客運(yùn)站候車廳空調(diào)通風(fēng)送氧研究綜述

□吉 錚 周 航 葉 磊

在我國(guó)，客運(yùn)站人員負(fù)荷大是一個(gè)長(zhǎng)期存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2018年1～8月份，全國(guó)客運(yùn)車輛完成公路客運(yùn)量91.8億人次。面對(duì)如此之高的客運(yùn)量，客運(yùn)站候車大廳經(jīng)常是人滿為患，尤其是節(jié)假日客運(yùn)高峰期，大量人員在客運(yùn)站內(nèi)聚集，導(dǎo)致客運(yùn)站候車廳內(nèi)人口密度急劇增大。傳統(tǒng)的客運(yùn)站空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)多為集中式空調(diào)，采用混合通風(fēng)方式，空調(diào)送風(fēng)難以到達(dá)人員等候區(qū)的每一個(gè)角落，由于人群會(huì)散發(fā)出大量的熱量，其呼吸廢物還可在等候區(qū)不斷累積，因此傳統(tǒng)空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)難以保障客運(yùn)站內(nèi)等候人群的人體熱舒適需求，甚至還會(huì)為疾病的傳播埋下隱患，導(dǎo)致室內(nèi)空氣品質(zhì)急劇下降。以目前我國(guó)交通高速發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，火車、汽車仍然是人們出行的重要交通方式，因此，為保證旅客有一個(gè)舒適的候車環(huán)境，客運(yùn)站候車廳的空調(diào)設(shè)計(jì)更應(yīng)得到足夠的重視。

一、客運(yùn)站候車廳空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

汽車站、火車站作為典型的大空間建筑，具有空間高大、層高較高、人員聚集程度高且密度與流動(dòng)性大、空間通透性要求高、空調(diào)負(fù)荷較大且熱環(huán)境難以保證等特殊性。大空間建筑的室內(nèi)氣流存在極其明顯的分層現(xiàn)象，且垂直方向梯度很大[1]。上述現(xiàn)象的出現(xiàn)使大空間建筑的室內(nèi)環(huán)境控制成為一個(gè)較難解決的問(wèn)題。目前常見(jiàn)的氣流組織形式對(duì)于車站候車廳這類高大空間建筑，在遠(yuǎn)離送風(fēng)口的區(qū)域由于人員密集且空調(diào)送風(fēng)射程不足，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致局部熱濕環(huán)境不滿足人體熱舒適的需求。現(xiàn)有客運(yùn)站候車廳空調(diào)通風(fēng)氣流組織的形式主要有五類，現(xiàn)作簡(jiǎn)要介紹。

(一)上送下回式。上送下回是指氣流在由上向下的流動(dòng)過(guò)程中，不斷與室內(nèi)空氣混合進(jìn)行熱濕交換。對(duì)于上送下回式送風(fēng)，氣流不直接進(jìn)入工作區(qū)，新風(fēng)與原本的室內(nèi)空氣的混摻距離較長(zhǎng)，能夠形成比較均勻的溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)[2]。

(二)置換式通風(fēng)。置換通風(fēng)以極低的送風(fēng)速度將新鮮的冷空氣由房間底部送入室內(nèi)，由于送入的冷空氣密度大而沉積在房間低部，形成“涼空氣湖”。當(dāng)遇到人員、設(shè)備等熱源時(shí)，“涼空氣湖”被加熱而導(dǎo)致空氣上升，形成的熱羽流成為室內(nèi)空氣流動(dòng)置換的主導(dǎo)氣流，從而將熱量和室內(nèi)空間底部沉積的污染物等帶至房間上部，脫離人體的停留區(qū)[3]。

(三)層式通風(fēng)。層式通風(fēng)的送風(fēng)口布置在墻體0.8～1.4m的高度上，即人體呈坐姿時(shí)呼吸區(qū)高度，它通過(guò)在房間墻體中部送風(fēng)的方式將新風(fēng)送達(dá)到人體呼吸的區(qū)域，使該空氣層能達(dá)到較高的熱舒適度，同時(shí)還將污染物及CO2濃度等控制在較低范圍。不僅如此，層式通風(fēng)還可在垂直方向上產(chǎn)生“頭冷腳熱”的逆向溫度梯度，更加符合人體熱舒適規(guī)律。相對(duì)于傳統(tǒng)的通風(fēng)方式，層式通風(fēng)的送風(fēng)溫度可以提高到21℃左右[4]。

