風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)與柱面貼附送風(fēng)相結(jié)合的方案在地鐵公共區(qū)的適用性分析

王帥、李瑞嘉、何政偉

（中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，浙江杭州310016）

0 引言

傳統(tǒng)的城市軌道交通地下車站公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，一般會采用全空氣一次回風(fēng)低速風(fēng)管系統(tǒng)，氣流組織采用上送上回形式，此方案為混合通風(fēng)。工作區(qū)一般處于回風(fēng)或排風(fēng)環(huán)境中，通風(fēng)的效率、衛(wèi)生條件相對較差。柱面貼附送風(fēng)是一種利用射流在柱面產(chǎn)生貼附效應(yīng)（康達(dá)效應(yīng)）的新型送風(fēng)模式，該模式有類似置換通風(fēng)的效果。空氣從位于結(jié)構(gòu)柱上部的回形條縫送風(fēng)口射出后，立即與矩形柱面形成貼附流動，當(dāng)接近地面高度時，在地面逆壓梯度的作用下，射流主體會與矩形柱面分離，流動方向也由豎直變?yōu)樗剑⒃诠ぷ鲄^(qū)形成以矩形柱為中心的擴(kuò)散流動分布。貼附送風(fēng)氣流組織模式，會在工作區(qū)形成類似置換通風(fēng)的空氣湖狀分布[1]，從而提高空氣能源效率和室內(nèi)空氣品質(zhì)，同時也避免了在傳統(tǒng)置換通風(fēng)中設(shè)置大管徑送風(fēng)管道的弊端。研究表明，在地鐵車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中采用貼附送風(fēng)方式，冷水機(jī)組的容量可減小22%，空調(diào)系統(tǒng)綜合制冷性能系數(shù)可提高17%，相較于傳統(tǒng)的混合式通風(fēng)方式，車站大系統(tǒng)板材的節(jié)約率為14.3%[2]。以合肥某地鐵車站為例，研究與分析了地鐵車站采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)形式及貼附送風(fēng)方案的適用性。

1 地鐵車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)形式的適用性分析

地鐵車站傳統(tǒng)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，在車站兩端的通風(fēng)空調(diào)機(jī)房內(nèi)各設(shè)置了1 套全空氣系統(tǒng)，每套由組合式空調(diào)器、回/排風(fēng)機(jī)、風(fēng)管等構(gòu)成。組合式空調(diào)器可集中處理車站回風(fēng)和新風(fēng)的混合空氣，再由風(fēng)管送入車站公共區(qū)。該組合式空調(diào)器的尺寸約為長×寬×高=8.0×3.2×3.0（m），送、回風(fēng)管截面分別為2000×800（mm），占用了大量有限的地鐵空間。

風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的形式是成熟的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，地鐵車站采用此方案，可替代組合式空調(diào)器及大尺寸的送風(fēng)管，有效降低車站規(guī)模。目前，該方案在地鐵中的應(yīng)用較少，主要原因之一是風(fēng)機(jī)盤管數(shù)量較多，維護(hù)、檢修工作量較大。

1.1 風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)方案設(shè)計(jì)

地鐵車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)選用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，在站廳與站臺的公共區(qū)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤管，可用于承擔(dān)公共區(qū)的冷負(fù)荷；在兩端的通風(fēng)空調(diào)機(jī)房設(shè)置2 套新風(fēng)處理機(jī)組，分別承擔(dān)站廳層與站臺層公共區(qū)的新風(fēng)負(fù)荷，風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)與新風(fēng)送風(fēng)管中設(shè)置風(fēng)管殺菌裝置。

以合肥市某地鐵標(biāo)準(zhǔn)車站為例，方案布置示意圖詳見圖1。

圖1 地鐵站廳公共區(qū)風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)方案布置示意圖

根據(jù)合肥市的氣象條件，計(jì)算所得該站公共區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷及設(shè)備參數(shù)詳見表1，公共區(qū)排煙系統(tǒng)可維持原方案，此表中不再贅述。

表1 風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)方案空調(diào)負(fù)荷與設(shè)備參數(shù)表

根據(jù)上述內(nèi)容，采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)方案，設(shè)計(jì)參數(shù)均在合理范圍內(nèi)，可滿足地鐵車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)及防排煙功能的要求。

1.2 車站土建及通風(fēng)空調(diào)的造價影響分析

地鐵車站通風(fēng)空調(diào)機(jī)房寬19.2m，長度主要受限于組合式空調(diào)器的長度。以長度為8m 的組合式空調(diào)器為例，考慮檢修要求，車站一端的通風(fēng)空調(diào)機(jī)房長度應(yīng)不小于14m，另一端長度應(yīng)不小于13m。采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，若取消組合式空調(diào)器，空調(diào)機(jī)房的長度可減少2.5～3.5m。以兩端通風(fēng)空調(diào)機(jī)房長度均減少2.5m 為例，車站面積共減少約83.5m2，節(jié)約土建建設(shè)成本約167 萬元。

