變工況鄭州地鐵站空調系統運行溫度的分析

2016-07-27 03:39:39楊夢輝張曉靜

四川建筑 2016年2期

楊夢輝，張曉靜

(鄭州科技學院, 河南鄭州 450064)

變工況鄭州地鐵站空調系統運行溫度的分析

楊夢輝，張曉靜

(鄭州科技學院, 河南鄭州 450064)

【摘要】運用相對熱指標分析乘客在設計溫度下由室外進入鄭州地鐵站內熱舒適感覺的變化，同時運用RWI差值的方法計算在室外溫度變化時，鄭州地鐵站內的空調運行溫度。

【關鍵詞】相對熱指標；熱舒適；空調運行溫度；變室外溫度

地下軌道交通在安全性、準時性、舒適性、載客容量和環保性能等方面都優于私人交通和公共汽車。由于地鐵具有如上的優點，使其成為了解決現代交通擁堵的重要方式。但回顧國內外早期修建的地鐵，人們對地鐵內部環境的熱舒適度并沒有得到足夠的重視。但是近些年隨著人們生活水平的提高，人們對于環境的舒適性有了進一步的追求，廣泛地受到人們的重視。

地鐵的環境控制系統是一個復雜的系統，受到諸多因素的影響，如室外環境溫度、濕度、氣流速度、客流量、人員活動強度、站內燈光、設備等因素的影響。地鐵站通風空調系統的設計思路是：使站內的環境與室外環境的變化能夠相適應，室外溫度變化時，站廳及站臺廳內溫度都能做出相應調整，以滿足人體熱舒適要求，同時達到節能的目的。地鐵站廳及站臺廳是乘客短暫停留的地方，因此使乘客由室外依次進入站廳、站臺廳能夠得到短暫舒適的感覺即可。

1鄭州地鐵概述

1.1鄭州地鐵概況

鄭州是中原地區第1個擁有軌道交通、中部六省第2個擁有軌道交通、全國第19個開通地鐵的城市。2009年6月6號，鄭州地鐵1號線動工，2013年12月28號鄭州地鐵1號線1期工程通車運營。鄭州市軌道交通共規劃17條線路，覆蓋鄭東新區、鄭州西開發區、航空港區等地區。鄭州市人口密度大，公交車客流量極大，因此城市軌道交通將極大程度緩解路面交通壓力，提高安全系數，方便市民出行。

1.2鄭州地鐵空調系統

根據GB 50157-2013《地鐵設計規范》規定：地下車站站廳溫度比夏季空調室外計算溫度低2 ℃～3 ℃，且不應超過30 ℃，站臺廳比站廳溫度低1 ℃～2 ℃；相對濕度均在40%～65%之間[1]。因乘客在站廳、站臺廳停留時間較短，只需滿足于短暫舒適即可。由GB 50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》可知：鄭州市夏季空調室外計算干球溫度為34.9 ℃，濕球溫度為27.4 ℃，夏季室外平均風速2.2 m/s[2]。

2相對熱指標概述及計算

相對熱指標RWI(Relative Warmth Index)是美國運輸部考慮人體在過渡空間時的熱舒適指標,為指導確定地鐵車站站臺、站廳和列車等環境的空調設計參數而設置的[3]。相對熱指標是根據ASHRAE的熱舒適試驗結果得出的。因此本文利用相對熱指標來確定地鐵車站內空調運行溫度。

RWI是一個量綱為一的指標，計算相對熱指標的公式為：

(1)

(2)

式中：M為新陳代謝率， W/m2；t為空氣干球溫度，℃；(t-35)為人感覺到溫度高的不舒服之前，干球溫度和皮膚平均溫度之間的差值；R為除與室溫相同的墻壁外，平均外界輻射熱，W/m2；Pa為空氣中水蒸氣分壓力，Pa。Icw為人員實際服裝熱阻clo，考慮人員活動時因服裝鼓風效應及汗濕等因素，可利用已知活動狀態熱阻線性插值算；

(3)

Ia為服裝外空氣邊界層的熱阻，clo，如果已知人體運動產生的誘導風速為Va，則有：

(4)

因此由式(1)～式(4)可以通過計算得到的RWI值是一個數字，具體如何將RWI值與人體的熱舒適感覺結合起來是需要解決的一個問題，如表1所示。

表1　RWI和ASHRAE標準分類的關系

3鄭州地鐵站RWI值的應用

對于地鐵站而言，需要計算RWI值的地方是站廳和站臺廳，根據GB 50157-2013《地鐵設計規范》的規定，可以得到站廳設計溫度為30℃，站臺廳設計溫度為29℃，列車內設計溫度為27℃，平均相對濕度取50%。根據站臺和站臺廳的平均溫度為29.5℃，相對濕度50%，依據焓濕圖可以查得該狀態下空氣的其他狀態參數值，得到空氣中水蒸氣分壓力Pw=2062.8 Pa。表2、表3給出人在不同狀態下的新陳代謝率和相應的服裝熱阻，因此可依據式(1)～式(4)計算出人在不同地點不同狀態下的RWI值(表4)。

表2　不同運動狀態下被汗液潤濕后的服裝熱阻　clo

表3　成年男子在不同活動強度下的能量代謝率　(W/m2)

表4　不同活動狀態不同溫度下的RWI值

由表4可以得知：一名乘客以4.8 km/h的速度搭乘鄭州地鐵，由室外34.9℃的環境中進入設定溫度為30℃的站廳中，RWI值由0.39下降至0.27，人會由一個不舒適的環境進入一個較為舒適的環境。之后乘客在站廳駐足買票，由于乘客步速由3.7 km/h降低至0，人體的新陳代謝率降低，但是站廳空氣流動速度降低，空氣邊界層的熱阻增加，RWI值會有一定程度的升高。幾分鐘之后，人會進入到29℃的站臺廳，RWI值進一步下降至0.2，站立1～3 min進入列車內，進入列車之后，環境溫度由29℃降低至27℃，空氣流速升高，因此空氣邊界層熱阻減小，RWI值進一步下降。

從上述分析可知：乘客在進站過程中，RWI總體是一個逐步降低的趨勢，人的熱感覺逐漸由熱過渡到舒適；而出站過程中，則是相反的趨勢。

4運用RWI差值確定鄭州地鐵站空調運行溫度

由圖1可知，在室外溫度發生變化時，如果站廳設定溫度不變，則在室外溫度低于30℃時，人由室外進入站廳時，RWI值則由小變大，人由一個較為舒適的環境進入到另外一個不舒適的環境，這樣做不能滿足乘客的熱舒適要求。若室外溫度高于30℃，人由溫度較高的環境進入設定溫度為30℃的站廳，RWI值下降，能夠滿足乘客的熱舒適要求。