地鐵車站設(shè)備間設(shè)備發(fā)熱量測量方法和分析計(jì)算

李國棟 夏三縣 籃杰 劉軍 孫心明 余偉之 王海濤

摘 要：地鐵設(shè)備用房設(shè)備空調(diào)負(fù)荷占設(shè)備用房總空調(diào)負(fù)荷的比重很大，但缺少準(zhǔn)確可靠的地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量測量方法。該文總結(jié)地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量的特點(diǎn)，比較分析了適用于地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量的測量方法，給出了地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量分析處理的理論公式和測量數(shù)據(jù)的處理方法。研究成果可用于指導(dǎo)地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量測量和測量數(shù)據(jù)的分析處理。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;設(shè)備發(fā)熱量;測量方法

中圖分類號：U231.5 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0072-03

Abstract： Air conditioning load of metro equipment room occupies a large proportion of the total air conditioning load of equipment room. However， it is a lack of accurate and reliable measurement method for the calorific value of metro equipment room. In this paper， the characteristics of the calorific value of metro equipment room are summarized. The suitable measurement methods for the equipment calorific value are compared and analyzed for the metro equipment room. Besides， the theoretical equation and data processing method for calorific value analysis and calculation of metro equipment room are presented. The research results can be used to guide the calorific value measurement and data analysis of metro equipment room.

Keywords： metro station; equipment calorific value; measurement method

地鐵作為城市軌道交通的有力工具，已經(jīng)成為解決城市交通擁擠問題的主要手段。截至2019年年底我國大陸地區(qū)地鐵運(yùn)營總里程達(dá)6 736.2 km，在建地鐵線路9 902.5 km，地鐵總投資計(jì)劃達(dá)4.643萬億元。由于地鐵投資巨大、公益性特征明顯，一定程度上加重了地方債務(wù)負(fù)擔(dān)，地鐵建設(shè)應(yīng)強(qiáng)化勘察設(shè)計(jì)，著力提升投資效益。

地鐵車站設(shè)備用房的空調(diào)負(fù)荷較為復(fù)雜，相應(yīng)的設(shè)備用房設(shè)備負(fù)荷難以確定，一般根據(jù)相關(guān)專業(yè)提供資料進(jìn)行空調(diào)負(fù)荷計(jì)算[1]。由于設(shè)計(jì)人員對軌道交通各類設(shè)備發(fā)熱量認(rèn)識不夠深入，且缺少準(zhǔn)確可靠的地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量的設(shè)計(jì)參考和依據(jù)[2]，國內(nèi)地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量估算值普遍偏大，導(dǎo)致地鐵設(shè)備用房空調(diào)負(fù)荷設(shè)計(jì)值偏大，這不但增加了空調(diào)系統(tǒng)和土建的建設(shè)成本，而且增加了地鐵空調(diào)系統(tǒng)能耗，不符合國家節(jié)能減排的要求，因此，合理計(jì)算地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量顯得尤為重要[3]。

1 地鐵車站設(shè)備發(fā)熱量的特點(diǎn)和測量方法

1.1 地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量的特點(diǎn)

地鐵車站設(shè)備用房數(shù)量較多，通常包括信號設(shè)備室、信號電源室、通信設(shè)備室、通信電源室、公安通信設(shè)備室、民用通信設(shè)備室（含電源室）、環(huán)控電控室、綜合監(jiān)控設(shè)備室、照明配電室、35 kV開關(guān)柜室、直流開關(guān)柜室、整流變壓器室、控制室、再生電能回饋裝置室、能饋?zhàn)儔浩魇摇?.4 kV開關(guān)柜室和跟隨變電所等。設(shè)備用房內(nèi)設(shè)備種類和數(shù)量龐大，設(shè)備發(fā)熱量測量比較困難。引起設(shè)備空調(diào)負(fù)荷確定困難的主要原因包括：①各種設(shè)備的發(fā)熱原理不同，設(shè)備發(fā)熱量計(jì)算分析方法不同[4];②各設(shè)備缺乏實(shí)時的電能監(jiān)測數(shù)據(jù)，很難計(jì)算輸入功率和輸出功率較高的設(shè)備發(fā)熱量[5];③設(shè)備散熱量并不直接形成瞬時冷負(fù)荷，準(zhǔn)確計(jì)算設(shè)備空調(diào)負(fù)荷十分困難;④各個設(shè)備之間存在安全距離，很難全面地直接分析測量設(shè)備表面的傳熱情況;⑤設(shè)備運(yùn)行具有動態(tài)特性，設(shè)備散熱量的動態(tài)變化增加了計(jì)算設(shè)備發(fā)熱量的困難。