傳統(tǒng)的車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備與安裝的費(fèi)用估算對比詳見表2（各類風(fēng)管主材按耐火復(fù)合風(fēng)管考慮）。

表2 傳統(tǒng)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)方案與風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)方案設(shè)備與安裝費(fèi)用估算對比表

采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)方案，相較于傳統(tǒng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)方案，設(shè)備與安裝費(fèi)用減少了4.8 萬元，加之土建費(fèi)用的差值為167 萬元，總費(fèi)用可節(jié)省171.8 萬元。因此，地鐵車站采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)方案，經(jīng)濟(jì)性更合理。

2 柱面貼附送風(fēng)的適用性分析

地鐵車站作為地下公共建筑，內(nèi)部熱源與污染源繁雜，無自然通風(fēng)條件，因此，采用高效的氣流組織方式，對提升站內(nèi)空氣品質(zhì)至關(guān)重要。貼附送風(fēng)具有類似置換通風(fēng)的效果，是一種高效率的氣流組織方式，地鐵車站的公共區(qū)大空間內(nèi)阻擋氣流在地面貼附流動的障礙物較少，為柱面貼附射流的應(yīng)用提供了條件。柱面貼附射流示意圖詳見圖2[3]。

圖2 柱面貼附射流示意圖

2.1 地鐵車站柱面貼附送風(fēng)方案

仍以合肥某地鐵車站為例，結(jié)合其風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)方案，如圖3，在車站結(jié)構(gòu)柱上方設(shè)置柱面貼附送風(fēng)回形靜壓箱。靜壓箱與風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)管、新風(fēng)管相連接，在經(jīng)過內(nèi)部混合后，通過回形靜壓箱下部的條形風(fēng)口送風(fēng)，氣流貼附柱面流至地面沖擊偏轉(zhuǎn)區(qū)，進(jìn)而流動至人員工作區(qū)，回風(fēng)進(jìn)入風(fēng)機(jī)盤管尾端回風(fēng)口，自此完成貼附送風(fēng)氣流的組織循環(huán)。

圖3 地鐵車站柱面貼附送風(fēng)方案剖面示意圖

2.2 地鐵車站柱面貼附送風(fēng)效果評價

由于尚無實(shí)際工程采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)與柱面貼附送風(fēng)相結(jié)合的方案，采用CFD 數(shù)值模擬的方法進(jìn)行送風(fēng)，效果良好。對合肥某車站進(jìn)行了此方案下的CFD 模擬與分析，通過站姿下垂直溫差及通風(fēng)效率兩項(xiàng)參數(shù)，對通風(fēng)效果進(jìn)行了評價。以站廳公共區(qū)為例，詳見圖4、圖5。

圖4 站廳公共區(qū)貼附送風(fēng)人員腳部高度的溫度分布（據(jù)地0．1m）

圖5 站廳公共區(qū)貼附送風(fēng)人員頭部的溫度分布（據(jù)地1．7m）

根據(jù)CFD 模擬結(jié)果，站廳與站臺層的站姿下，垂直溫差分別為1.06oC 與0.89oC，均在合理范圍內(nèi)（≤3oC）；站廳層與站臺層的通風(fēng)效率分別為1.39 與1.25，均大于1。因此，該站貼附送風(fēng)效果的評價指標(biāo)均在合理范圍內(nèi)。此外，由于人員工作區(qū)主要在2.0m 高度以下，模擬研究發(fā)現(xiàn)，在滿足此高度下的人員舒適性及溫度、空氣流速的設(shè)計(jì)要求的前提下，站廳層送風(fēng)量由44635m3/h 減少至40172m3/h，站臺層送風(fēng)量由51807m3/h 減少至46626m3/h。由此可見，采用貼附送風(fēng)氣流組織方式可降低約10%的送風(fēng)量，冷量可降低約9.9%。

3 結(jié)語

以合肥某地鐵車站為例，從方案設(shè)計(jì)與投資造價的角度，研究、分析了風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)在公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中的適用性。相對于傳統(tǒng)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)方案，風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)方案會增加一定的設(shè)備維護(hù)工作量，但經(jīng)估算，整體初投資可節(jié)省約171.8 萬元，經(jīng)濟(jì)性相對合理。根據(jù)CFD 模擬結(jié)果，風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)與柱面貼附送風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)空調(diào)方案效果較好，可降低公共區(qū)約10%的總冷量，既節(jié)約能耗又節(jié)省冷源初投資，對地鐵車站公共區(qū)的適用性較好。