淺談地鐵車站公共區通風空調系統設計

高 煌

淺談地鐵車站公共區通風空調系統設計

高 煌

以屏蔽門系統的車站為例,從公共區的冷負荷、濕負荷構成以及公共區通風空調系統設計等方面進行了闡述分析,并給出了相應的計算公式,從而使通風空調系統設計更加完善。

城市軌道交通,負荷,舒適,通風空調

0 引言

地鐵具有運量大、快速、正點、低能耗、少污染、乘坐舒適方便等優點,被稱為“綠色交通”。為了緩解交通壓力,提升城市形象,城市軌道交通在我國迅速發展起來。

地鐵車站空調系統主要有大系統和小系統。大系統主要是為乘客上下車提供舒適、衛生的過渡性環境;小系統是為工作人員提供舒適、衛生的環境以及保證設備工藝要求而正常運行的環境。本文以屏蔽門系統的車站為例,對地鐵公共區空調負荷的構成、主要影響因素以及送回風方式進行分析。

1 地鐵通風空調系統

本文主要分析大系統的負荷組成及通風空調系統設計。

2 公共區通風空調系統室內計算溫度

站廳夏季空調設計溫度：T=30℃;

站臺夏季空調設計溫度：T=28℃;

地鐵環境設計相對濕度：φ=40%～65%。

3 空調冷負荷的構成

3.1 圍護結構傳入冷負荷

經多年專家的研究分析得出,地下車站的圍護結構與土壤間的熱量傳遞可以在圍護結構散熱計算中忽略,作為空調負荷的富余量。因此公共區圍護結構冷負荷主要為車站內部結構兩側因溫差產生的散熱量。本文僅針對屏蔽門系統進行分析,站廳層公共區主要是軌頂排熱風道與中板之間的傳熱量,站臺層公共區主要以屏蔽門、軌底風道與站臺板的傳熱量為設計主要考慮因素,傳熱量計算可根據以下公式：

式中：K——內圍護結構傳熱系數,W/(m2·℃);

F——內圍護結構計算面積,m2;

Q——內圍護結構傳熱量,W;

tls——屏蔽門內溫度,排熱風道內溫度,按照 40℃計算;

tn——站廳、站臺層公共區計算溫度,℃。

3.2 人員冷負荷

人員的散熱主要是乘客在車站公共區內停留活動所造成的,因此車站的客流量及乘客在車站內停留時間是影響人員冷負荷的主要因素。

本文介紹標準車站公共區人員計算,公式如下：

式中：Gc——站廳計算人員數量;

Gp——站臺計算人員數量;

A1——車站小時上車客流,個/h;

A2——車站小時下車客流,個/h;

a2——上車乘客站臺停留時間,min;

a1——下車乘客站廳停留時間,min;

b2——上車乘客站臺停留時間,min;

b1——下車乘客站廳停留時間,min。

乘客在車站平均停留時間可根據如下確定：上車客流在車站平均停留時間為按行車間隔加2 min,其中站廳停留 2min,站臺停留一個行車間隔;下車客流平均車站停留時間為 3min,站廳、站臺各停留 1.5m in或者根據乘客出站所需時間確定。

地鐵與其他公共交通一樣,客流有很明顯的地域和峰谷時間的差異,根據對國內多個城市車站公共區負荷分析得出：客流小的高峰時段車站人員冷負荷占公共區總負荷的 20%左右,客流大的高峰時段車站人員冷負荷占公共區總負荷的 50%以上。因此應該充分研究客流情況,只有較為準確的客流資料,才能保證人員冷負荷的準確性。

根據設計手冊,乘客在站廳散熱量為顯熱 35 W/人,潛熱147W/人;乘客在站臺散熱量為顯熱 45W/人,潛熱 136W/人。

3.3 照明冷負荷

照明散熱得熱形成的冷負荷,可用下式計算：

其中,n1為同時使用系數;Qτ為照明的得熱,W;τ為計算時刻,h;T為開燈時刻,h;τ-T為從開燈時刻算起到計算時刻的持續時間,h;Xτ-T為τ-T時刻燈具散熱的冷負荷系數,見《實用供熱通風空調設計手冊》中照明功率密度指標表。

3.4 設備散熱產生的冷負荷

車站公共區設備主要有：大小廣告燈箱、導向指示牌、自動扶梯、垂直電梯、售檢票設備、進出站閘機、銀行、商鋪等設備,這部分設備發熱產生的冷負荷占大系統總負荷的 10%左右。

3.5 出入口滲透空氣產生的冷負荷

屏蔽門系統將車站和區間隧道安全分開,列車進出站對車站的影響降到了最小,由于屏蔽門漏風存在,使得車站公共區在列車出站時存在一定的負壓,因此有出入口滲入的熱空氣產生的冷負荷,一般占到公共區總負荷的 1.5%。按照模擬計算,以及經驗總結車站出入口的滲透風影響按 200W/m2斷面面積計算。

