地鐵設(shè)備管理用房全空氣空調(diào)系統(tǒng)計算方法

魏亞志 曹學(xué)明 丁 路

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地鐵設(shè)備管理用房全空氣空調(diào)系統(tǒng)計算方法

魏亞志 曹學(xué)明 丁 路

（湖北省城建設(shè)計院股份有限公司 武漢 430051）

針對地鐵車站設(shè)備管理用房功能性質(zhì)、使用要求不同，每個房間的熱濕比差別、變化很大，準(zhǔn)確快捷計算各個房間的計算風(fēng)量和冷負(fù)荷是工程設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)空氣物理性質(zhì)及處理原理，推導(dǎo)計算公式并編制計算表格，提高準(zhǔn)確性及工作效率。

地鐵；設(shè)備管理用房；全空氣系統(tǒng)計算

0 引言

目前，地鐵車站設(shè)備管理用房空調(diào)型式大多采用全空氣雙風(fēng)機(jī)一次回風(fēng)系統(tǒng)，冷源由制冷機(jī)房提供7/12℃的冷凍水，空氣經(jīng)組合式空調(diào)機(jī)組處理后送入各設(shè)備管理用房消除室內(nèi)余熱余濕，保證房間所需要的空氣參數(shù)。地鐵設(shè)備管理用房空氣系統(tǒng)具備空調(diào)小新風(fēng)、全新風(fēng)和全通風(fēng)三種運(yùn)行工況。

設(shè)備用房和人員房間所要求的環(huán)境參數(shù)不同，設(shè)備用房屬于工藝性空調(diào)系統(tǒng)，主要以設(shè)備為主，設(shè)備發(fā)熱量大，如：通信、信號、供配電、氣體滅火以及通風(fēng)空調(diào)機(jī)房；人員管理房間屬于舒適性空調(diào)系統(tǒng)，主要以人員為主，設(shè)備發(fā)熱量很小，主要的冷負(fù)荷為照明、人員產(chǎn)生的冷負(fù)荷，如：更衣室、票務(wù)室、值班室、站長室、車站控制室等。根據(jù)房間的使用時間、功能、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等條件，設(shè)備管理用房一般分為三個系統(tǒng)：人員管理房間（要求27℃，運(yùn)營時間使用）、弱電設(shè)備房間（要求27℃，24小時運(yùn)行）、強(qiáng)電設(shè)備房間（要求36℃，24小時運(yùn)行）。

由于房間功能各不同，散熱量、散濕量也不相同，導(dǎo)致每個房間的熱濕比差別很大，而且變化范圍大。根據(jù)各個房間的熱濕比查焓濕圖，計算相應(yīng)房間的空調(diào)送風(fēng)量，工作量大、效率低，也不能校核送風(fēng)的露點(diǎn)溫度。因此，準(zhǔn)確快捷計算各個房間的計算風(fēng)量和冷負(fù)荷是工程設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 空調(diào)送風(fēng)量的計算方法

1.1 空調(diào)送風(fēng)量計算步驟

由于地鐵地下車站設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量大、濕負(fù)荷小，熱濕比大，一般均采用露點(diǎn)送風(fēng)的一次回風(fēng)的定風(fēng)量全空氣送風(fēng)方式。圖1為夏季一次送風(fēng)設(shè)計工況在焓濕圖（-圖）上的表示。、分別為室內(nèi)、室外狀態(tài)點(diǎn)，為露點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn)，為送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，為混合狀態(tài)點(diǎn)。

圖1 夏季送風(fēng)空氣處理焓濕圖

式中：為空氣狀態(tài)點(diǎn)的比焓，kJ/kg干空氣；為空氣狀態(tài)點(diǎn)的溫度，℃；為空氣狀態(tài)點(diǎn)的含濕量，kg/kg干空氣。

式中：為熱濕比；為房間冷負(fù)荷，kJ/h；為房間濕負(fù)荷，kg/h；n、s為房間的空氣狀態(tài)點(diǎn)比焓、空調(diào)送風(fēng)點(diǎn)比焓，kJ/kg干空氣；n、s為房間的空氣狀態(tài)點(diǎn)含濕量、空調(diào)送風(fēng)點(diǎn)含濕量，kg/kg干空氣。

