁中的适用性研究[J]. 机电工程，2016（29）：99-103.
[2]李泽青，郭佳慧，农枋潼.用于地铁空调系统节能的全工况智能通风窗-会呼吸-的屏蔽门[J].交通行业节能，2019（4）：37-39.
[3]朱颖心，秦绪忠，江亿.站台屏蔽门在地铁热环境控制中的经济性分析[J].建筑科学，1997（4）：42-46.
[4]周益海.地铁车站智能屏蔽门的研发[J].机电信息.2019（21）.
[5]陈治平.论活塞风对屏蔽门运行造成的影响[J].住宅与房地产.2018（02）.
[6]朱博.试论屏蔽门对轨道交通空调系统节能的影响[J].科技风.2017（10）.