1、引言

香港地铁自1970年代起步，至今已走过近40年的历史。目前港铁公司已拥有市区线9条，车站82个，车卡1698个。其铁路覆盖面广，设施先进。香港地铁是目前全世界盈利状况最好的城市地铁，同时其管理及车站服务设施也被认为具有非常高的水准。

在地铁站中，空调通风系统是一个十分重要的服务设施，其直接影响乘客的舒适安全以及车站能源使用。香港地处热带，人口稠密，夏季气候炙热潮湿。香港地铁客运量大，客流量变化亦大。因此香港地铁空调通风系统的设计极具挑战性。几十年来香港地铁空调的设计和运行曾遇到各种问题，经过香港工程人员坚持不懈地努力，香港地铁空调通风系统不断的改进和发展,如今已成为全世界最先进的地铁空调系统之一。

香港地铁空调与香港地铁本身一样，由起步开始到今日经历了由简单到复杂，由摸索到有序，由粗放到精细的发展历程。本文简述香港地铁和其地铁空调的发展历史，从而总结过程中所取得的重要经验。

2、早期-封闭式空调系统

香港地铁的策划开始于1960年代。当时香港人口不断增加，市民对公共交通工具的需求越来越大。于是香港政府任命Freeman, Fox, Wilber Smith & Associates顾问工程公司进行一个交通策划研究。这个研究指出，香港人口大部份居住于人口密度极高的背山面海的狭长地区，如要在市区里发展道路网以改善交通，必须大量拆卸楼宇，因此提议建设地下铁路。1970年Freeman, Fox, Wilber Smith & Associates顾问工程公司提出了建造铁路的具体建议。其建议兴建一个全长52.7km的地下铁路系统，分成四线：港岛线、观塘线、荃湾线及东九龙线。两年之后，香港政府同意先兴建其中长20km的“早期系统（Initial System）”。一九七三年，香港政府将“早期系统”略予缩减，成为“修正早期系统（Modified Initial System）”。 “修正早期系统”包括中环、金钟、尖沙咀、佐敦、油麻地、旺角、石硖尾、九龙塘、乐富、黄大仙、钻石山、彩虹、九龙湾、牛头角和观塘等15个站，全长15.6km, 其中12.8km是在地下建造，其余的2.8km则为架空。“修正早期系统”于1975年11月首先动工兴建，其北段﹝石硖尾至观塘﹞于1979年9月30日完工，并于10月1日正式通车，同年12月“修正早期系统”延伸至尖沙咀，1980年2月延伸至中环。

荃湾线于1977年7月批准兴建。荃湾线全长约10.5km，由太子站经深水埠、长沙湾、荔枝角、美孚、荔景、葵芳、葵兴、大窝囗至荃湾站，荃湾线的兴建将香港地下铁路路线增至超过26km。荃湾线共有10个车站，其中3个架空，1个在地面，其余在地下。荃湾线工程于1978年11月开始动工，于1982年5月10日开放通车。

港岛线于1980年12月批准兴建。港岛线由上环站经“修正早期系统”的中环、金钟，再经新建的湾仔、铜锣湾、天后、炮台山、北角、鲗鱼涌、太古、西湾河、筲箕湾、杏花村至柴湾，将地下铁路路线增至超过37km。港岛线共有14个车站，其中1个架空、1个在地面、其余在地下。港岛线工程于1981年10月开始动工，金钟至柴湾段于1985年5月30日开放通车，上环站于1986年5月23日启用。

1984年，政府建议兴建第二条过海隧道─东区海底隧道。地铁的东隧部份，把观塘线延长至鲗鱼涌，并且增加了蓝田站。1985年12月，东区海底隧道及蓝田站动工，1989年8月6日蓝田站启用。

