高鐵站房熱風(fēng)幕節(jié)能性能測試分析

黎文峰， 高文佳， 蔡珊瑜

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

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高鐵站房熱風(fēng)幕節(jié)能性能測試分析

黎文峰， 高文佳， 蔡珊瑜

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

摘要：本文對蘭州西客站乘客通道室內(nèi)溫度和風(fēng)速在不同電熱風(fēng)幕啟停工況下進(jìn)行現(xiàn)場測試和分析，結(jié)果顯示開啟熱風(fēng)幕對乘客通道出口冷風(fēng)滲透起到了非常好的阻隔作用，表明熱風(fēng)幕是節(jié)能和增強(qiáng)室內(nèi)舒適性的一項(xiàng)很有成效的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：高鐵站房； 熱風(fēng)幕； 溫度分布； 節(jié)能

0　引言

新建的高鐵站房建筑空間大、人流量大、頻繁開啟大門，使得空調(diào)采暖能耗非常大，節(jié)能技術(shù)在高鐵站房建設(shè)中得到非常多的重視。蘭州西客站位于寒冷地區(qū)，采暖季車站內(nèi)外溫差大，在出入口附近形成較大的熱壓和風(fēng)壓，由室外進(jìn)入室內(nèi)的無組織滲風(fēng)量較大，在出入口安裝熱風(fēng)幕機(jī)，可以有效減少無組織滲風(fēng)帶來的熱損失。

熱風(fēng)幕機(jī)氣流的流動(dòng)和換熱受多種因素影響，這些因素包括：射流速度、射流溫度、大門兩側(cè)的溫差、室外風(fēng)速等。其中最重要的指標(biāo)是熱風(fēng)幕運(yùn)行的穩(wěn)定性和大門兩側(cè)傳熱傳質(zhì)率。穩(wěn)定性反映出熱風(fēng)幕的阻隔特性，傳質(zhì)傳熱率則表現(xiàn)熱風(fēng)幕的節(jié)能性能。

1　熱風(fēng)幕的阻隔特性

熱風(fēng)幕的阻隔性能一般用擋風(fēng)效率η來表示[1]：

式中 Lw—熱風(fēng)幕不運(yùn)行時(shí)，冷風(fēng)滲透量，m3/s；

Lw′—熱風(fēng)幕運(yùn)行時(shí)，冷風(fēng)滲透量，m3/s。

要減小冷風(fēng)滲透量達(dá)到節(jié)能目的，熱風(fēng)幕需要較高的隔性能，這就要求熱風(fēng)幕射流具有足夠的強(qiáng)度，來抵抗室外冷風(fēng)橫向壓力的干擾，起到封閉大門的作用。在橫向氣流作用下的送風(fēng)射流可簡化為二維射流，該二維射流的軸心彎曲軌跡方程[2，3]：

式中 ρw—橫向自然風(fēng)密度，kg/m3；

ρ0—熱風(fēng)幕射流空氣密度，kg/m3；W—橫向氣流速度，m/s；u0—熱風(fēng)幕噴射速度，m/s；bp—熱風(fēng)幕噴口半寬度，m；a0—熱風(fēng)幕噴射角；

Cn—綜合修正系數(shù)，與噴射角a和高寬比H/2b0有關(guān)。

當(dāng)大門結(jié)構(gòu)尺寸一定時(shí)，熱風(fēng)幕的射流軸心軌跡方程只與噴射角a有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。大門熱風(fēng)幕在單位門寬上的阻隔效率在大門中間80%范圍內(nèi)能達(dá)到一定條件下的較大值，在大門寬度上中間位置的熱風(fēng)幕主體相比靠近門軸處更難被自然風(fēng)破壞[3]。

2　熱風(fēng)幕的節(jié)能性能

熱風(fēng)幕的節(jié)能效果可用隔熱效率來表示：

式中 Q—熱風(fēng)幕不工作時(shí)侵入的室外空氣傳遞的熱量，kJ/s；

Q0—熱風(fēng)幕運(yùn)行時(shí)通過熱風(fēng)幕傳遞的熱量，kJ/s。

文獻(xiàn)[5]針對某尺寸為10.8 m×6.8 m×2.8 m的便利店建立模型，通過數(shù)值模擬研究了在該商店特定條件下熱風(fēng)幕噴射速度對節(jié)能的影響，和敞開大門相比，安裝大門熱風(fēng)幕后并且以2 m/s的速度噴射，商店室內(nèi)溫度可以降低5℃左右，大大降低了空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。

3　工程實(shí)例

蘭州西客站是西部鐵路交通特大樞紐，是典型的大空間車站，車站位于寒冷地區(qū)，在進(jìn)站臺(tái)乘客通道出口處設(shè)計(jì)了電熱風(fēng)幕，乘客通道未設(shè)計(jì)其他采暖措施。在車站建成通車后，對電熱風(fēng)幕開啟對室內(nèi)舒適性影響和節(jié)能性能進(jìn)行了測試。設(shè)計(jì)電熱風(fēng)幕設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1　電熱風(fēng)幕參數(shù)

此次測試包括三個(gè)工況：風(fēng)幕關(guān)、風(fēng)幕開以及熱風(fēng)幕開，使用溫濕度測量儀和風(fēng)速測量儀測量了不同測點(diǎn)上的溫度和風(fēng)速，風(fēng)幕的安裝高度為3.0m。通過對測試數(shù)據(jù)整理和分析，結(jié)果顯示熱風(fēng)幕對乘客通道溫度和風(fēng)速分布影響比較大，對阻隔出口冷風(fēng)滲透起了非常關(guān)鍵的作用。表2為室外溫度和風(fēng)速在垂直高度上的分布，測試地點(diǎn)為進(jìn)站乘客通道出口大門外。

