佛山西站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閆 利

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430063）

0 工程概況

佛山西站屬特大型鐵路旅客車站，位于廣東省佛山市南海區(qū)獅山鎮(zhèn)羅村和平塘村，是由鐵路旅客站房、地鐵及地下空間開發(fā)、城市配套交通設(shè)施與物業(yè)開發(fā)相結(jié)合形成的特大型城市綜合交通樞紐工程，整體工程總建筑面積約為46萬m2，其中鐵路旅客站房總建筑面積約為19萬m2。

佛山西站是我國目前最大的下進(jìn)下出式鐵路旅客車站，主要引入貴廣南廣鐵路以及珠三角佛肇城際鐵路、廣佛環(huán)線城際鐵路等多條國鐵、城際線路。車站最高聚集人數(shù)8000人，高峰小時(shí)發(fā)送量11100人，共設(shè)10座站臺(tái)，分為客專、城際兩個(gè)車場(chǎng)。車站地上兩層，局部設(shè)夾層，其中±0.00m地面主要為進(jìn)站及候車區(qū)域、5.20m夾層主要為出站及設(shè)備用房區(qū)域、14.278m為高架站臺(tái)層。本文主要研究的旅客站房東西向?qū)捈s150m，南北向長約240m，室內(nèi)吊頂下凈高約8.0m。

圖1 佛山西站鳥瞰圖Fig.1 Aerial view of Foshan West Railway Station

圖2 佛山西站剖切示意圖Fig.2 Perspective drawing of Foshan West Railway Station

1 工程特點(diǎn)

1.1 建筑特點(diǎn)

相對(duì)于目前國內(nèi)大型鐵路站房主流的高架候車室+中間站臺(tái)+地下出站廳的“上進(jìn)下出”設(shè)計(jì)方案，佛山西站結(jié)合軌道標(biāo)高及市政規(guī)劃條件，采用了“下進(jìn)下出”的流線設(shè)計(jì)方案，旅客進(jìn)、出站及候車區(qū)域均位于鐵路高架站場(chǎng)下方。同時(shí)，站房東西兩側(cè)緊鄰設(shè)置了出租車、社會(huì)車、公交車等各類城市公共交通設(shè)施，南北兩側(cè)與站房脫離布置了高層物業(yè)開發(fā)建筑。整體考慮后，可認(rèn)為旅客站房位于東西向480m、南北向240m大型“屋蓋”下方。

如何合理設(shè)置新風(fēng)取風(fēng)口及排風(fēng)出路，是本工程設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。

圖3 客專場(chǎng)旅客進(jìn)出站流線示意圖Fig.3 Passenger station building routing for PDL

圖4 城際場(chǎng)旅客進(jìn)出站流線示意圖Fig.4 Passenger station building routing for intercity railway

1.2 滲透風(fēng)

滲透風(fēng)主要是由于室內(nèi)外溫度差所造成的熱壓和室外風(fēng)力所造成的風(fēng)壓形成的，通過建筑物對(duì)外開口，進(jìn)入或流出室內(nèi)空間。佛山西站作為大型公共交通建筑，進(jìn)出站旅客人數(shù)眾多，對(duì)室外和站臺(tái)設(shè)置有大量的通道，且處于全年常開的情況，勢(shì)必會(huì)形成大量的滲透風(fēng)。滲透風(fēng)一方面對(duì)室內(nèi)冷、濕負(fù)荷將產(chǎn)生巨大影響，同時(shí)在降低室內(nèi)二氧化碳濃度和含塵量、提高室內(nèi)空氣品質(zhì)方面具有較大優(yōu)勢(shì)。根據(jù)原鐵道部《鐵路大型客站建筑節(jié)能綜合技術(shù)研究》課題研究成果，一般情況下僅通過滲透風(fēng)即可滿足常規(guī)大型鐵路旅客車站售票、候車等區(qū)域的人員新風(fēng)要求。

如何合理利用滲透風(fēng)，在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，降低系統(tǒng)能耗，是本工程設(shè)計(jì)需關(guān)注的重點(diǎn)。

1.3 防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

佛山西站地面層候車室建筑面積約37500m2，且位于大型“屋蓋”下方，室內(nèi)凈高12m，吊頂下凈高約8.0m。結(jié)合鐵路旅客站房室內(nèi)通透性需求，建筑未對(duì)候車室劃分防火分區(qū)。

如何合理的對(duì)候車室高架空間進(jìn)行排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需采用消防性能化設(shè)計(jì)評(píng)估的方式。

2 空調(diào)冷源及空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)投資主體不同，佛山西站客專場(chǎng)、城際場(chǎng)空調(diào)冷源、水系統(tǒng)分別設(shè)置。

