淺談地鐵車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高 煌

淺談地鐵車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高 煌

以屏蔽門系統(tǒng)的車站為例,從公共區(qū)的冷負(fù)荷、濕負(fù)荷構(gòu)成以及公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了闡述分析,并給出了相應(yīng)的計(jì)算公式,從而使通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加完善。

城市軌道交通,負(fù)荷,舒適,通風(fēng)空調(diào)

0 引言

地鐵具有運(yùn)量大、快速、正點(diǎn)、低能耗、少污染、乘坐舒適方便等優(yōu)點(diǎn),被稱為“綠色交通”。為了緩解交通壓力,提升城市形象,城市軌道交通在我國迅速發(fā)展起來。

地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)主要有大系統(tǒng)和小系統(tǒng)。大系統(tǒng)主要是為乘客上下車提供舒適、衛(wèi)生的過渡性環(huán)境;小系統(tǒng)是為工作人員提供舒適、衛(wèi)生的環(huán)境以及保證設(shè)備工藝要求而正常運(yùn)行的環(huán)境。本文以屏蔽門系統(tǒng)的車站為例,對地鐵公共區(qū)空調(diào)負(fù)荷的構(gòu)成、主要影響因素以及送回風(fēng)方式進(jìn)行分析。

1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

本文主要分析大系統(tǒng)的負(fù)荷組成及通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2 公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)計(jì)算溫度

站廳夏季空調(diào)設(shè)計(jì)溫度：T=30℃;

站臺(tái)夏季空調(diào)設(shè)計(jì)溫度：T=28℃;

地鐵環(huán)境設(shè)計(jì)相對濕度：φ=40%～65%。

3 空調(diào)冷負(fù)荷的構(gòu)成

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入冷負(fù)荷

經(jīng)多年專家的研究分析得出,地下車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土壤間的熱量傳遞可以在圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱計(jì)算中忽略,作為空調(diào)負(fù)荷的富余量。因此公共區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷主要為車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩側(cè)因溫差產(chǎn)生的散熱量。本文僅針對屏蔽門系統(tǒng)進(jìn)行分析,站廳層公共區(qū)主要是軌頂排熱風(fēng)道與中板之間的傳熱量,站臺(tái)層公共區(qū)主要以屏蔽門、軌底風(fēng)道與站臺(tái)板的傳熱量為設(shè)計(jì)主要考慮因素,傳熱量計(jì)算可根據(jù)以下公式：

式中：K——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù),W/(m2·℃);

F——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算面積,m2;

Q——內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱量,W;

tls——屏蔽門內(nèi)溫度,排熱風(fēng)道內(nèi)溫度,按照 40℃計(jì)算;

tn——站廳、站臺(tái)層公共區(qū)計(jì)算溫度,℃。

3.2 人員冷負(fù)荷

人員的散熱主要是乘客在車站公共區(qū)內(nèi)停留活動(dòng)所造成的,因此車站的客流量及乘客在車站內(nèi)停留時(shí)間是影響人員冷負(fù)荷的主要因素。

本文介紹標(biāo)準(zhǔn)車站公共區(qū)人員計(jì)算,公式如下：

式中：Gc——站廳計(jì)算人員數(shù)量;

Gp——站臺(tái)計(jì)算人員數(shù)量;

A1——車站小時(shí)上車客流,個(gè)/h;

A2——車站小時(shí)下車客流,個(gè)/h;

a2——上車乘客站臺(tái)停留時(shí)間,min;

a1——下車乘客站廳停留時(shí)間,min;

b2——上車乘客站臺(tái)停留時(shí)間,min;

b1——下車乘客站廳停留時(shí)間,min。

乘客在車站平均停留時(shí)間可根據(jù)如下確定：上車客流在車站平均停留時(shí)間為按行車間隔加2 min,其中站廳停留 2min,站臺(tái)停留一個(gè)行車間隔;下車客流平均車站停留時(shí)間為 3min,站廳、站臺(tái)各停留 1.5m in或者根據(jù)乘客出站所需時(shí)間確定。

地鐵與其他公共交通一樣,客流有很明顯的地域和峰谷時(shí)間的差異,根據(jù)對國內(nèi)多個(gè)城市車站公共區(qū)負(fù)荷分析得出：客流小的高峰時(shí)段車站人員冷負(fù)荷占公共區(qū)總負(fù)荷的 20%左右,客流大的高峰時(shí)段車站人員冷負(fù)荷占公共區(qū)總負(fù)荷的 50%以上。因此應(yīng)該充分研究客流情況,只有較為準(zhǔn)確的客流資料,才能保證人員冷負(fù)荷的準(zhǔn)確性。

根據(jù)設(shè)計(jì)手冊,乘客在站廳散熱量為顯熱 35 W/人,潛熱147W/人;乘客在站臺(tái)散熱量為顯熱 45W/人,潛熱 136W/人。