表2　室外溫度和風(fēng)速在垂直高度上的分布

圖1和圖2分別表示了離大門1.5m處溫度和風(fēng)速在垂直方向的分布，在風(fēng)幕開/關(guān)的工況下，離大門1.5m處垂直面上溫度分布比較均勻；在風(fēng)幕開的工況下，溫度略有升高，體現(xiàn)風(fēng)幕的阻隔作用；而當(dāng)熱風(fēng)幕開啟后，溫度分布變化非常明顯，在1m以下溫度變化不大，在高度大于1m的區(qū)域，溫度隨著高度增大而升高，受熱風(fēng)幕影響越大，溫度增大了2℃以上。圖2所示為風(fēng)速分布，在自然通風(fēng)作用下，風(fēng)速在垂直方向上分布較為均勻。室內(nèi)為采暖工況，形成氣流速度加劇，風(fēng)速比室外測量值要高；在風(fēng)幕開和熱風(fēng)幕開工況下，風(fēng)速分布變化一致，都是隨著高度增加而減小，表明空間區(qū)域離風(fēng)幕越近，受影響越大。

圖3和圖4分別表示了在人員主要活動(dòng)區(qū)（1.5m高度）的溫度分布和風(fēng)速分布。從圖3中可以看出，在風(fēng)幕的開啟以及熱風(fēng)幕的開啟工況下，溫度分別升高了4℃和2℃。從圖4中可以看出三種工況下，風(fēng)速變化趨勢比較一致，體現(xiàn)了風(fēng)幕的開關(guān)以及加熱器的開啟對風(fēng)速的影響，而且在20m以后區(qū)域風(fēng)速基本上變化不大，這表明室內(nèi)區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻。

圖5表示了在熱風(fēng)幕開啟的工況下，離大門距離1.5m、4.5m、8.5m下，垂直方向上溫度最大波動(dòng)分別為10℃、2.2℃、2.6℃。從圖中可以得知距離大門較遠(yuǎn)，溫度分布更均勻，這表明里在這一區(qū)域受室外滲透氣流更小。圖6表示的是相同工況下，風(fēng)速的分布，從圖中可以看出，距離大門較遠(yuǎn)，風(fēng)速變化越小。這主要是反映了熱風(fēng)幕的阻隔作用，熱風(fēng)幕向下的氣流和水平方向室外滲透氣流作在室內(nèi)疊加后形成拋物線狀影響，即離門越近高度越低的區(qū)域受到室外滲透氣流影響越大，而離大門越遠(yuǎn)高度越高的區(qū)域受到熱風(fēng)幕影響越大。

4　結(jié)語

本文對高鐵站房進(jìn)站臺(tái)乘客通道熱風(fēng)幕的開啟對相鄰室內(nèi)空間溫度和風(fēng)速影響進(jìn)行了測試研究，結(jié)果表明熱風(fēng)幕向下的氣流和水平方向室外滲透氣流作在室內(nèi)疊加后形成拋物線狀影響，即離門越近高度越低的區(qū)域受到室外滲透氣流影響越大，而離大門越遠(yuǎn)高度越高的區(qū)域受到熱風(fēng)幕影響越大，熱風(fēng)幕的開啟對室外滲透氣流起了非常大的阻隔作用

乘客通道僅在乘客進(jìn)站時(shí)啟用，啟用時(shí)長較短，熱

風(fēng)幕的開啟使得這一區(qū)域能夠達(dá)到乘客快速通過時(shí)的熱舒適要求。因此乘客通道根據(jù)室外溫度開啟風(fēng)幕或熱風(fēng)幕來阻隔室外滲透氣流，不考慮其他采暖方式的設(shè)計(jì)是可行的，既能滿足熱舒適要求，又可以減少了車站采暖能耗，達(dá)到車站節(jié)能的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃松，何川.空氣幕研究現(xiàn)狀及展望[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2008，27 （5）：23~26.

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[3]湯曉麗，史鐘璋.橫向氣流作用下氣幕封閉特性的實(shí)驗(yàn)研究[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，1999，（3）：1~5.

[4]査顯順，畢海權(quán).大門空氣幕沿門寬方向阻隔特性分析[J].制冷與空調(diào)，2013，27（3）：297~300.

[5]李強(qiáng)民.空氣幕的隔斷特性及其節(jié)能效果[J].暖通空調(diào)，1986，16（2）：4~8.

修回日期：2016-04-05

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.017

中圖分類號(hào)：TU832

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-3429（2016）02-0076-03

作者簡介：黎文峰（1988-），男，湖南岳陽人，碩士，助理工程師，主要從事暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

收稿日期：2016-03-07

Test and Analyzing of the Energy Efficiency Performance for Air Curtain in Railway Station

LI Wen-feng， GAO Wen-jia， CAI Shan-yu

（Tongji Architectural Design（Group）Co.，Ltd，Shanghai 200092，China）

Abstract：In this paper，the indoor temperature distribution and wind velocity of the passenger channel of Lanzhou West Railway Station have been field tested and analysised in different hot air curtain condition.The results show that the opening hot air curtain has a very good blocking effect on the cold air infiltration，which indicates that the hot air curtain is a very effective technical measure for saving energy and improving the indoor comfort.

Key words：railway station； hot air curtain； temperature distribution； energy saving