高鐵車站候車廳熱環(huán)境實(shí)測(cè)與分析

王晨輝 楊?？?/p>

西安建筑科技大學(xué)建筑設(shè)備科學(xué)與工程學(xué)院

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高大空間建筑的應(yīng)用變得越來越廣泛，典型的高大空間包含有火車站，航站樓候機(jī)廳，體育館，會(huì)展中心以及大型的工廠廠房等?；疖囌竞蜍噺d作為大空間的典型建筑，具有空間體積大、窗墻比高、人員燈光密集等特點(diǎn)[1]。如何保證火車站候車廳內(nèi)的熱舒適環(huán)境成為亟待解決的問題。王康[2]等人利用CFD 對(duì)火車站內(nèi)不同的氣流組織形式做了比較，得到了熱環(huán)境最佳的氣流組織方案。王鑫磊等人[3]通過實(shí)際測(cè)試獲得了首都機(jī)場(chǎng) T2 航站樓內(nèi)的熱環(huán)境參數(shù)。目前高大空間建筑的空調(diào)通風(fēng)主要以噴口送風(fēng)為主，噴口高度一般在4～6 m，人員僅在2 m 高度范圍內(nèi)活動(dòng)，采用空氣作為冷源的輸送介質(zhì)，造成風(fēng)機(jī)能耗偏高[4]。此外，候車廳的溫濕度調(diào)控通過相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)合理的氣流組織以及合理的布置測(cè)點(diǎn)將大大降低空調(diào)能耗。2019 年，筆者通過實(shí)際測(cè)試得到了阿房宮高鐵車站候車廳內(nèi)的空氣參數(shù)，分析了高大空間的室內(nèi)空調(diào)參數(shù)分布狀況，為優(yōu)化航站樓內(nèi)的氣流組織設(shè)計(jì)提供參考。

1 車站簡(jiǎn)介

阿房宮站位于陜西省西安市灃東新城南陶莊村，是西成高鐵上的一座車站，2017 年 12 月 6 日，阿房宮站隨西成高鐵一并投入運(yùn)營(yíng)。站房面積為 5896.5 m2，建筑面積為1636.8 m2，主體一層，部分為兩層，層高分別為5.7 m、4.8 m，最高聚集人數(shù)為1000 人。候車廳主入口為處設(shè)有門斗，最低處凈高 9.6 m，吊頂標(biāo)高10.5 m。

阿房宮高鐵車站運(yùn)行時(shí)間為 7:00-23:00，空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間與車站運(yùn)行時(shí)間一致，阿房宮高鐵車站采用了噴口送風(fēng)的空調(diào)形式，噴口高度為 5.9 m，東西兩側(cè)壁面各有 20 個(gè)球形噴口，壁面下方各有兩個(gè) 1.2 m×2 m 的方形回風(fēng)口。

2 測(cè)試方法及部位

測(cè)試時(shí)間為 2019 年 1 月 14 日 15:00 至 1 月 15日15:00。測(cè)試地點(diǎn)為阿房宮高鐵車站候車廳，人流較多，為安全考慮，溫濕度測(cè)試采用“ 模塊+氣球”的形式（見圖 1）來得到水平及垂直方向的分布，考慮到測(cè)試的安全性，擬采用氦氣（惰性氣體）對(duì)氣球充氣。

圖1 候車廳溫濕度測(cè)點(diǎn)水平布置示意圖

本文在候車廳共布置7 組測(cè)試部位，記號(hào)為A-F，具體測(cè)試部位見圖 2，在垂直方向上1.1 m、1.7 m、4 m、6 m、8.5 m 處分別布置了測(cè)點(diǎn)，從下而上編號(hào)依次命名為1～5。風(fēng)速測(cè)試采用手持單通道便攜式熱線測(cè)速儀，由于場(chǎng)地空間的限制，只測(cè)試了 1.1m及1.7 m高度的風(fēng)速。