式中：為送風(fēng)量，m3/h；為空氣密度，kg/m3。

理論上，排除空間的余熱、余濕與送風(fēng)溫差、送風(fēng)點(diǎn)的溫度等單個參數(shù)無關(guān)，僅與送風(fēng)空氣的焓值有關(guān)。所以可以假定在空調(diào)機(jī)組能達(dá)到的機(jī)器露點(diǎn)溫度條件下，只需要計算獲得一定溫差下的送風(fēng)焓值能夠消除余熱、余濕即可。送風(fēng)量和冷負(fù)荷的計算可按照以下步驟：

（1）計算車站房間人員、設(shè)備、照明散熱、散濕量，計算出各個房間冷負(fù)荷及濕負(fù)荷，根據(jù)式（2）得出各自的熱濕比線。

（2）根據(jù)式（1）、（2）可以得到室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)比焓，如下：

（3）初步選取空調(diào)送風(fēng)溫度s，由式（3）得到系統(tǒng)送風(fēng)量：

（4）根據(jù)室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的溫度n、焓值n，可以得到室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的相對濕度φ%。

式中：b,n為室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)飽和含濕量，可以查表得到，kg/kg干空氣。

（5）校核計算得到的計算相對濕度%，避免送風(fēng)溫度過低，空氣結(jié)露。如果出現(xiàn)結(jié)露情況，需要重新選取空調(diào)送風(fēng)溫度進(jìn)行計算。

（6）根據(jù)新風(fēng)量每個工作人員按≥30m3/h計算，新風(fēng)量不小于總風(fēng)量10%，得到系統(tǒng)新風(fēng)量x（m3/h）。新風(fēng)冷負(fù)荷x（kW）可由下式得到：

（7）空調(diào)冷負(fù)荷由新風(fēng)冷負(fù)荷、房間冷負(fù)荷和送風(fēng)溫升冷負(fù)荷構(gòu)成，則：

總xΔx（kW）

按照以上步驟可以通過Excel的公式計算，僅輸入房間冷負(fù)荷、人員數(shù)量及設(shè)備發(fā)熱量，可分別計算各個房間的送風(fēng)量的冷量，具有方便快捷的特性，不需要手工查詢焓濕圖。

1.2 機(jī)器露點(diǎn)的選取

針對地下車站設(shè)備管理用房的特點(diǎn)，機(jī)器露點(diǎn)選取盡可能的低，加大送風(fēng)溫差越有利于空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性?？照{(diào)機(jī)器露點(diǎn)的選取，要考慮空氣冷卻器的盤管制冷能力和房間送風(fēng)口的結(jié)露情況?？諝饫鋮s器的出風(fēng)溫度與冷媒的進(jìn)口溫度之間的溫差不宜小于3℃[1]，空調(diào)冷水系統(tǒng)的供水溫度一般為7℃，機(jī)器露點(diǎn)最低可以達(dá)到10℃。如果機(jī)器露點(diǎn)過低，必然導(dǎo)致空氣冷卻器盤管傳熱面積過大而不經(jīng)濟(jì)；另外送風(fēng)口容易結(jié)露，所以選取合適的機(jī)器露點(diǎn)十分有必要。

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓設(shè)備管理房間室內(nèi)設(shè)計溫度下，參照不同相對濕度所對應(yīng)的室內(nèi)空氣露點(diǎn)溫度，可以選取的送風(fēng)溫度。為了為保證送風(fēng)口不結(jié)露，風(fēng)口表面溫度高于室內(nèi)露點(diǎn)溫度1～2℃；送風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)考慮風(fēng)機(jī)、風(fēng)管及送風(fēng)末端的溫升，一般按照0.5～1℃。

表1 地鐵設(shè)備管理用房送風(fēng)溫差選取表

對于設(shè)備用房中變電所室內(nèi)設(shè)計溫度為36℃，室內(nèi)相對濕度要求范圍較廣，送風(fēng)溫度選為16℃，同時需要校核房間的相對濕度需要<26.9%；設(shè)備房間如環(huán)控電氣室、通號電氣室等室內(nèi)設(shè)計溫度為27℃，室內(nèi)相對濕度為40～60%，送風(fēng)溫度選為17℃，同時需要校核房間的相對濕度需要<47.8%；人員房間如站長室、會議室、控制室等室內(nèi)設(shè)計溫度為27℃，室內(nèi)相對濕度為40～65%，送風(fēng)溫度選為18℃，同時需要校核房間的相對濕度，需要<56.6%。

