新建武漢站房建筑空調(diào)設(shè)計及體會

畢慶煥

中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司

新建武漢站房建筑空調(diào)設(shè)計及體會

畢慶煥

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介紹了新建武漢站房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計要點，重點介紹了站房空調(diào)的冷熱源及末端系統(tǒng)設(shè)計、空調(diào)智能節(jié)電裝置系統(tǒng)設(shè)計以及設(shè)計體會等。

鐵路旅客站房末端設(shè)計節(jié)電設(shè)計體會

1 工程概況

武漢鐵路樞紐是全國鐵路四大路網(wǎng)客運中心之一，武漢站作為武漢樞紐內(nèi)的主要客站，是一個集高速鐵路、城際鐵路、市郊鐵路和地鐵、公交、長途汽車、出租車、社會車等市政交通設(shè)施為一體的大型綜合交通樞紐。

武漢站車站建筑由客運站房、站場客運建筑（包括站臺雨棚、鐵路車場高架橋及站臺）、車站廣場幾部分組成整體。武漢站站房建筑面積112641m2，建筑總高度59.3m。

2 站房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 冷熱負(fù)荷計算的主要數(shù)據(jù)

武漢站夏季空調(diào)面積87122m2，冬季采暖面積43932m2，經(jīng)動態(tài)負(fù)荷計算，站房夏季空調(diào)冷負(fù)荷為16566kW，冬季高架候車室部分（不含地面層出站廳）采暖熱負(fù)荷為6381.2kW，其通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各類指標(biāo)見表1。

2.2 空調(diào)冷熱源設(shè)計

站房南北側(cè)分設(shè)動力機(jī)房，空調(diào)冷熱源為地源熱泵復(fù)合冷水機(jī)組加冷卻塔系統(tǒng)，地埋管系統(tǒng)埋管數(shù)量按冬季熱負(fù)荷確定，夏季不足部分輔以水冷冷水機(jī)組加冷卻塔。站房地面層南北側(cè)分別設(shè)置動力機(jī)房，其內(nèi)分別設(shè)置離心式冷水機(jī)組各兩臺（夏季供冷主要冷源）、螺桿式地源熱泵機(jī)組各兩臺（冬季供熱熱源、夏季供冷輔助冷源）。

在站房地面層南北區(qū)停車場地面下設(shè)置了垂直埋管，共1517孔，鉆孔深度104m，鉆孔直徑170mm，孔內(nèi)設(shè)De32雙U換熱管，管內(nèi)采用膨潤土加黃沙二次回填。由于埋管場地面積大，水平埋管長度不一，為保證每個管井流量一致，設(shè)計采用了分區(qū)流量控制。地埋管共設(shè)66個區(qū)，每個分區(qū)內(nèi)井?dāng)?shù)20～25個，采用同程式連接以保證每井流量一致。各分區(qū)間采用異程式連接并在集水器上采用了外設(shè)定式流量平衡閥來保證分區(qū)流量。

2.3 空調(diào)末端系統(tǒng)設(shè)計

站房的候車室、出站廳等公共空間設(shè)全空氣送風(fēng)系統(tǒng)，其中高架候車室在25.0m夾層設(shè)4座空調(diào)末端機(jī)房，內(nèi)設(shè)熱回收組合式空調(diào)機(jī)組，另外根據(jù)建筑平面布置了吊頂空調(diào)機(jī)組44臺、立式空調(diào)機(jī)組4臺，夏季制冷，冬季供熱；0.00m層出站廳在地下-8.40m管廊層設(shè)8座空調(diào)末端機(jī)房，內(nèi)設(shè)熱回收組合式空調(diào)機(jī)組，夏季制冷，冬季不供熱。站房附屬辦公用房為水-空氣系統(tǒng)，采用風(fēng)機(jī)盤管+全熱新風(fēng)換氣機(jī)。