2.1 空調(diào)冷源

佛山地處夏熱冬暖地區(qū)，全年僅需考慮制冷，根據(jù)建筑規(guī)模，確定空調(diào)冷源采用水冷冷水機(jī)組形式。

客專場(chǎng)集中空調(diào)面積33493m2，總設(shè)計(jì)冷負(fù)荷8167kW，冷指標(biāo)244W/m2。冷源采用三臺(tái)水冷冷水機(jī)組，總裝機(jī)容量 2×3516kW+1×1758kW=8790kW。

城際場(chǎng)集中空調(diào)面積18892m2，總設(shè)計(jì)冷負(fù)荷4841kW，冷指標(biāo)256W/m2。冷源采用三臺(tái)水冷冷水機(jī)組，總裝機(jī)容量3×1758kW=5274kW。

2.2 空調(diào)水系統(tǒng)

客專場(chǎng)、城際場(chǎng)冷凍水均采用一次泵變流量系統(tǒng)，異程式布置，供回水溫度7/12℃。冷凍水泵采用變頻控制，水泵與冷水機(jī)組采用共用集管的連接方式，冷凍機(jī)房分集水器間設(shè)旁通管及壓差控制閥。兩場(chǎng)冷凍水系統(tǒng)各分為3個(gè)支路，分別服務(wù)預(yù)留商業(yè)、預(yù)留側(cè)式站房及旅客站房。

冷卻水為一次泵定流量系統(tǒng)，供回水溫度32/37℃。冷卻水泵與冷水機(jī)組采用共用集管的連接方式。

循環(huán)水泵、冷卻塔與冷水機(jī)組對(duì)應(yīng)配置。城際場(chǎng)設(shè)置冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔各三臺(tái)，與冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)；客專場(chǎng)設(shè)置冷凍水泵、冷卻水泵各四臺(tái)，冷卻塔五臺(tái)，與冷水機(jī)組對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 空調(diào)冷源設(shè)備配置表Table 1 Equipment of cold source

空調(diào)水系統(tǒng)管路設(shè)置必要的調(diào)節(jié)閥及傳感器，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。

（1）分、集水器供回水總管設(shè)溫度及流量傳感器，用于測(cè)定空調(diào)末端總冷負(fù)荷，作為冷水機(jī)組啟?？刂戚斎霔l件，水泵、冷卻塔與冷水機(jī)組對(duì)應(yīng)啟停；

（2）分、集水器間設(shè)壓差傳感器，根據(jù)測(cè)定壓差值確定冷凍水泵運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)按需供水；

（3）集水器各分支回水管設(shè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)控制調(diào)節(jié)閥開度；

（4）冷卻塔回水總管設(shè)溫度傳感器，用于調(diào)節(jié)冷卻塔風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖5 客專場(chǎng)空調(diào)水系統(tǒng)原理圖Fig.5 Principle diagram of water system（PDL）

圖6 城際場(chǎng)空調(diào)水系統(tǒng)原理圖Fig.6 Principle diagram of water system（intercity railway）

3 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 滲透風(fēng)量的確定

考慮到滲透風(fēng)對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境以及空氣品質(zhì)的影響，為避免盲目估算，本次設(shè)計(jì)采用CONTAM軟件模擬計(jì)算滲透風(fēng)量。

佛山西站周邊建筑林立，南北側(cè)預(yù)留的高層物業(yè)開發(fā)建筑和東西兩側(cè)利用鐵路站場(chǎng)下方設(shè)置的市政公共交通停車場(chǎng)對(duì)站房周邊自然風(fēng)產(chǎn)生較大的阻隔效果，因此本次設(shè)計(jì)主要考慮熱壓作用形成的滲透風(fēng)。在夏季室內(nèi)空氣溫度較室外環(huán)境溫度低的情況下，根據(jù)建筑布局形式，旅客站房內(nèi)部將形成由站臺(tái)進(jìn)站口進(jìn)入、經(jīng)旅客進(jìn)站通道和候車區(qū)、由站房進(jìn)站口排出室外的滲透風(fēng)路徑。

圖7 地面進(jìn)站層滲透風(fēng)路徑示意Fig.7 Route of infiltration air at ground floor

圖8 夾層出站層滲透風(fēng)路徑示意Fig.8 Route of infiltration air at second floor

圖9 滲透風(fēng)路徑剖面示意（城際場(chǎng)區(qū)域）Fig.9 Section plan of infiltration air（intercity railway）

圖10 滲透風(fēng)路徑剖面示意（客專場(chǎng)區(qū)域）Fig.10 Section plan of infiltration air（PDL）

本次設(shè)計(jì)對(duì)滲透風(fēng)采用CONTAM軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，其邊界條件設(shè)定為：