3.6 新風引入產生的冷負荷

對于設置屏蔽門系統的車站,公共區通風空調系統的新風量應為以下兩者中的最大值：計算人員新風量;新風量不小于系統總送風量的 10%。

3.7 屏蔽門漏風產生的負荷

屏蔽門將隧道與車站公共區分開,由于受到軌頂、軌底排熱以及活塞風的影響,通過屏蔽門漏風,仍然有熱量交換。目前國內對屏蔽門漏風的考慮有如下幾種情況：

1)站廳冷負荷=(屏蔽門漏風量-最小新風量)×(室外焓值-站廳焓值);站臺冷負荷=(屏蔽門漏風量-最小新風量)×(站廳焓值-站臺焓值)。

2)屏蔽門開啟產生的總漏風量M,車站公共區總送風量 M′, (M-M′×10%)×(室外參數-室內參數),此部分冷負荷納入到站廳或者站臺。

通過對兩種情況的分析計算,前者屏蔽門產生總冷負荷約150 kW,后者約 50 kW,送風量主要受顯熱負荷的影響,因此前者實際對總送風量的增加不明顯,但是很大程度加大了大系統設備的選型冷量,較后者而言,設備冷量和風量的匹配值更為合理。

4 空調濕負荷的構成

公共區濕負荷主要組成有：圍護結構散濕量、人體散濕量、出入口滲透風與屏蔽門漏風散濕量。

屏蔽門漏風量對公共區濕負荷的影響如下：

1)站廳濕負荷=(屏蔽門漏風量-最小新風量)×(室外含濕量-站廳含濕量)。

2)站臺濕負荷=(屏蔽門漏風量-最小新風量)×(站廳含濕量-站臺含濕量)。

4.1 圍護結構散濕量

圍護結構的散濕是指外圍護結構與土壤間的散濕量,可通過單位面積的散濕量進行計算,按照經驗數據,單位面積散濕量可按車站側墻、頂板、底板按1 g/(m2·h)～2 g/(m2·h)進行計算,區間隧道壁面按2 g/(m2·h)進行計算。

4.2 人員散濕量

根據設計手冊,乘客在站廳層散濕量為 220 g/人,乘客在站臺層散濕量為 203 g/人。

5 公共區通風空調設計

5.1 通風空調形式

車站公共區采用全空氣空調系統。按全空氣雙風機一次回風的變風量系統設計,排煙風機應單獨設置。

5.2 氣流組織

車站大系統氣流組織方式宜采用上送上回,站廳、站臺應按均勻送風設計,排風口應滿足排煙距離的要求。站臺回/排風口應靠屏蔽門側,送風口應沿站臺縱向均勻布置且應避免直接吹向屏蔽門;站廳的送風口應布置在乘客經常活動區域,回排風口在天花通透的情況下宜設于高位且盡量采用側向或頂部布置以提高回排風和排煙效率。

5.3 系統運行方式和要求

1)正常運行。

a.空調季節小新風工況。

當站外空氣焓值大于車站空調大系統回風空氣焓值時,空調系統采用小新風加一次回風運行。

b.空調季節全新風工況。

當站外空氣焓值不大于車站空調大系統回風空氣焓值且站外空氣溫度大于空調送風溫度時,采用全新風空調運行,空調器處理室外新風后送至空調區域,回/排風機執行排風工況。

c.非空調季節工況。

當站外空氣溫度小于空調送風溫度時,停止冷水機組運行,外界空氣不經冷卻處理直接送至空調區域,回/排風機執行排風工況。

d.夜間運行工況。

夜間收車后停止車站空調大系統的運行。

2)火災事故運行。

車站公共區發生火災時,立即停止無關車站的小系統以及空調水系統,轉換到車站大系統火災模式運行。

a.當站臺層發生火災時,利用站臺層排煙系統排煙,同時隧道通風系統輔助排煙,站廳層送風,車站內人員迎著新風方向從站臺經站廳疏散至地面。

b.當站廳層發生火災時,利用站廳層排煙系統進行排煙,車站內人員迎著新風方向從車站出入口向地面疏散。

6 結語

公共區通風空調系統設計好壞,將直接影響到地鐵吸引客流,好的環境將大大提高這一快捷交通工具的優勢,從全文看客流因素是影響公共區負荷的重要因素,這就要求我們設計師要得到準確的客流資料的同時,進行詳細的負荷計算,合理的設計通風管道走向以及氣流組織。

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Initial discussion on the design of air-conditioning and ventilation system in subway station public area

GAO Huang

Taking the station of Platform Screen Door(PSD)system as the case,itanalyzes cooling load and humidity load composition in public area,and the design of air-conditioning and ventilation system in public area,and shows corresponding calculation formulas.Thus,it further improves the design of air-conditioning and ventilation system.

urban trial transportation,load,comfortable,air-conditioning and ventilation

TU831.3

A

1009-6825(2011)09-0135-02

2010-11-28

高 煌(1983-),男,助理工程師,中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600

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