武漢站主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)鐵路站房旅客區(qū)域空間吊頂盡可能高的要求，在18.80m層高架層及25.0m夾層樓板下裝修吊頂基本貼近結(jié)構(gòu)梁底部，為暖通專業(yè)通風(fēng)空調(diào)風(fēng)管布置帶來很大困難。在設(shè)計過程中，本專業(yè)與結(jié)構(gòu)及建筑專業(yè)密切配合，在結(jié)構(gòu)梁上預(yù)留好空調(diào)通風(fēng)管道的孔洞（圖1），實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)空間的最優(yōu)化利用。

高架候車室為開敞大空間，空調(diào)送風(fēng)采用在側(cè)壁設(shè)噴口側(cè)送風(fēng)，噴口設(shè)計射程25m，通過調(diào)節(jié)噴口的出風(fēng)角度達(dá)到設(shè)計要求，大空間空調(diào)氣流組織為側(cè)送側(cè)回。為解決受結(jié)構(gòu)梁預(yù)留孔洞不足導(dǎo)致送風(fēng)量不足的限制，同時為改善候車室外側(cè)玻璃幕墻的窗際熱環(huán)境，在靠近候車室噴口對側(cè)的外側(cè)玻璃幕墻下地面處設(shè)置了地板送風(fēng)口輔助送風(fēng)。

空調(diào)末端系統(tǒng)因地制宜地采用集中與分散結(jié)合設(shè)計的方式，既滿足空調(diào)系統(tǒng)運行的靈活性，也減少了空調(diào)機(jī)房占地面積，將盡量多站房面積留給旅客。

2.4 空調(diào)節(jié)電裝置設(shè)計

在鐵路站房建筑空調(diào)冷負(fù)荷構(gòu)成中，占冷負(fù)荷大頭的室內(nèi)熱源負(fù)荷及新風(fēng)負(fù)荷主要是由室內(nèi)人員數(shù)決定，而客運建筑室內(nèi)客流量隨不同季節(jié)、不同時段變化較大，因此車站建筑空調(diào)負(fù)荷也是在一個比較寬廣的范圍內(nèi)波動，其空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力很大。

建筑能耗約占我國總能耗的30%，而空調(diào)占建筑能耗的60%～70%[1]，其中風(fēng)機(jī)水泵的能耗又占空調(diào)能耗的約60%左右，因此風(fēng)機(jī)、水泵的變流量節(jié)電運行更有現(xiàn)實意義。

2.4.1 風(fēng)系統(tǒng)智能節(jié)電裝置設(shè)計

末端空調(diào)機(jī)房的組合式空調(diào)機(jī)組配套風(fēng)系統(tǒng)智能節(jié)電裝置，智能節(jié)電裝置整合了組合式空調(diào)機(jī)、新風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)、動態(tài)流量平衡調(diào)節(jié)閥、新風(fēng)閥、回風(fēng)閥、送風(fēng)閥的控制。智能節(jié)電裝置通過靈活方便的人工智能界面，根據(jù)檢測到的回風(fēng)、出風(fēng)溫度的變化，與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較，對空調(diào)器風(fēng)機(jī)實行動態(tài)變頻調(diào)速以調(diào)節(jié)空調(diào)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)送風(fēng)量，可有效降低空調(diào)風(fēng)機(jī)耗電量。

該控制系統(tǒng)對空調(diào)箱風(fēng)機(jī)的新風(fēng)/排風(fēng)/回風(fēng)風(fēng)門的控制采用回風(fēng)CO2濃度控制，根據(jù)回風(fēng)中CO2濃度的變化自動調(diào)節(jié)新風(fēng)排風(fēng)/回風(fēng)風(fēng)門的開度，以調(diào)節(jié)新風(fēng)、回風(fēng)量的混合比例，從而調(diào)節(jié)新風(fēng)量，使CO2濃度值穩(wěn)定在設(shè)定值，在滿足空調(diào)舒適度對空氣質(zhì)量的要求的同時，最大限度地減少人員新風(fēng)量，可有效地降低空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)負(fù)荷。