2 武漢5號線某地鐵站計算實(shí)例

以武漢5號線某地鐵站為例，此地鐵站為標(biāo)準(zhǔn)地下站，分為兩層。對設(shè)備用房、管理用房編寫excel表進(jìn)行統(tǒng)一計算，如表2所示。

表2 武漢地鐵5號線某車站設(shè)備管理用房空調(diào)計算表

續(xù)表2 武漢地鐵5號線某車站設(shè)備管理用房空調(diào)計算表

Table 2 The air conditioning calculation table for equipment management room in a station of Wuhan Metro Line 5

序號房間名稱面積m2冷負(fù)荷kW濕負(fù)荷g/s熱濕比通風(fēng)量m3/h新風(fēng)量m3/h新風(fēng)負(fù)荷kW冷量kW室內(nèi)焓值kJ/kg室內(nèi)相對濕度% KT-A201（站廳、站臺）——設(shè)備房間按17℃送風(fēng)1環(huán)控電控室83.418.00.10816701051885196.625.654.242.8 2通信電源室40.310.00.1089278428472853.614.254.343.0 3照明配電室20.18.00.1087422717251732.010.357.543.3 4通信設(shè)備室70.330.00.108278351870087011.042.854.142.7 5信號設(shè)備室40.65.00.1084639213841381.77.054.643.5 6公安設(shè)備室20.65.00.1084639213841381.77.054.643.5 7站臺門室28.64.00.1083711310921091.45.654.743.7 8照明配電室20.88.00.1087422717251732.010.357.543.3 9牽引網(wǎng)室21.25.00.1084639213841381.77.054.643.5 KT-A301（站臺）——變電房間按16℃送風(fēng)1再生裝置室52.736.00.10833402150155015.142.161.526.8 2變壓器室92.972.00.10866804110068100710.384.361.526.7 30.4kV低壓室15050.00.10846391873697377.158.663.226.6 435kV開關(guān)室15951.00.10847319675177527.359.863.226.6

該計算表利用Excel文檔表格的公式編輯功能，在設(shè)定機(jī)器露點(diǎn)或者送風(fēng)溫度下，輸入房間的冷負(fù)荷、濕負(fù)荷，不需要每個房間查詢焓濕圖，即可快速計算通風(fēng)量，并校核送風(fēng)是否結(jié)露。

3 結(jié)論

通過利用濕空氣的物理性質(zhì)及焓濕圖特性，編制excel表格可以快速地計算地鐵設(shè)備、管理用房的送風(fēng)量和送風(fēng)冷負(fù)荷，無需每個房間再查詢焓濕圖，對提高設(shè)計工作效率有重要意義。

[1] GB 50157-2013,地鐵設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2013.

[2] GB 50736-2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[3] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[4] 張仕杰．地鐵站設(shè)備與管理用房全空氣一次回風(fēng)空調(diào)通風(fēng)量的簡算方法[C]．中國勘察設(shè)計協(xié)會建筑環(huán)境與設(shè)備分會·鐵道系統(tǒng)委員會,中國鐵道學(xué)會工程分會暖通空調(diào)專業(yè)委員會.鐵路暖通年會論文集,2014:163- 168.

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[7] 王繼宏.地鐵車站設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)方案的選擇[J].制冷與空調(diào),2017,31(1):53-57.

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Computational Method of All-air Air Conditioning System to the Equipment and Management Rooms for Subway Station

Wei Yazhi Cao Xueming Ding Lu

( Hubei Urban Construction Design Institute Co., Ltd, Wuhan, 430051 )

In view of the different functions and requirements of the equipment management rooms of subway station, the heat and moisture ratio of each room varies greatly. It is the key and difficult point for the engineering design to calculate the air volume and the cooling load accurately and quickly. According to the physical properties of the air and principle of treatment, the deduced formula is and the calculation form is compiled to improve the accuracy and efficiency.

Subway station; Equipment and management rooms; computational method of all-air air conditioning system

1671-6612（2018）06-627-04

U231+.5

A

魏亞志（1985-），男，工學(xué)碩士，工程師，E-mail：365920082@qq.com

2018-02-01