圖2 候車廳測(cè)試點(diǎn)位分布

測(cè)試中主要用到的儀器及其精度如表 1 所示，測(cè)試中要盡量伸長(zhǎng)儀器，避免人為因素的干擾，從而提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表1 測(cè)試儀器

3 測(cè)試結(jié)果與分析

3.1 室外溫濕度分布及分析

對(duì)室外空氣溫濕度測(cè)點(diǎn)的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，溫濕度變化曲線如圖3 所示。

圖3 室外溫濕度隨時(shí)間變化

從圖3 可以看出：室外溫度在 1 月15 日 04:00 達(dá)到最低值 4 ℃，在 1 月 15 日 13:30 達(dá)到最高值12.06 ℃，最大溫差為8.06 ℃。室外相對(duì)濕度在1 月15日04:00 相對(duì)濕度達(dá)到最高值68%，在 1 月 15 日 12:30 達(dá)到最低值 19%，相對(duì)濕度最大差值為 49%，其中1 月 15 日 15:00 室外相對(duì)濕度比 1 月 14 日 15:00 低28%，說明1 月15 日室外的空氣較為干燥。從 1 月14日 15:00 到 1 月15 日 15:00 的溫濕度隨時(shí)間變化來看，隨著溫度的升高，相對(duì)濕度逐漸降低，隨著溫度的降低，相對(duì)濕度逐漸升高，兩者變化趨勢(shì)基本相反。

3.2 車站內(nèi)部溫度分布及分析

本次測(cè)試車站候車廳共有7 組測(cè)試部位，每個(gè)測(cè)試部位布置有 5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，7 組測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化相同，選擇 A 組測(cè)試部位的測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化（連續(xù)24 h）如圖4 所示。

圖4 A 組測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化

從圖 4 中可以看出：七個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)基本一致，且在1 月 14 日 23:00 溫度產(chǎn)生明顯的下降趨勢(shì)，此時(shí)車站即將閉站，空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉。在 1 月15 日06:30 溫度產(chǎn)生明顯的上升趨勢(shì)，此時(shí)車站開始運(yùn)營(yíng)，空調(diào)系統(tǒng)開啟。在車站運(yùn)營(yíng)時(shí)間段（1 月14 日15:00—1 月14 日23:00、1 月15 日 06:30 至1 月15 日15:00），車站內(nèi)各測(cè)點(diǎn)溫度值波動(dòng)值為±1 ℃，溫度基本不隨時(shí)間變化。在車站運(yùn)營(yíng)時(shí)間段（1 月14 日15:00 至1月 14 日 23:00、1 月 15 日 06:30 至 1 月 15 日15:00），七個(gè)測(cè)點(diǎn)組溫度最低值均在 20 ℃以上，各個(gè)測(cè)點(diǎn)組在工作區(qū)內(nèi)的溫度為23±3 ℃，基本滿足人體熱舒適要求。從圖4 可以看出B、D、E、F 四組測(cè)點(diǎn)由于距離風(fēng)口較遠(yuǎn)，受噴口送風(fēng)射流影響較小，因此具有明顯的溫度分層現(xiàn)象，而 A、C、G 組則由于送風(fēng)射流的影響，在射流范圍內(nèi)溫度變化波動(dòng)較大，溫度分層現(xiàn)象不明顯，另外可以看出在空調(diào)關(guān)閉后七組測(cè)點(diǎn)都出現(xiàn)了明顯的溫度分層。

為了更好地研究車站內(nèi)垂直溫度分布的規(guī)律，取1 月 14 日 16:00（空調(diào)開啟）和 1 月 15 日 03:00（空調(diào)關(guān)閉）各個(gè)測(cè)點(diǎn)組的溫度數(shù)據(jù)做出豎直溫度分布曲線圖（圖5、6）。