3.3 照明冷負(fù)荷

照明散熱得熱形成的冷負(fù)荷,可用下式計(jì)算：

其中,n1為同時(shí)使用系數(shù);Qτ為照明的得熱,W;τ為計(jì)算時(shí)刻,h;T為開燈時(shí)刻,h;τ-T為從開燈時(shí)刻算起到計(jì)算時(shí)刻的持續(xù)時(shí)間,h;Xτ-T為τ-T時(shí)刻燈具散熱的冷負(fù)荷系數(shù),見《實(shí)用供熱通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)手冊》中照明功率密度指標(biāo)表。

3.4 設(shè)備散熱產(chǎn)生的冷負(fù)荷

車站公共區(qū)設(shè)備主要有：大小廣告燈箱、導(dǎo)向指示牌、自動(dòng)扶梯、垂直電梯、售檢票設(shè)備、進(jìn)出站閘機(jī)、銀行、商鋪等設(shè)備,這部分設(shè)備發(fā)熱產(chǎn)生的冷負(fù)荷占大系統(tǒng)總負(fù)荷的 10%左右。

3.5 出入口滲透空氣產(chǎn)生的冷負(fù)荷

屏蔽門系統(tǒng)將車站和區(qū)間隧道安全分開,列車進(jìn)出站對車站的影響降到了最小,由于屏蔽門漏風(fēng)存在,使得車站公共區(qū)在列車出站時(shí)存在一定的負(fù)壓,因此有出入口滲入的熱空氣產(chǎn)生的冷負(fù)荷,一般占到公共區(qū)總負(fù)荷的 1.5%。按照模擬計(jì)算,以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)車站出入口的滲透風(fēng)影響按 200W/m2斷面面積計(jì)算。

3.6 新風(fēng)引入產(chǎn)生的冷負(fù)荷

對于設(shè)置屏蔽門系統(tǒng)的車站,公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量應(yīng)為以下兩者中的最大值：計(jì)算人員新風(fēng)量;新風(fēng)量不小于系統(tǒng)總送風(fēng)量的 10%。

3.7 屏蔽門漏風(fēng)產(chǎn)生的負(fù)荷

屏蔽門將隧道與車站公共區(qū)分開,由于受到軌頂、軌底排熱以及活塞風(fēng)的影響,通過屏蔽門漏風(fēng),仍然有熱量交換。目前國內(nèi)對屏蔽門漏風(fēng)的考慮有如下幾種情況：

1)站廳冷負(fù)荷=(屏蔽門漏風(fēng)量-最小新風(fēng)量)×(室外焓值-站廳焓值);站臺(tái)冷負(fù)荷=(屏蔽門漏風(fēng)量-最小新風(fēng)量)×(站廳焓值-站臺(tái)焓值)。

2)屏蔽門開啟產(chǎn)生的總漏風(fēng)量M,車站公共區(qū)總送風(fēng)量 M′, (M-M′×10%)×(室外參數(shù)-室內(nèi)參數(shù)),此部分冷負(fù)荷納入到站廳或者站臺(tái)。

通過對兩種情況的分析計(jì)算,前者屏蔽門產(chǎn)生總冷負(fù)荷約150 kW,后者約 50 kW,送風(fēng)量主要受顯熱負(fù)荷的影響,因此前者實(shí)際對總送風(fēng)量的增加不明顯,但是很大程度加大了大系統(tǒng)設(shè)備的選型冷量,較后者而言,設(shè)備冷量和風(fēng)量的匹配值更為合理。

4 空調(diào)濕負(fù)荷的構(gòu)成

公共區(qū)濕負(fù)荷主要組成有：圍護(hù)結(jié)構(gòu)散濕量、人體散濕量、出入口滲透風(fēng)與屏蔽門漏風(fēng)散濕量。

屏蔽門漏風(fēng)量對公共區(qū)濕負(fù)荷的影響如下：

1)站廳濕負(fù)荷=(屏蔽門漏風(fēng)量-最小新風(fēng)量)×(室外含濕量-站廳含濕量)。

2)站臺(tái)濕負(fù)荷=(屏蔽門漏風(fēng)量-最小新風(fēng)量)×(站廳含濕量-站臺(tái)含濕量)。

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)散濕量

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散濕是指外圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土壤間的散濕量,可通過單位面積的散濕量進(jìn)行計(jì)算,按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),單位面積散濕量可按車站側(cè)墻、頂板、底板按1 g/(m2·h)～2 g/(m2·h)進(jìn)行計(jì)算,區(qū)間隧道壁面按2 g/(m2·h)進(jìn)行計(jì)算。

4.2 人員散濕量

根據(jù)設(shè)計(jì)手冊,乘客在站廳層散濕量為 220 g/人,乘客在站臺(tái)層散濕量為 203 g/人。

5 公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)

5.1 通風(fēng)空調(diào)形式

車站公共區(qū)采用全空氣空調(diào)系統(tǒng)。按全空氣雙風(fēng)機(jī)一次回風(fēng)的變風(fēng)量系統(tǒng)設(shè)計(jì),排煙風(fēng)機(jī)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。