2.4.2 水系統(tǒng)智能節(jié)能控制設(shè)計

武漢站空調(diào)系統(tǒng)容量大，站房冷凍水供水采用二次泵變流量系統(tǒng)，即機(jī)房內(nèi)一次泵采用定流量系統(tǒng)，二次泵根據(jù)負(fù)荷變化采用變流量系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)的正常流量調(diào)節(jié)和節(jié)能運行，二次泵設(shè)置了具有軟啟動、變頻控制等功能的變流量智能節(jié)電裝置。

變流量智能節(jié)電裝置對冷凍水系統(tǒng)采用最佳輸出能量控制。當(dāng)環(huán)境溫度、空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，控制系統(tǒng)將檢測到的這些參數(shù)送至計算機(jī)，計算機(jī)依據(jù)所采集的實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，實時計算出末端空調(diào)負(fù)荷所需的制冷量，以及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值，并以此調(diào)節(jié)各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速，改變其流量使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在控制器給出的最優(yōu)值。由于冷凍水系統(tǒng)采用了輸出能量的動態(tài)控制，實現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷的需求供應(yīng)，使空調(diào)系統(tǒng)在各種負(fù)荷情況下，都能既保證末端用戶的舒適性，又最大限度地節(jié)省了系統(tǒng)的能量消耗。

3 設(shè)計體會

武漢站房投入使用后，經(jīng)過運行實踐，有以下幾點經(jīng)驗教訓(xùn)供大家參考：

1）站房機(jī)電設(shè)備及管線的布置和維護(hù)

鐵路站房配套的設(shè)備專業(yè)共涉及到空調(diào)通風(fēng)、給排水、電力、通信、信號、信息、接觸網(wǎng)等多個專業(yè)，眾多設(shè)備及管線的綜合布置及維護(hù)殊為不易。特別是特大型高架站房的主體候車空間架空于鐵路車場正上方，其自身結(jié)構(gòu)體系和設(shè)備系統(tǒng)相對復(fù)雜，加之股道上列車的不間斷運行，站房高架層的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線的維護(hù)、檢修、更換等受到天窗時段的限制，處理不好會對車站的正常運營帶來不便，甚至?xí)α熊囘\行帶來安全隱患。

鑒于此，設(shè)計人員必須充分熟悉鐵路系統(tǒng)尤其是高速鐵路客運專線系統(tǒng)運營的特點及要求，樹立極強(qiáng)的安全意識，將安全措施始終貫穿于設(shè)計過程之中并逐一落實。注重客站在運營期間的維護(hù)保養(yǎng)、維修、設(shè)備更換等要求，并采取相應(yīng)的綜合技術(shù)措施。首先各類管線盡量避免跨越車場上空，以免對列車運行造成影響；其次各類設(shè)備及管線均應(yīng)充分考慮日常運營維護(hù)的空間和條件，同時增加各管線的耐久性、可靠性，保障維護(hù)人員的安全等也是在設(shè)計中需要重點考慮的因素。

2）站房高大空間冬季制熱問題

武漢站房投入使用后，夏季空調(diào)制冷效果較好，但經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查反映高架候車室冬季制熱效果不佳。鐵路站房候車室空間高大，一般具有空間高大、通透性要求高和各種空間的連通性強(qiáng)等特點。鐵路站房大門經(jīng)常開啟甚至無法關(guān)閉是又一個非常重要的使用特點,各車次間隔時間短、人員進(jìn)出站持續(xù)時間長,尤其是兩側(cè)正對門同時開啟,侵入負(fù)荷大,甚至可能形成過堂風(fēng)；候車廳到站臺的檢票門的使用特點決定了無法設(shè)置門斗,即使設(shè)置了門斗也無法起到作用,因此滲透風(fēng)對室內(nèi)熱負(fù)荷的影響就更為突出。