（1）由于周邊建筑遮擋效果，本次計(jì)算僅考慮室內(nèi)外熱壓效果；

（2）室內(nèi)設(shè)定溫度為27～29℃，室外環(huán)境溫度按夏季空調(diào)室外計(jì)算溫度取值為34.2℃，大氣壓力取值1004kPa；

（3）外門尺寸按照建筑資料確定，并考慮風(fēng)幕機(jī)對(duì)滲透風(fēng)的遮擋效果，遮擋率取值80%。

經(jīng)模擬得出，客專場(chǎng)區(qū)域滲透風(fēng)量約12萬m3/h，城際場(chǎng)區(qū)域滲透風(fēng)量約8萬m3/h，合計(jì)滲透風(fēng)量20萬m3/h，滲透風(fēng)引起的室內(nèi)換氣次數(shù)約為1次/h，與《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）中所推薦的0.4次/h換氣次數(shù)差距較大，說明滲透風(fēng)采用模擬計(jì)算很有必要。

3.2 有組織新風(fēng)量的確定

本站候車室、集散廳等旅客公共活動(dòng)區(qū)域建筑面積合計(jì)28080m2，根據(jù)《鐵路旅客車站建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》所提供人員密度，經(jīng)計(jì)算確定旅客人數(shù)為13620人。

對(duì)于鐵路旅客站房，人員新風(fēng)量主要按照《鐵路旅客車站建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》、《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行，取值分別為10m3/m2·p及16m3/m2·p，計(jì)算所需新風(fēng)量分別為13.6萬m3/h及21.8萬m3/h。本工程經(jīng)模擬計(jì)算所得滲透風(fēng)量約為20萬m3/h，已基本可滿足規(guī)范最高標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的人員新風(fēng)量需求。

考慮不利情況下，有組織新風(fēng)量按滿足規(guī)范所規(guī)定的“最小”新風(fēng)量取值，確定為13.6萬m3/h。

3.3 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)建筑使用功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，站房集散廳、候車室、進(jìn)站及換乘通道、售票廳采用全空氣系統(tǒng)，采用組合式空調(diào)器全回風(fēng)方式運(yùn)行+獨(dú)立新風(fēng)機(jī)組方式。各末端設(shè)備均設(shè)于候車室東西兩側(cè)夾層空調(diào)機(jī)房內(nèi)，新風(fēng)由站臺(tái)新風(fēng)亭取風(fēng)，新風(fēng)亭與進(jìn)、出站樓梯口部結(jié)合設(shè)置。

新風(fēng)機(jī)組風(fēng)量按滿足規(guī)范最低限值標(biāo)準(zhǔn)配置，并選用8排管設(shè)備。經(jīng)專業(yè)廠商對(duì)表冷器計(jì)算，在設(shè)計(jì)工況下，新風(fēng)機(jī)組除承擔(dān)新風(fēng)冷、濕負(fù)荷外，同時(shí)可負(fù)擔(dān)室內(nèi)冷負(fù)荷共計(jì)935kW、濕負(fù)荷815kg/h，剩余室內(nèi)冷、濕負(fù)荷由組合式空調(diào)器等常規(guī)空調(diào)末端滿足。

圖11、12為空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)原理圖及站臺(tái)新風(fēng)取風(fēng)口實(shí)景圖。

圖11 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)原理圖（客專場(chǎng)區(qū)域）Fig.11 Principle diagram of all-air system（PDL）

圖12 新風(fēng)取風(fēng)口實(shí)景圖Fig.12 Real photo of ventilating shaft for outdoor air

為充分利用滲透風(fēng)，并確保室內(nèi)空調(diào)效果，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過程中對(duì)新風(fēng)空調(diào)器增設(shè)回風(fēng)管，同時(shí)對(duì)新、回風(fēng)管設(shè)置調(diào)節(jié)閥門。當(dāng)僅利用滲透風(fēng)即可滿足室內(nèi)空氣環(huán)境要求時(shí)，將新風(fēng)空調(diào)器轉(zhuǎn)化為全回風(fēng)工況運(yùn)行，確保室內(nèi)空調(diào)效果；當(dāng)滲透風(fēng)效果不佳，室內(nèi)二氧化碳等污染物濃度超標(biāo)時(shí)，新風(fēng)空調(diào)器按全新風(fēng)工況運(yùn)行，保證室內(nèi)人員新風(fēng)量。

4 機(jī)械排煙系統(tǒng)性能化設(shè)計(jì)