5.2 氣流組織

車站大系統(tǒng)氣流組織方式宜采用上送上回,站廳、站臺(tái)應(yīng)按均勻送風(fēng)設(shè)計(jì),排風(fēng)口應(yīng)滿足排煙距離的要求。站臺(tái)回/排風(fēng)口應(yīng)靠屏蔽門側(cè),送風(fēng)口應(yīng)沿站臺(tái)縱向均勻布置且應(yīng)避免直接吹向屏蔽門;站廳的送風(fēng)口應(yīng)布置在乘客經(jīng)?；顒?dòng)區(qū)域,回排風(fēng)口在天花通透的情況下宜設(shè)于高位且盡量采用側(cè)向或頂部布置以提高回排風(fēng)和排煙效率。

5.3 系統(tǒng)運(yùn)行方式和要求

1)正常運(yùn)行。

a.空調(diào)季節(jié)小新風(fēng)工況。

當(dāng)站外空氣焓值大于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值時(shí),空調(diào)系統(tǒng)采用小新風(fēng)加一次回風(fēng)運(yùn)行。

b.空調(diào)季節(jié)全新風(fēng)工況。

當(dāng)站外空氣焓值不大于車站空調(diào)大系統(tǒng)回風(fēng)空氣焓值且站外空氣溫度大于空調(diào)送風(fēng)溫度時(shí),采用全新風(fēng)空調(diào)運(yùn)行,空調(diào)器處理室外新風(fēng)后送至空調(diào)區(qū)域,回/排風(fēng)機(jī)執(zhí)行排風(fēng)工況。

c.非空調(diào)季節(jié)工況。

當(dāng)站外空氣溫度小于空調(diào)送風(fēng)溫度時(shí),停止冷水機(jī)組運(yùn)行,外界空氣不經(jīng)冷卻處理直接送至空調(diào)區(qū)域,回/排風(fēng)機(jī)執(zhí)行排風(fēng)工況。

d.夜間運(yùn)行工況。

夜間收車后停止車站空調(diào)大系統(tǒng)的運(yùn)行。

2)火災(zāi)事故運(yùn)行。

車站公共區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí),立即停止無關(guān)車站的小系統(tǒng)以及空調(diào)水系統(tǒng),轉(zhuǎn)換到車站大系統(tǒng)火災(zāi)模式運(yùn)行。

a.當(dāng)站臺(tái)層發(fā)生火災(zāi)時(shí),利用站臺(tái)層排煙系統(tǒng)排煙,同時(shí)隧道通風(fēng)系統(tǒng)輔助排煙,站廳層送風(fēng),車站內(nèi)人員迎著新風(fēng)方向從站臺(tái)經(jīng)站廳疏散至地面。

b.當(dāng)站廳層發(fā)生火災(zāi)時(shí),利用站廳層排煙系統(tǒng)進(jìn)行排煙,車站內(nèi)人員迎著新風(fēng)方向從車站出入口向地面疏散。

6 結(jié)語

公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞,將直接影響到地鐵吸引客流,好的環(huán)境將大大提高這一快捷交通工具的優(yōu)勢,從全文看客流因素是影響公共區(qū)負(fù)荷的重要因素,這就要求我們設(shè)計(jì)師要得到準(zhǔn)確的客流資料的同時(shí),進(jìn)行詳細(xì)的負(fù)荷計(jì)算,合理的設(shè)計(jì)通風(fēng)管道走向以及氣流組織。

[1] GB 50157-2003,地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 蔡姍瑜.地鐵車站公共區(qū)空調(diào)負(fù)荷的確定[J].城市軌道交通研究,2004(2)：56-57.

[3] 侯桂敏.同一地鐵車站兩種空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的比較[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2006(5)：104-108.

[4] 姚景生.地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A].鐵路暖通空調(diào)專業(yè) 2006年學(xué)術(shù)交流會(huì)[C].2006.

[5] 杭州地鐵 1號線工程施工設(shè)計(jì)技術(shù)要求[Z].北京：北京城建設(shè)計(jì)研究總院,2007.

[6] 西安市地鐵二號線鐵路北客站至長延堡施工圖設(shè)計(jì)技術(shù)要求[Z].西安：中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2007.

[7] 深圳地鐵 5號線工程施工設(shè)計(jì)技術(shù)要求[Z].天津：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2008.

[8] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[9] 長沙市軌道交通 1號線一期工程初步設(shè)計(jì)技術(shù)要求[Z].成都：中鐵二院工程集團(tuán)有限公司,2010.

Initial discussion on the design of air-conditioning and ventilation system in subway station public area

GAO Huang

Taking the station of Platform Screen Door(PSD)system as the case,itanalyzes cooling load and humidity load composition in public area,and the design of air-conditioning and ventilation system in public area,and shows corresponding calculation formulas.Thus,it further improves the design of air-conditioning and ventilation system.

urban trial transportation,load,comfortable,air-conditioning and ventilation

TU831.3

A

1009-6825(2011)09-0135-02

2010-11-28

高 煌(1983-),男,助理工程師,中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京 102600

·道路·鐵路·