(四)分層空調(diào)。當(dāng)建筑高度(H)大于10m，建筑空間容積(V)大于10,000m3，需要的空調(diào)送風(fēng)區(qū)高度h1≤1/2H時(shí)，可以利用合理的氣流組織僅對(duì)需要空調(diào)的下部建筑空間進(jìn)行空調(diào)送風(fēng)，即通過(guò)分層式空調(diào)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)垂直分區(qū)空調(diào)。與傳統(tǒng)的全室空調(diào)相比，分層式空調(diào)可節(jié)省空調(diào)冷負(fù)荷約30%左右，能有效降低建筑能耗[5]。

(五)豎壁貼附射流式通風(fēng)。豎壁貼附射流通風(fēng)的本質(zhì)是一種介于混合式通風(fēng)和置換式通風(fēng)之間的氣流組織形式，其通過(guò)合理的控制空氣射流的相關(guān)物理參數(shù)，延長(zhǎng)空調(diào)送新風(fēng)的射程，將新鮮空氣得以最大限度地送達(dá)人員工作區(qū)并沿地面逐漸擴(kuò)展開(kāi)來(lái)，產(chǎn)生“空氣湖”，從而形成類似于置換式通風(fēng)的氣流組織[6]。

二、大空間建筑空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀分析

客運(yùn)站人員等候區(qū)較大的人員密度使得上送下回式的送風(fēng)方式在回風(fēng)方面受到較大阻力，難以實(shí)現(xiàn)；而置換式通風(fēng)、層式空調(diào)、豎壁貼附射流式通風(fēng)難以根據(jù)客運(yùn)站人流量變化來(lái)調(diào)整送風(fēng)面積和送風(fēng)區(qū)域，不太適用于客運(yùn)站人員等候區(qū)這類人流量變化浮動(dòng)較大的高大空間。分層式空調(diào)在冬季熱負(fù)荷較高時(shí)并不節(jié)能，其送風(fēng)區(qū)域及送風(fēng)面積也難以根據(jù)人流量的變動(dòng)作出調(diào)整，這就需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)就近送風(fēng)、送風(fēng)面積及送風(fēng)區(qū)域可相應(yīng)調(diào)整，并且能夠滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)和人體熱舒適性要求的送風(fēng)方式，來(lái)滿足人員等候區(qū)的送風(fēng)要求。

李先庭以航站樓類高大空間為例，通過(guò)CFD模擬獲得了高大空間內(nèi)詳細(xì)的參數(shù)分布并分析排風(fēng)對(duì)負(fù)荷的影響，從而根據(jù)能量平衡關(guān)系獲得了高大空間負(fù)荷減小的規(guī)律。Tan提出了一套通用的高大空間恒溫空調(diào)氣流組織設(shè)計(jì)方法，該方法在氣流組織初步計(jì)算的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)值分析的方法得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。Cheng提出了一種基于CFD仿真計(jì)算冷負(fù)荷的方法，進(jìn)一步闡明了有效的冷卻負(fù)荷因子概念，使其可方便地用于計(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷并確定送風(fēng)量。王龍閣則根據(jù)不同高大空間建筑的負(fù)荷構(gòu)成及分布特點(diǎn)等提出“負(fù)荷物理特征”的概念，通過(guò)對(duì)具有典型“負(fù)荷物理特征”高大空間建筑的不同氣流組織形式進(jìn)行CFD數(shù)值模擬分析，得出了不同氣流組織條件下的工作區(qū)溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)對(duì)比結(jié)果。