在这些较早期的地铁线路中，所有地下车站中都安装了空调系统，以提高乘客舒适性，这是香港地铁空调的起步阶段。此时香港并没有太多地铁空调设计经验，许多设计都是在摸索中进行。在这一阶段，香港地铁站的空调采用了封闭式系统(closed system)。封闭式系统中，车站月台没有屏蔽门，车站与隧道直接连接，而隧道通风井的风阀在正常运行时关闭的，使得隧道和车站变成一个封闭的系统。此时香港地铁站设计温度为干球温度28 oC，湿球温度22.2 oC。 比起如今的地铁设计，这个温度是比较高的。应当说这个系统还是给这些早期地铁站提供了一个较为舒适的环境，但是在日后的运行当中，香港的工程师们开始发现了封闭式空调系统的一些缺点。首先在此系统中，隧道和车站直接连通，车站受火车活塞风的影响很大。火车进站时隧道内的热空气被推入车站，火车离站时形成低压，经过车站入口吸入室外空气。这使得车站的空调能量消耗很大而且车站温度难于控制。同时活塞风引致较高的空气流动速度，使候车乘客有较强的风吹感，舒适性不佳。当时一个典型的地铁站在维持28oC 时所需要的制冷量为大约900RT，比之现在同等规模的地铁站维持维持于25~26oC时能耗大约600RT，这个能耗大了很多。降低能耗及提高舒适度的需求促使香港地铁在下一阶段的空调设计做出许多改进。

3、机场铁路-屏蔽门系统引入

1980代末，港督卫亦信决定于赤蜡角兴建新机场及多项配套工程，其中包括机场铁路。机场铁路于1996年3月开始辅设路轨。1996年8月，奥运站完工，当年年末，东涌站完成平顶工程。1997年1月，荔景站完工，而首部列车亦由西班牙运抵香港。1997年2月28日机场铁路Rambler Channel Bridge大桥结构工程完成。1997年5月，青衣站完工。1997年9月九龙站完成完工。至1998年6月21日，香港站竣工。翌日，东涌线开始投入服务。而机场快线则跟随新机场的运作于1998年7月6日启用。

接受了早期地铁空调设计的教训，香港的空调工程师认识到必须将车站和隧道环境分开才能更好的节能和提高舒适性。于是在机场铁路空调系统的设计中，封闭式系统被弃用，屏蔽门系统被引入（除了对空调系统的影响，屏蔽门系统也大大提高了车站的安全性）。在这些车站中，车站月台安装屏蔽门，车站和隧道就被分隔开来，车站的温度由车站空调系统控制，隧道的温度则由隧道环控系统控制。正常运行时，隧道通风井的风阀会打开，利用活塞效应来对隧道通风。这种分隔使得车站能耗减少并且车站温度也可以降至 26 oC (大堂)和25 oC (月台)， 舒适性得以提高。从大方向上说，这个设计是比较成功的，但是由于当时设计人员对这个系统的经验还比较少，一些细节方面未能考虑完善。其中一个主要问题就是车站空调与隧道环控系统的配合。由于屏蔽门的分隔，车站空调与隧道环控系统被分别设计，彼此都未考虑对方的影响。虽然车站月台屏蔽门将隧道与车站分隔，但是屏蔽门在火车到站时必须打开。由于考虑的不完善，屏蔽门打开时，隧道内还有较高的余压，这些余压使得大量的隧道空气（隧道空气最高温度为40 oC）经过屏蔽门涌入车站，给车站带来较大的温度波动和能耗。发现这个问题后，机场铁路站进行了一些改善工程，但并未能完全解决问题。这些教训使得香港的地铁空调工程师们深入的研究了有屏蔽门地铁站的空调及隧道环控系统，总结了经验。几年后，这些经验被用于将军澳线的设计当中。

4、将军澳线-完善的屏蔽门系统

在1994年香港政府发表的《铁路发展策略》中，将军澳线是三条优先发展铁路之一。地铁公司于1995年中对将军澳线进行可行性研究，并于96年将初步计划提交政府。将军澳线由宝琳站起，经过坑口、将军澳、调景岭、油塘，再经过前观塘线的东隧部份，到达鲗鱼涌及北角。  将军澳线于1999年初正式动工兴建，于2002年8月18日全线通车。

