深圳地鐵地下車站公共區冷負荷計算

■　楊　寧

深圳地鐵地下車站公共區冷負荷計算

■楊寧

冷負荷計算是空調設計的前提和基礎，地鐵車站作為一類特殊的建筑形式，其考慮因素、計算方法與一般民用及公共建筑不同。由于地鐵行業尚未制定專業設計手冊，地鐵冷負荷計算無規范和標準可遵循，導致設計人員在工作中十分迷茫和困惑。以深圳地鐵11號線碧海站為例，論述地下車站屏蔽門系統公共區冷負荷計算的方法和過程，包括冷負荷組成、考慮因素、參數選取及確定等，為同類工程設計提供參考。

屏蔽門；客流；換乘客流；冷負荷；超高峰系數；傳熱；滲透冷負荷

0　引言

碧海站是深圳地鐵11號線的第8座車站，為地下標準島式車站，車站通風空調系統采用屏蔽門制式，站廳層設計溫度30 ℃，站臺層設計溫度28 ℃。地下車站的負荷不受外界環境的影響，不需要考慮建筑物圍護結構對負荷的影響，其主要來源于車站的人員、設備、車站與隧道區間的熱交換、車站與出入口之間的熱交換等。

1　人員散熱

1.1人員數量的確定

人員數量確定的基本依據是客流資料，需將客流資料折合成同時出現在站廳、站臺的人數，一般來說遠期晚高峰小時客流量為最大客流，通常作為人員計算的依據。但由于近期的行車對數較低，往往出現近期人員高于遠期的情況，因此對近期人員也要進行校核。一般遠期高峰小時的上下車客流已經包含了換乘客流，碧海站遠期晚高峰小時客流量見表1。

1.1.1人員停留時間

一般乘客在車站內逗留時間按以下數據計算：上車乘客站廳逗留時間2.0 min，在站臺逗留時間為一個行車間隔；下車乘客在車站逗留時間3.0 min（其中站廳逗留時間1.5 min，站臺逗留時間1.5 min）。換乘站換乘乘客在上車站臺逗留時間為一個行車間隔，在下車站臺或站廳停留時間為1.5 min，當通過站廳等其他換乘空間換乘時，尚需考慮在其他換乘空間停留1.5 min。由于換乘形式復雜多樣，需根據具體情況確定。碧海站站廳、站臺停留時間見表2。

1.1.2超高峰系數

超高峰系數是指車站高峰小時乘降量中最大15 min乘客乘降量占高峰小時乘降量的比值，因此在人員計算時，需對高峰小時人數進行附加。這個值是根據城市出行特征及既有條件等因素確定，各線取值不同。一般按照客流專業提供的數據選取，沒有相關資料可根據《地鐵設計規范》9.1.3規定，按1.1—1.4選取［1］。換乘站、商業中心、短期會發生大客流的車站（如體育場館等）取上限，一般車站取下限。

表1　碧海站遠期晚高峰小時客流量　　　　　　　　　　　　　人次/h

表2　碧海站站廳、站臺停留時間　　　　min

1.1.3人員數量

人數=（客流/60）×停留時間×超高峰系數［2］，碧海站人數計算見表3。

1.2人員散熱量

基本計算公式：

式中：q為不同室溫和勞動性質時成年男子的散熱量；N為室內全部人數；n'為群集系數，地鐵車站取1。碧海站單位人員散熱、散濕統計見表4。

2　車站設備冷負荷

設備的冷負荷主要由照明、電梯、扶梯、售檢票設備、屏蔽門設備等散熱構成，各設備系統應提供設備發熱量供計算使用，當缺乏數據時，可參考以下數據進行計算。

（1）自動扶梯散熱量（50 Hz）見表5。

（2）機房垂直電梯主機散熱量：3 500 W/臺。

（3）照明燈具：20 W/m2車站、5 kW/km區間隧道（LED照明應根據功率折減）。

（4）廣告牌：大型720 W/臺、小型320 W/臺（LED照明應根據功率折減）。

（5）導向牌、指示牌：100 W/ 塊。

（6）屏蔽門電機發熱量：11 kW/兩側。

（7）自動售貨機：2 500 W/臺（有制冷功能）。

（8）自動售檢票設備中，進/出閘機為550 W/臺、自動售票機為1 200 W/臺、驗票機為130 W/臺、ATM柜員機為400 W/臺。

表3　碧海站人數計算 人

表4　單位人員散熱、散濕量

表5　自動扶梯散熱量　　　　　　　　　　　　　　 kW

表6　風道傳熱系數　　　　　　　　　W/（m2·K）

3　車站與隧道區間的熱交換

3.1軌頂及軌底風道傳熱

軌頂風道與站廳層地面及站臺層公共區相鄰，設計應考慮其向站廳、站臺的散熱量。軌底風道只需計算風道頂板向站臺層的傳熱，計算方法同軌頂風道［3］。

3.1.1軌頂（底）風道溫度

列車進站時，由于列車冷凝器散熱，使車站隧道溫度升高，此時的排風溫度按照38 ℃考慮，列車駛離后的車站區間溫度按照SES系統模擬計算結果取值，根據列車的停站時間計算軌頂（底）風道內平均溫度。

例如：行車對數30對，停站時間30 s，則每小時停站15 min，計算溫度38 ℃，其余45 min計算溫度33 ℃（按照SES系統模擬計算結果取值），計算平均溫度為34.25 ℃。