同時武漢站房冬季制熱熱源利用地源熱泵機(jī)組制備熱水，和夏季空調(diào)系統(tǒng)共用末端及送風(fēng)系統(tǒng)。受到建筑條件的制約，高架候車室的回風(fēng)口設(shè)于25.00m標(biāo)高夾層的空調(diào)機(jī)房，導(dǎo)致冬季熱風(fēng)送不下來。

從夏熱冬冷地區(qū)若干站房的工程實踐來看，站房候車廳的高大空間冬季制熱利用空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)送熱風(fēng)效果均不太理想，而采用地板輻射采暖的站房冬季熱舒適性較好，因此對于站房高大空間冬季制熱推薦采用地板輻射采暖系統(tǒng)。

3）設(shè)計理想與運營現(xiàn)實的差距

在工程實踐中，設(shè)計師往往有比較好的想法，也能夠在具體工程項目中付諸實施，但是受限于目前運營管理水平的制約或者設(shè)計措施的不完善，這些好的想法往往不一定能達(dá)到預(yù)期的目的，甚至于有些還帶來負(fù)面的效果。比如說，武漢站房為了改善候車室外側(cè)玻璃幕墻的窗際熱環(huán)境，在靠外側(cè)幕墻地面設(shè)置了一排地面送風(fēng)的地板風(fēng)口，在實際運行中，這些地板風(fēng)口積灰堵塞嚴(yán)重，甚至有旅客倒進(jìn)去的茶葉渣等，送風(fēng)效果不理想；而在一些站房的設(shè)計項目中，全空氣送風(fēng)系統(tǒng)的組合式空調(diào)機(jī)組考慮了過渡季節(jié)全新風(fēng)節(jié)能運行的措施，新風(fēng)管徑按全新風(fēng)風(fēng)量口徑設(shè)置，但是在控制上又沒有專門針對性的措施，新風(fēng)管道上設(shè)置的亦不是帶比例積分調(diào)節(jié)功能的風(fēng)閥，而是手動風(fēng)閥或者只具有開關(guān)功能的電動風(fēng)閥，在實際運行過程中，過渡季節(jié)車站從節(jié)約運營電費考慮，一般很少開空調(diào)機(jī)組通風(fēng)（因此全新風(fēng)設(shè)置顯得沒有意義），而空調(diào)工況下，由于車站缺乏專業(yè)的空調(diào)專業(yè)人才來管理維護(hù)，往往是組合式空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)閥全開，新風(fēng)量顯著加大甚至比回風(fēng)量大的多，造成新風(fēng)負(fù)荷遠(yuǎn)超過設(shè)計新風(fēng)負(fù)荷，不僅達(dá)不到節(jié)能的目的反而造成能源浪費。因此，設(shè)計宜從實際運行管理水平出發(fā)，因地制宜選擇空調(diào)技術(shù)措施顯得更為可靠；同時各空調(diào)使用單位，應(yīng)配置專業(yè)的空調(diào)運營管理人員，提高空調(diào)系統(tǒng)運營管理水平，對降低空調(diào)系統(tǒng)電力能耗有非常現(xiàn)實的意義。

[1]馬艷,孫文哲.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法.建筑節(jié)能，2011,(5): 33-35

De s ign o f Cen tra l A ir c on d ition ing Sys tem o f W uhan Ra ilw a y Sta tion

BIQing-huan
China Railway Siyuan Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.

The design points of centralair conditioning system ofWuhan Railway Station are analyzed,especially the design ofheating/cooling resource,the term inals,and the intelligentenergy saving system forHVAC.

railway station,term inaldesign,energy saving

1003-0344（2014）03-079-4

2013-5-25

畢慶煥（1972～），男，本科，高工；武漢市武昌區(qū)楊園和平大道745號鐵四院建筑院暖通所（430063）；E-mail:496993169@qq.com