圖5 垂直溫度分布（1 月14 日16:00）

從圖 5 可以看出：車站候車廳溫度最大值出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)C 距地面8.5 m 處，溫度最大值為26.81 ℃。溫度最低值出現(xiàn)在 E 組測(cè)點(diǎn)距地面 1.1 m 處（E1），溫度最小值為22.06 ℃，兩者之間的差值為4.75 ℃。A 組測(cè)點(diǎn)、G 組測(cè)點(diǎn)與 C 組測(cè)點(diǎn)的溫度明顯高于其余四組測(cè)點(diǎn)，說明候車廳各部位存在著一定的區(qū)域溫差，測(cè)點(diǎn)A、測(cè)點(diǎn) G 與測(cè)點(diǎn)C 距離車站內(nèi)空調(diào)送風(fēng)口最近，受噴口送風(fēng)氣流影響較大，因此溫度比其余測(cè)點(diǎn)偏高。各測(cè)點(diǎn)溫度基本都隨著高度的增加而增大，其中在0～1.7 m 的垂直區(qū)域內(nèi)溫度變化趨勢(shì)最大，變化溫差最大為1.5 ℃，說明垂直溫度的分布受人員影響較大。

圖6 垂直溫度分布（1 月15 日03:00）

從圖6 可以看出：七個(gè)測(cè)點(diǎn)組的溫度隨高度的增加而增大，且溫度基本為線性增大。此外由于車站處于閉站狀態(tài)，車站內(nèi)部只受冷風(fēng)滲透影響，故候車廳七個(gè)測(cè)點(diǎn)在同一高度下，溫度差值不超過1 ℃，可近似認(rèn)為水平方向不存在溫差。車站候車廳溫度最大值出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)G 距地面8.5 m 處，最大值為18.38 ℃。車站候車廳溫度最小值出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)E 距地面 1.1 m 處，最小值為17.19 ℃，兩者差值為1.19 ℃。

3.3 車站內(nèi)部濕度分布及分析

候車廳?相對(duì)濕度與溫度同時(shí)記錄，共有七組測(cè)點(diǎn)，相對(duì)濕度分布如圖7 所示。

圖7 A 組測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度隨時(shí)間變化

從圖7 可以看出：車站內(nèi)相對(duì)濕度與溫度一樣，在1 月 14 日 23:00 和 1 月 15 日 06:00 受到空調(diào)開閉的影響，曲線發(fā)生突變。與車站內(nèi)溫度變化不同的是，相對(duì)濕度的變化相對(duì)平緩，在車站運(yùn)營(yíng)時(shí)間段（1 月14日 15:00 至 1 月 14 日 23:00、1 月 15 日 10:00 至 1 月15 日 15:00）相對(duì)濕度維持穩(wěn)定，基本不發(fā)生變化。在車站關(guān)閉后（1 月 14 日 23:00 至1 月15 日07:00），車站內(nèi)相對(duì)濕度的變化與室外相對(duì)濕度的變化趨于一致，可知車站內(nèi)相對(duì)濕度的變化受室外影響較大。七組測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度最大值出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn) A，最大值為44%。相對(duì)濕度最小值出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)C，最小值為 10%，兩者相差34%。七組測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度最大值均出現(xiàn) 2m以下工作區(qū)內(nèi)，相對(duì)濕度隨著溫度的升高逐漸降低。相對(duì)濕度在豎直方向沒有出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象。1 月14 日車站運(yùn)營(yíng)時(shí)相對(duì)濕度穩(wěn)定下變化范圍為 18%～32%，1 月 15 日車站運(yùn)營(yíng)時(shí)相對(duì)濕度穩(wěn)定下變化范圍為10%～24%，可知1 月15 日車站內(nèi)相對(duì)濕度低于1 月14 日。1 月15 日室外相對(duì)濕度低于1 月14 日，可知，室內(nèi)相對(duì)濕度的變化主要是受到了室外的影響。

3.4 車站內(nèi)部風(fēng)速分布及分析

車站內(nèi)風(fēng)速測(cè)點(diǎn)在垂直方向布置了 1.1 m、1.7 m兩組數(shù)據(jù)，整理這兩組數(shù)據(jù)得到曲線如圖8、9：