3.1.2傳熱系數

式中：Rn為內表面換熱熱阻，取0.036 m2·K/W（考慮到風道內風速較高，內表面換熱熱阻參照建筑室外選取）；Rw為外表面換熱熱阻，取0.110 m2·K/W（參照建筑室內選取）；δ為圍護結構厚度，m；λ為圍護結構導熱系數，W/（m2·K）；K為傳熱系數，W/（m2·K）。碧海站風道傳熱系數見表6。

3.1.3傳熱量

式中：Q為傳熱量，W；F為傳熱面積，m2；Δt為風道兩側溫差，℃。

3.2屏蔽門傳熱

屏蔽門采用8 mm無色鋼化玻璃，傳熱系數按照5.83 W/（m2·K）計算，車站隧道溫度按照SES系統模擬計算結果取值。

屏蔽門高度可近似按軌頂風道下全部高度計算（約3.5 m），含屏蔽玻璃（2 m）、門機、部分風道側墻下沿的混凝土。

3.3隧道進風冷負荷

當列車進站時，屏蔽門開啟，車站與區間形成空氣對流。廣州、深圳等地的測試表明，在列車進站的慣性作用下，在屏蔽門尾部，部分隧道空氣涌入車站；同時，由于軌排風機的作用，更多的空氣由車站進入隧道，進出的差值即屏蔽門漏風量。大部分研究結果表明：6輛編組車站在屏蔽門開啟時，區間隧道進入車站的風量約1 m3/s；停站時間30 s，30對/h車站，折合到一小時的平均進風量0.25 m3/s；屏蔽門凈漏風量數值約為30 m3/s，對于停站時間30 s，30對/h車站，折合到一小時的平均漏風量為7.5 m3/s。

由于隧道溫度高于車站，由隧道進入車站的空氣造成的冷負荷即隧道進風冷負荷。

式中：G為風量，m3/s；ρ為空氣密度，取1.2 kg/ m3；iw為室外空氣焓值，kJ/kg；in為室內空氣焓值，kJ/kg。

按照隧道空氣溫度38 ℃、相對濕度90%，站臺空氣溫度28 ℃、相對濕度55%考慮，該冷負荷為Q=0.25×1.2×（138-62）=23 kW。

4　車站與出入口間的熱交換

滲透風冷負荷是指由出入口進入車站的滲透風量造成的冷負荷，當新風機的新風量大于等于屏蔽門漏風量時，該負荷按4.1章節計算，反之，按照4.2章節計算，兩項不重復計算。

4.1正常情況出入口滲透冷負荷

車站出入口滲透風的熱量為0.2 kW/m2，面積按照出入口實際面積計算。

4.2自然進風冷負荷

當屏蔽門漏風量大于新風機風量時，列車進站停車會造成車站短時間出現負壓，使得空氣由出入口補充進入車站，造成自然進風負荷。這部分不同于新風機新風負荷，需要放在車站冷負荷內一并考慮，建議按照站廳60%、站臺40%的比例分別分攤至站廳、站臺負荷內。

（1）自然進風量=屏蔽門漏風量-新風機新風量。

（2）自然進風負荷。

4.2.1確定室內外計算參數

室內空氣狀態點為站廳、站臺混合后空氣狀態，按照空氣溫度29 ℃、相對濕度55%設置。碧海站室內外空氣狀態參數見表7。

4.2.2計算冷負荷

為便于進行下一步風量計算，分別計算顯熱和全熱負荷。

式中：G為自然進風量，m3/s；ρ為空氣密度，取1.2 kg/m3；iw為室外空氣焓值，kJ/kg；in為室內空氣焓值，kJ/kg；dw為室外空氣含濕量，g/kg；dn為室內空氣含濕量，g/kg干；d為散濕量，g/s。

4.2.3碧海站算例

碧海站屏蔽門漏風量7.5 m3/s，新風機風量7.6 m3/s，不再考慮自然進風負荷。當有自然進風負荷時，可按表8進行統計，并記錄于表9。

5　濕負荷

車站濕負荷主要由人員、屏蔽門滲透風、出入口滲透風、圍護結構壁面產濕量構成。其中人員及滲透風產生的濕負荷在上述章節已經述及，圍護結構壁面產濕量按2 g/（m2·h）計。

6　冷負荷及濕負荷匯總

匯總站廳站臺熱、濕負荷，形成冷負荷匯總表。為方便下階段利用溫差計算風量，一般將顯冷負荷單獨統計。碧海站車站冷負荷匯總見表9。

表7　室內外空氣狀態參數

表8　自然進風熱濕負荷計算表

表9　車站冷負荷匯總　kW

7　結束語

近年來全國地鐵建設蓬勃發展，與之不相匹配的是地鐵暖通空調設計并沒有形成完整的計算體系，造成設計水平參差不齊的粗放型現狀。以深圳地鐵碧海站為例對地鐵空調系統冷負荷計算進行了梳理，列出常用的經驗數據，供設計人員參考，對需要注意的各個環節予以說明，為同類工程設計提供參考。

［1］ GB 50157—2003 地鐵設計規范［S］.

［2］ 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［3］ 住房和城鄉建設部工程質量安全監管司.全國民用建筑工程設計技術措施［M］.北京：中國計劃出版社，2009.

楊寧：深圳市市政設計研究院有限公司，高級工程師，廣東 深圳，518000

責任編輯李葳

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