而在針對(duì)車站等人員等候區(qū)的氣流組織研究中，Silas利用CFD軟件和SES程序，對(duì)地鐵車站進(jìn)行了模擬計(jì)算，分析并比較在兩種不同通風(fēng)方式下(自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng))車站內(nèi)的氣流溫度分布情況。Sanchez采用FLUENT軟件分別模擬了標(biāo)準(zhǔn)回風(fēng)、軌頂排風(fēng)及站臺(tái)下排風(fēng)等幾種方案下的車站通風(fēng)效果，優(yōu)化其環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。Yuan以地鐵側(cè)式站臺(tái)為研究對(duì)象，采用CFD軟件建立了原始和優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，按照現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果設(shè)置邊界條件，發(fā)現(xiàn)使用k-ε模型來(lái)預(yù)測(cè)車站氣流溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)是可行的，并提出一種優(yōu)化通風(fēng)策略。任榮利用CFD軟件模擬典型氣象條件下合肥客運(yùn)南站自然通風(fēng)時(shí)的氣流組織情況，對(duì)車站南站廳大門(mén)開(kāi)口位置進(jìn)行了優(yōu)化。劉顯晨以西安北站候車廳為例，利用CFD技術(shù)對(duì)候車廳的負(fù)荷進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬，并針對(duì)不同氣流組織形式進(jìn)行了模擬，給出了合理的氣流組織形式。王康利用數(shù)值模擬的方法對(duì)豐臺(tái)火車站候車廳空調(diào)系統(tǒng)夏季和冬季送風(fēng)工況中的溫度場(chǎng)、相對(duì)濕度場(chǎng)、人體舒適性以及室內(nèi)空氣品質(zhì)分別進(jìn)行模擬計(jì)算分析，得出不同氣流組織方式優(yōu)化比較方案。那艷玲使用CFD軟件，模擬了正常工況下深圳、天津和沈陽(yáng)的地鐵車站內(nèi)的氣流組織情況，并提出了合理的通風(fēng)方式，優(yōu)化其環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。姜濤利用CFD對(duì)武漢地鐵站臺(tái)氣流組織進(jìn)行模擬研究，得到四種方案(兩種送風(fēng)溫差、兩種送風(fēng)末端)下的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)分布情況，為選取合理的送風(fēng)溫差及送風(fēng)末端提供依據(jù)，優(yōu)化其空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

三、高海拔地區(qū)通風(fēng)送氧研究現(xiàn)狀分析

在一些高海拔地區(qū)，空氣密度隨海拔升高而降低，由于該區(qū)域空氣密度小，氧氣分壓及大氣的絕對(duì)含氧量均呈下降趨勢(shì)，由此導(dǎo)致的缺氧則成為高海拔環(huán)境對(duì)人體健康影響的主要因素。因此，地處高海拔區(qū)域的火車站、汽車站等人員密集區(qū)不僅需要注意熱濕環(huán)境，更重要的是要關(guān)注到密集人群所需的氧氣量是巨大的，僅通過(guò)送新風(fēng)已無(wú)法滿足高海拔地區(qū)的客運(yùn)站等人員相對(duì)密集區(qū)對(duì)大量、高濃度氧氣的需求。而目前針對(duì)高海拔地區(qū)客運(yùn)站等的人員密集區(qū)，有關(guān)于供氧方式及其效果的研究還相對(duì)較少。

常海娟對(duì)高原旅客列車供氧狀況進(jìn)行了跟車實(shí)測(cè)與調(diào)查，分析了青藏鐵路列車供氧系統(tǒng)的工作現(xiàn)狀并給出了改進(jìn)建議。歐陽(yáng)仲志對(duì)青藏鐵路列車的三種增氧方案進(jìn)行了可行性分析，指出目前采用制氧機(jī)供氧可行性較高。謝文強(qiáng)用Fluent流體力學(xué)計(jì)算軟件對(duì)隧道內(nèi)氧氣濃度的影響因素進(jìn)行了深入分析，并建立了隧道內(nèi)氧氣濃度預(yù)測(cè)關(guān)系式，制定了巴朗山隧道采用個(gè)體式供氧與彌散式供氧的供氧方案。祝顯強(qiáng)采取實(shí)驗(yàn)和CFD結(jié)合的方法研究了高原低氣壓環(huán)境富氧室內(nèi)局部彌散供氧圓形出氧口供氧特性，得到了富氧面積隨出氧流量與氧氣擴(kuò)散系數(shù)變化關(guān)系式。

四、結(jié)語(yǔ)

由于高大空間建筑的冷、熱負(fù)荷都很大，而這與建筑空間構(gòu)造、人員密度及聚集程度等因素密切有關(guān)，同時(shí)空間內(nèi)部人員活動(dòng)區(qū)所需要的負(fù)荷與建筑總負(fù)荷相比又很小，因此在工程設(shè)計(jì)中往往存在由于氣流組織的不合理，使得一部分能量浪費(fèi)在非人員活動(dòng)區(qū)的現(xiàn)象。而在高海拔地區(qū)，更應(yīng)注意在保證通風(fēng)、人體熱舒適及建筑節(jié)能的同時(shí)，滿足客運(yùn)站等人員密集區(qū)的送氧需求。為了避免上述問(wèn)題在今后的設(shè)計(jì)和應(yīng)用過(guò)程中再次發(fā)生，應(yīng)注意在客運(yùn)站候車廳等高大空間且人員活動(dòng)密集區(qū)對(duì)氣流組織效果進(jìn)行仿真和分析，提出更適宜此類空間應(yīng)用的合理的通風(fēng)、送氧氣流組織形式。