1.2 地鐵設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量測量方法

根據(jù)測量設(shè)備散熱量方法的不同原理，現(xiàn)有設(shè)備散熱量測量方法主要有6種[6]：熱流計(jì)法、表面溫度法、導(dǎo)熱溫差法、工質(zhì)能量平衡法、理論計(jì)算法、紅外測定法。這6種設(shè)備散熱量測量方法可以歸納為3類：直接測量方法、間接測量方法和理論計(jì)算方法。直接測量方法包括熱流計(jì)法、表面溫度法、導(dǎo)熱溫差法和紅外測定法;工質(zhì)能量平衡法屬于間接測量方法，理論計(jì)算法屬于理論計(jì)算方法。目前常用的地鐵設(shè)備發(fā)熱量測量方法包括熱流計(jì)法、表面溫度法、工質(zhì)能量平衡法和理論計(jì)算法。熱流計(jì)法利用熱流傳感器測量設(shè)備表面的熱流強(qiáng)度，具有測量精度高和測量簡便等優(yōu)點(diǎn)，因此在設(shè)備散熱量測量中應(yīng)用比較廣泛。表面溫度法測量設(shè)備外表面溫度、環(huán)境溫度、設(shè)備外形尺寸和設(shè)備外表面黑度，然后利用傳熱理論計(jì)算設(shè)備散熱量，必要時需考慮風(fēng)速對設(shè)備散熱量的影響。表面溫度法沒有熱流計(jì)法直觀準(zhǔn)確，但具有測量方便的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)備散熱量測量精度不高的情況下，可以采用表面溫度法。工質(zhì)能量平衡法根據(jù)地鐵設(shè)備用房熱量平衡，計(jì)算出地鐵設(shè)備用房空調(diào)負(fù)荷，減去設(shè)備用房圍護(hù)結(jié)構(gòu)空調(diào)負(fù)荷和滲透風(fēng)負(fù)荷，即可計(jì)算確定地鐵設(shè)備散熱量。理論計(jì)算法用理論分析公式計(jì)算地鐵車站變電所設(shè)備散熱量，可用于直接測量法存在測量安全問題的設(shè)備用房，例如變電室、高低壓開關(guān)室和變壓器室等。

2 地鐵設(shè)備散熱量確定理論方程和分析計(jì)算

2.1 工質(zhì)能量平衡法設(shè)備散熱量分析計(jì)算

地鐵設(shè)備用房空調(diào)負(fù)荷包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、滲透風(fēng)負(fù)荷、設(shè)備負(fù)荷、照明負(fù)荷和人員負(fù)荷。根據(jù)地鐵設(shè)備用房質(zhì)量守恒和能量守恒原理可以建立地鐵設(shè)備用房熱平衡方程：

3 結(jié)論

本文分析了地鐵車站設(shè)備用房發(fā)熱量的特點(diǎn)，給出了其常用測量方法及適用條件，還給出了設(shè)備用房發(fā)熱量的分析計(jì)算方法，可以為實(shí)際地鐵車站設(shè)備用房設(shè)備發(fā)熱量測量提供理論分析和計(jì)算方法，準(zhǔn)確測量的設(shè)備發(fā)熱量可以為地鐵站空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)和參考。

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