圖8 在1.1 m 處各個(gè)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速隨時(shí)間的變化

圖9 在1.7 m 處各個(gè)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速隨時(shí)間的變化

從圖8～9 可以看出：測(cè)點(diǎn)C、測(cè)點(diǎn)G、測(cè)點(diǎn) A 距離球形噴口最近，水平距離為 11m，其中測(cè)點(diǎn) C、測(cè)點(diǎn) G正對(duì)球形噴口，因此測(cè)點(diǎn) C、測(cè)點(diǎn)G 的風(fēng)速較大，其中測(cè)點(diǎn)C 的風(fēng)速值為0.9± 0.2 m/s，測(cè)點(diǎn) G 的風(fēng)速值為1.2±0 .4 m/s。測(cè)點(diǎn)E 位于車站中央，且距離球形噴口最遠(yuǎn)，水平距離為 36 m，測(cè)點(diǎn) E 的風(fēng)速最低，風(fēng)速值為0～0.2 m/s。測(cè)點(diǎn)B、D、E、F 的風(fēng)速值均小于0.4 m/s，基本可以滿足舒適度要求，然而測(cè)點(diǎn) A、C、G 的風(fēng)速值較大，尤其是測(cè)點(diǎn) C 和測(cè)點(diǎn) G，風(fēng)速最大值分別為1.135 m/s、1.596 m/s，具有明顯的吹風(fēng)感。測(cè)點(diǎn) G 在垂直高度 1.7 m 處風(fēng)速平均值為 1.28 m/s，在垂直高度1.1 m 處風(fēng)速平均值為 1.01 m/s；測(cè)點(diǎn) C 在垂直高度1.7 m 處風(fēng)速平均值為 0.96 m/s；測(cè)點(diǎn) C 在垂直高度1.1m 處風(fēng)速平均值為 0.76 m/s；測(cè)點(diǎn) A 在垂直高度1.7 m 處風(fēng)速平均值為 0.47 m/s；測(cè)點(diǎn) A 在垂直高度1.1 m 處風(fēng)速平均值為 0.43 m/s；測(cè)點(diǎn) B、D、E、F 的風(fēng)速值在1.1 m 和1.7 m 處基本一致?？芍獪y(cè)點(diǎn)C、G 在1.7 m 處風(fēng)速值受到送風(fēng)口的影響更大，而測(cè)點(diǎn) B、D、E、F 基本不受送風(fēng)口影響。

4 結(jié)論

1）在距離噴口送風(fēng)距離11 m 的休息區(qū)，部分區(qū)域存在風(fēng)速過大的現(xiàn)象，導(dǎo)致旅客產(chǎn)生不舒適感，因此在采用噴口送風(fēng)時(shí)應(yīng)盡量降低出口風(fēng)速且噴口向下角度不宜過大。

2）車站內(nèi)部存在明顯的溫度分層，在夜間車站關(guān)閉時(shí)溫度隨高度的變化成線性變化。在日間車站運(yùn)營(yíng)期間，溫度隨高度的變化近似成分段線性函數(shù)，可知人員密度對(duì)車站2 m 以下的溫度分層有很大影響。

3）車站在空調(diào)運(yùn)行期間未進(jìn)行加濕處理，在西安這種典型的西北干燥地區(qū)，候車廳內(nèi)相對(duì)濕度明顯達(dá)不到相應(yīng)的舒適度要求。

4）車站候車廳受人員密度的影響以及車站內(nèi)裝飾空間限制，導(dǎo)致溫度、相對(duì)濕度在不同的區(qū)域有很大的差別。

5）大空間內(nèi)垂直方向的溫度分布具有規(guī)律性，如何得出準(zhǔn)確的溫度參數(shù)預(yù)測(cè)公式并應(yīng)用在大空間中進(jìn)行精確的溫濕度控制需要進(jìn)一步的研究。