在进行将军澳线的空调设计时，香港空调工程师已从过去的教训中汲取了十分丰富的经验，使得将军澳线的空调设计较为成熟和完善。将军澳线也采用屏蔽门系统，设计温度也为26 oC (大堂)和25 oC (月台)。在这个时候，设计人员已经明白到车站空调系统与隧道环控系统配合的重要性。流体动力模拟开始被用于分析隧道空气进入的车站的模式并根据模拟结果对隧道环控系统进行改进。这些改进大大减少了隧道热空气对车站的影响，使得车站温度控制容易，舒适性高，能耗少。在将军澳线的设计当中，以焓差控制的自由通风控制策略也被引入， 非自由通风时期的新风量也开始按高峰期和非高峰期使用不同的风量。这些对地铁站的节能都很有帮助。

与将军澳线同时兴建的还有西铁线。西铁线连接九龙与屯门，全程有南昌、美孚、荃湾西、锦上路、元朗、朗屏、天水围、兆康及屯门站等9个车站。西铁线车站的空调采用了与将军澳线线同样的屏蔽门系统。

5、旧站空调改造及设计手册形成

将军澳线通车之后，空调性能良好，于是地铁公司决定将将军澳线的经验推向全部地铁线。自2003年开始，港铁对已有地铁站加装屏蔽门及进行空调改造工程。改造工程一至持续到2009年，历经6年时间。观塘线，荃湾线和港岛线先后被改造，形成了如今的地铁空调系统。这些站在进行改造之后，空调用电平均减少大约30%。

在建设地铁的过程中，地铁公司认识到总结经验并制定一个统一的设计标准是十分需要的，这可以给日后的设计工作一个清晰的指引，提高效率，更好的保证设计质量。于是地铁公司在1990年代陆续开始制定地铁设计手册。空调通风系统设计手册的第一版于1997年推出，其后在2001年，2008年及2009年因应设计中出现的问题先后进行了3次修改， 如今这些设计手册已日趋完善，之后发展的线路如九龙南线，西港岛线等都是在设计手册的指引下完成。

6、新线路-节能环保主导

2002 年之后，香港政府和地铁公司又陆续推出了若干条铁路线路，包括九龙南线，西港岛线，南港岛线，沙田至中环连接铁路，广深港高速铁路香港段等。其中九龙南线已于2009年通车，西港岛线于2009年8月10日开始动工兴建，预计于2013年或2014年建成启用。南港岛线，沙田至中环连接铁路和高速铁路则在细化设计阶段。

九龙南线的兴建与西铁线有很很大的关系。西铁线以南昌站作为终点站，但南昌站并非市区中心，吸引力不强，使得西铁通车后使用人数比预期中要低得多。为解决这个问题，延伸西铁线到市区的九龙南线被提上议事日程。九龙南线从南昌站开始，向南延伸，经过西九龙，连接现有的尖东站，全长3.8km，共3个车站。九龙南线于2005 年开始兴建，并于2009年8月16日通车。

经过将军澳线的设计，香港地铁空调设计已较为完善，设计模式也开始稳定。九龙南线采用了和将军澳线一样的屏蔽门系统，同样注意隧道环控系统和车站空调系统的配合。但是在九龙南线的设计当中，在节能环保方面做出了许多改进。最主要在于负荷计算方面。以前地铁中人员热负荷的计算是根据车站面积估算人数，但是在九龙南线的设计时，出于节能和减少设备浪费的考虑，人员的计算开始考虑人的行为模式，行走速度，列车班次等。根据这些因素可以计算出人在车站内的停留时间和站内人数，使得负荷计算更加科学。

