地鐵車站設備間設備發熱量測量方法和分析計算

李國棟 夏三縣 籃杰 劉軍 孫心明 余偉之 王海濤

摘 要：地鐵設備用房設備空調負荷占設備用房總空調負荷的比重很大，但缺少準確可靠的地鐵設備用房設備發熱量測量方法。該文總結地鐵設備用房設備發熱量的特點，比較分析了適用于地鐵設備用房設備發熱量的測量方法，給出了地鐵設備用房設備發熱量分析處理的理論公式和測量數據的處理方法。研究成果可用于指導地鐵設備用房設備發熱量測量和測量數據的分析處理。

關鍵詞：地鐵車站;設備發熱量;測量方法

中圖分類號：U231.5 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）30-0072-03

Abstract： Air conditioning load of metro equipment room occupies a large proportion of the total air conditioning load of equipment room. However， it is a lack of accurate and reliable measurement method for the calorific value of metro equipment room. In this paper， the characteristics of the calorific value of metro equipment room are summarized. The suitable measurement methods for the equipment calorific value are compared and analyzed for the metro equipment room. Besides， the theoretical equation and data processing method for calorific value analysis and calculation of metro equipment room are presented. The research results can be used to guide the calorific value measurement and data analysis of metro equipment room.

Keywords： metro station; equipment calorific value; measurement method

地鐵作為城市軌道交通的有力工具，已經成為解決城市交通擁擠問題的主要手段。截至2019年年底我國大陸地區地鐵運營總里程達6 736.2 km，在建地鐵線路9 902.5 km，地鐵總投資計劃達4.643萬億元。由于地鐵投資巨大、公益性特征明顯，一定程度上加重了地方債務負擔，地鐵建設應強化勘察設計，著力提升投資效益。

地鐵車站設備用房的空調負荷較為復雜，相應的設備用房設備負荷難以確定，一般根據相關專業提供資料進行空調負荷計算[1]。由于設計人員對軌道交通各類設備發熱量認識不夠深入，且缺少準確可靠的地鐵設備用房設備發熱量的設計參考和依據[2]，國內地鐵設備用房設備發熱量估算值普遍偏大，導致地鐵設備用房空調負荷設計值偏大，這不但增加了空調系統和土建的建設成本，而且增加了地鐵空調系統能耗，不符合國家節能減排的要求，因此，合理計算地鐵設備用房設備發熱量顯得尤為重要[3]。

1 地鐵車站設備發熱量的特點和測量方法

1.1 地鐵設備用房設備發熱量的特點

地鐵車站設備用房數量較多，通常包括信號設備室、信號電源室、通信設備室、通信電源室、公安通信設備室、民用通信設備室（含電源室）、環控電控室、綜合監控設備室、照明配電室、35 kV開關柜室、直流開關柜室、整流變壓器室、控制室、再生電能回饋裝置室、能饋變壓器室、0.4 kV開關柜室和跟隨變電所等。設備用房內設備種類和數量龐大，設備發熱量測量比較困難。引起設備空調負荷確定困難的主要原因包括：①各種設備的發熱原理不同，設備發熱量計算分析方法不同[4];②各設備缺乏實時的電能監測數據，很難計算輸入功率和輸出功率較高的設備發熱量[5];③設備散熱量并不直接形成瞬時冷負荷，準確計算設備空調負荷十分困難;④各個設備之間存在安全距離，很難全面地直接分析測量設備表面的傳熱情況;⑤設備運行具有動態特性，設備散熱量的動態變化增加了計算設備發熱量的困難。

1.2 地鐵設備用房設備發熱量測量方法

根據測量設備散熱量方法的不同原理，現有設備散熱量測量方法主要有6種[6]：熱流計法、表面溫度法、導熱溫差法、工質能量平衡法、理論計算法、紅外測定法。這6種設備散熱量測量方法可以歸納為3類：直接測量方法、間接測量方法和理論計算方法。直接測量方法包括熱流計法、表面溫度法、導熱溫差法和紅外測定法;工質能量平衡法屬于間接測量方法，理論計算法屬于理論計算方法。目前常用的地鐵設備發熱量測量方法包括熱流計法、表面溫度法、工質能量平衡法和理論計算法。熱流計法利用熱流傳感器測量設備表面的熱流強度，具有測量精度高和測量簡便等優點，因此在設備散熱量測量中應用比較廣泛。表面溫度法測量設備外表面溫度、環境溫度、設備外形尺寸和設備外表面黑度，然后利用傳熱理論計算設備散熱量，必要時需考慮風速對設備散熱量的影響。表面溫度法沒有熱流計法直觀準確，但具有測量方便的優點，在設備散熱量測量精度不高的情況下，可以采用表面溫度法。工質能量平衡法根據地鐵設備用房熱量平衡，計算出地鐵設備用房空調負荷，減去設備用房圍護結構空調負荷和滲透風負荷，即可計算確定地鐵設備散熱量。理論計算法用理論分析公式計算地鐵車站變電所設備散熱量，可用于直接測量法存在測量安全問題的設備用房，例如變電室、高低壓開關室和變壓器室等。

2 地鐵設備散熱量確定理論方程和分析計算

2.1 工質能量平衡法設備散熱量分析計算

地鐵設備用房空調負荷包括圍護結構負荷、滲透風負荷、設備負荷、照明負荷和人員負荷。根據地鐵設備用房質量守恒和能量守恒原理可以建立地鐵設備用房熱平衡方程：

3 結論

本文分析了地鐵車站設備用房發熱量的特點，給出了其常用測量方法及適用條件，還給出了設備用房發熱量的分析計算方法，可以為實際地鐵車站設備用房設備發熱量測量提供理論分析和計算方法，準確測量的設備發熱量可以為地鐵站空調系統優化設計提供可靠的依據和參考。

參考文獻：

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[2] 張喬.地鐵車站設備發熱量精確提資必要性及方法探討[J].建筑熱能通風空調，2019（11）：61-63，107.

[3] 鄭進龍.某地鐵車站設備房空調負荷實測分析[J].科技創新與應用，2017（11）：286-286.

[4] 劉文勝.哈爾濱地鐵設備管理用房空調通風系統設計方案比選[J].地下工程與隧道，2006（3）：46-47.

[5] 陳克松.地鐵設備用房發熱量測試及空調通風系統設計[J].住宅與房地產，2020（12）：80-81.

[6] 李婷婷，畢海權，王宏林.地鐵車站站廳空調冷負荷影響因素分析[J].制冷與空調（四川），2019，33（6）：684-690.

[7] 房爍，夏美秀，鄭進龍.地鐵車站設備房空調負荷實測研究[J].城市軌道交通研究，2018（10）：118-121.