佛山西站候車室建筑面積較大且凈空高度高，難以按照現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范進(jìn)行防排煙設(shè)計(jì)，需通過性能化的方式對(duì)防排煙系統(tǒng)可靠性進(jìn)行論證。在保證人員疏散安全的前提下，性能化方法主要采用設(shè)置防火分隔的方式防止火災(zāi)蔓延以控制火災(zāi)規(guī)模、采用模擬設(shè)計(jì)火災(zāi)場(chǎng)景的方式確定排煙量。

4.1 防火分隔措施

對(duì)于鐵路旅客站房候車空間，為避免對(duì)運(yùn)營產(chǎn)生較大影響，防火分隔主要采用“防火控制分區(qū)”、“防火隔離帶”的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)。

防火控制分區(qū)面積按現(xiàn)行建筑防火規(guī)范中所規(guī)定的2500m2控制，設(shè)置自動(dòng)滅火設(shè)施時(shí)按5000m2控制。控制分區(qū)周邊不設(shè)置防火墻、防火卷簾等分隔措施，而是采用“防火隔離帶”控制火災(zāi)蔓延。

防火隔離帶為防火控制分區(qū)之間設(shè)置有明顯標(biāo)識(shí)空間，該空間范圍內(nèi)不得設(shè)置固定可燃荷載，通過設(shè)置一定寬度的隔離帶，達(dá)到避免防火控制分區(qū)之間火災(zāi)蔓延、降低火災(zāi)危險(xiǎn)性的目的。

候車室防火隔離帶主要控制座椅區(qū)的火災(zāi)蔓延，鐵路旅客站房普通座椅和軟席座椅最大火災(zāi)熱釋放速率分別為2MW和8MW，火災(zāi)類型為穩(wěn)態(tài)火，采用點(diǎn)火源輻射蔓延分析模型進(jìn)行分析，取火災(zāi)臨界輻射強(qiáng)度10kW/m2，計(jì)算得出不同火災(zāi)熱釋放率對(duì)應(yīng)的分隔距離如圖13所示。

圖13 輻射源與分隔距離關(guān)系圖Fig.13 Relation diagram of radiant source and separation distance

按照穩(wěn)態(tài)點(diǎn)火源特性，2MW、8MW火焰直徑分別為2.3m、4.5m，分隔距離分別為2.3m、4.61m，并考慮一定安全余量，確定普通座椅區(qū)、軟席座椅區(qū)防火隔離帶寬度分別為6m、10m。

4.2 排煙量的確定

考慮到商鋪等區(qū)域已設(shè)置一定的防火分隔措施，旅客候車室可能存在的火災(zāi)主要包括行李火災(zāi)、座椅火災(zāi)及按燃料島方式設(shè)置的小商亭火災(zāi)，參考國內(nèi)外試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其火災(zāi)規(guī)模一般為1.5MW、2MW、3MW。結(jié)合佛山西站建筑布局，按照自動(dòng)滅火系統(tǒng)有效情況下火災(zāi)規(guī)模4MW、最低清晰高度7.3m，采取NFPA92B計(jì)算分析方法，可計(jì)算得出所需最小機(jī)械排煙量為12.7萬m3/h。為提高系統(tǒng)可靠性，排煙系統(tǒng)設(shè)備能力按同時(shí)排除3個(gè)防煙分區(qū)的煙量配置。

通過設(shè)定火災(zāi)場(chǎng)景，采用CFD模擬的方式分析各時(shí)段CO濃度、溫度、能見度情況，對(duì)排煙設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論證。以下為模擬場(chǎng)景（一）模擬情況，該場(chǎng)景考慮±0.00m標(biāo)高候車室普通座椅火災(zāi)，設(shè)計(jì)最大熱釋放速率2.0MW，快速t平方火，采用機(jī)械排煙方式，模擬時(shí)段為1200s。模擬結(jié)果顯示模擬時(shí)段內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)均可滿足人員疏散需求，排煙方案可在20min內(nèi)為人員安全疏散提供保證。

圖14 模擬場(chǎng)景模型及網(wǎng)格劃分圖Fig.14 Model of simulated scene and grid diagram

圖15 模擬場(chǎng)景火源功率Fig.15 Fire power in simulated scene

圖16 模擬場(chǎng)景煙氣流動(dòng)及CO、溫度、能見度分布圖Fig.16 Distribution diagram of smoke flow、CO、temperature and visibility in simulated scene

通過模擬候車室行李、座椅、商亭等多種火災(zāi)工況，在自動(dòng)滅火系統(tǒng)失效的最不利情況下，得出該火災(zāi)場(chǎng)景危險(xiǎn)來臨時(shí)間如表2所示，而經(jīng)Pathfinder軟件模擬得出候車室人員疏散所需時(shí)間為561s，可證明原設(shè)計(jì)排煙量可滿足人員疏散要求。