西港岛线，南港岛线，沙田至中环连接铁路及高速铁路目前都在细化设计阶段，西港岛线，南港岛线，沙田至中环连接铁路中设空调的车站都采用与将军澳线相同的屏蔽门系统。高速铁路车站由于运作模式不同，其空调设计主要参考了香港国际机场的空调系统。除了《地铁设计手册》，港铁公司推出了《高速铁路设施性能要求》，针对高铁站房与地铁不同之处提出新的设计要求。在高铁站候车厅，出站区等空间，空调设计温度被定为24oC，月台区域的空调方式正在论证中，一种方案是使用屏蔽门系统，空调温度24oC，另一方案则是无屏蔽门的点式空调。另外《高速铁路设施性能要求》也增加了对过往地铁站没有的区域如厨房，餐饮区等处的空调通风要求。车站的空调系统根据新的功能出现了新的发展。

纵观这些新的地铁/高铁项目，由于空调系统的成熟，车站空调系统的模式与将军澳线比并没有太大改动，但是由于环保节能意识的日渐提高，在这些项目的招投标和设计中都摆放了大量的环保节能元素，包括:

（1）自然通风。在南港岛线的设计中，出于节能的考虑，设计人员考虑在海洋公园站和黄竹坑站采用自然通风而不设空调。计算流体力学模拟和相对热指数方法被用于研究站内乘客的热舒适性。自然通风在以前的铁路站中也曾使用，但是计算流体力学模拟和相对热指数方法的引入使得这种研究更加科学。

（2）冷源选择研究。 地铁站内的冷源是车站的主要能耗设备，在近期的所有地铁线路设计中都进行了冷源选择研究。设计人员分析每个站的制冷量，机房条件，所处区域等，全面计算设备投资，机房投资，运行电费，维护费用等，并选择最具经济性实用性的冷源系统。

（3）区域供冷系统。出于节能考虑，在某些有条件的站使用区域供冷系统。

（4）变频冷水机组。

（5）蒸发器自动清洗装置。

（6）大温差冷水系统。

（7）需求控制通风系统。

（8）焓差新风控制系统。

（9）冷冻水泵变频系统。

（10）冷却水泵变频系统。

（11）冷却塔风机的变频运行。

（12）冰蓄冷系统等。

（13）全周期二氧化碳排放分析（由材料生产到运行报废过程的二氧化碳排放）。

随着应用部分或全部这些技术，香港地铁空调系统的能源效益会越来越高。节能环保已成为现代香港地铁空调系统的主导方向。

7、总结

可以看出，香港地铁空调的发展并非一帆风顺，其经历了一个不断出现问题和解决问题的过程，其中多数问题都是热带地区大城市地铁空调所会遇到的典型问题。在此过程中，香港工程师积累了许多经验和教训，这些经验对世界范围内的空调设计运行都具有指导意义。主要的经验教训包括：

（1）车站环境与隧道环境应当分开；

（2）车站空调与隧道环境需要协同考虑；

（3）保证舒适度的同时应尽可能节约能源，考虑每一个可能节能的环节；

（4）设计计算需考虑细节，在能源紧张的今天，每个细节都值得深思考虑；

（5）设计要求要与时俱进，空调系统须根据新情况，新技术而相应调整，以安全健康舒适为前提，以节能减排为依归；

（6）空调设计人员应当给建筑师提供节能设计的意见，建筑设计的合理与否往往可以很大程度的影响空调耗能。

香港地铁空调已走过几十年的发展历程，总结历史，一个明显的趋势就是车站空调环境越来越舒适，越来越安全健康，同时越来越注重节能环保，低碳减排，可以相信，未来地铁/高铁站房的空调将会是：

（1）高舒适性-适合的室内空气温度，辐射温度，气流组织及精确温度控制等。

（2）高空气品质-根据人员数目动态调节，保证每人所需新风量。

（3）与建筑设计及室内设计高度结合-美观，空间利用率高。

（4）高度节能- 使用各种可能节能措施。

（5）高度使用再生能源-风能，太阳能，地热能源等。

（6）低碳系统-使用最低排碳材料构筑空调系统。