深圳某地下四層國鐵站房空調系統設計分析

摘 要：以深圳某地下四層國鐵站房為例，分別介紹了其公共區集中空調系統設計，辦公及設備區冷卻水型機房專用空調系統、水冷多聯空調系統設計。

關鍵詞：鐵路站房；集中空調；冷卻水型機房空調；水冷多聯空調

中圖分類號：TU96+2? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）03-0042-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.03.011

0? ? 引言

隨著國家八縱八橫高速鐵路干線網絡的逐步形成以及各地高速支線路網的逐步加密，各地配套興建了大量的高鐵站房。第一代高鐵站房一般都建在距離城市較遠的郊區，出行十分不便，意識到這一點后，近年來新建的站房越來越靠近市區、走進市區。為了降低對新建鐵路線網、車站及市區既有設施和建筑的影響，很多線路采用隧道的方式穿越城區，并設置地下站房。

地鐵、地下城際鐵路站房應用較多，但是地下國鐵站房相對較少。國鐵站房在人員候車、人員密度、旅客流線等方面與地鐵和城際鐵路有很大的區別，其空調系統設計在規范、理念、系統型式等方面也存在差異，本文以深圳某新建地下四層國鐵站房為例，對其空調系統的設計進行介紹。

1? ? 工程概況

該鐵路站房位于廣東省深圳市，夏熱冬冷地區。車站最高聚集人數1 000人，為中型旅客車站，采用地下式站房，共四層，站場規模為兩臺四線。其中地下四層為站臺層，地下三層為候車廳、車站辦公及設備區，地下二層為交通廳、停車場及設備區，地下一層為出站廳、停車場及預留商業區域。

車站總長約600 m，總寬43 m，埋深約39 m，總建筑面積95 800 m2。

2? ? 公共區集中空調系統

車站候車廳、出站廳、設置全高站臺門的站臺、交通廳等公共區域設置集中空調系統，冷源采用離心式冷水機組+冷卻塔。

2.1? ? 集中空調系統負荷

2.1.1? ? 室內設計參數

鐵路與地鐵、城際鐵路的運營管理模式不同，旅客候車、乘車的方式也有差別，因此室內設計參數、執行規范也有區別。鐵路站房室內設計參數按TB 10056—2019《鐵路房屋供暖通風與空氣調節設計規范》確定，候車廳室內溫度26～28 ℃、相對濕度40%～70%，出站廳、集散廳、設置全高站臺門的站臺室內溫度28～30 ℃、相對濕度40%～70%，地下站候車室新風量按12.6 m3/（h·人）計。

2.1.2? ? 空調負荷

公共區空調冷負荷主要包括人體熱濕負荷、設備發熱負荷、圍護結構負荷、新風負荷、滲透風負荷等。

人體散熱、散濕負荷主要是由乘客在車站內的活動引起的，負荷計算的關鍵在于確定地下車站內的具體人數，即高峰小時客流量[1]。一般根據車站最高聚集人數、小時到發旅客數量、各區域人員密度、座椅數量等進行綜合確定。

設備發熱量主要包括站內公共區的照明、電梯、閘機、安檢設備、廣告燈箱、自動售票機、指示牌、12306服務臺等用電設備產生的熱量。這部分負荷相對較為穩定，一般情況下，設備發熱負荷占公共區總空調負荷的30%左右。

圍護結構負荷包括車站四周圍護結構與土壤的傳熱和屏蔽門傳熱。土壤傳熱是一個不穩定的傳熱過程，與土壤特性、圍護結構熱物性參數等有關，一般計算側墻、頂板、站臺范圍底板、軌行區與站廳層相鄰結構板的傳熱。

新風負荷，根據人數、人員新風量計算。

滲透風負荷主要包括站臺屏蔽門滲透風、出入口滲透風引起的空調負荷。屏蔽門滲透風主要包括屏蔽門漏風、屏蔽門開啟時的滲透風，滲透風負荷的大小受屏蔽門密閉性能、活塞風壓、屏蔽門尺寸、屏蔽門開啟頻次等的影響。在實際設計過程中，一般會利用模擬軟件進行屏蔽門漏風量的計算，在計算負荷時，一個車站的屏蔽門漏風量一般取值5～10 m3/s。出入口滲透風負荷是由于車站內外壓差變化引起的室外熱濕空氣帶來額外的空調負荷，工程中通過出入口滲透風指標與出入口斷面面積計算，數值計入站廳余熱，出入口全熱附加可按200 W/m2斷面面積計算[2]。

2.2? ? 集中空調主機配置

經負荷計算，車站公共區大系統計算冷負荷4 647 kW，集中空調系統配置兩臺變頻離心式冷水機組。地下站相比地上建筑檢修條件差，前期設計必須考慮檢修通道的預留和設計。本項目冷水機房位于地下三層，冷水機房毗鄰隧道排煙井布置，利用上下貫通的排煙井作為設備運輸及檢修通道，可以滿足設備吊裝、運輸、檢修要求。

由于本項目長度接近600 m，水系統輸送距離較遠，為降低水系統輸送能耗，采用大溫差系統，水系統按7 ℃溫差設計。冷水機房集中空調系統冷源主要設備參數如表1所示。

2.3? ? 室內空調末端及氣流組織

本項目車站形狀狹長，尤其是B2層交通廳，長度接近390 m，不適宜集中設置空調機房。各層公共區域結合設備用房分散設置空調機房，減少空調末端設備服務半徑，降低風系統輸送能耗。車站地下四層，如果每層均設置冷凍水循環干管，投資較高，本次共設置兩個水循環支路，每兩層空調末端合設一個水系統支路，水系統干管采用主干管同程、局部異程的布置方式，既節省了投資，也提高了系統的水力平衡和可調節性。

車站公共區一般采用一次回風全空氣空調系統，室內空調送風根據建筑高度、吊頂形式等采用頂送風或側送風。本站公共區吊頂下凈高4～6 m，設置有滿鋪條板吊頂，各區域均采用頂送風、下部集中回風的方式，結合吊頂設置條縫型送風口。

2.4? ? 集中空調系統控制

2.4.1? ? 冷源控制系統

集中空調冷源配套設置高效智能控制系統，通過采用優化控制主機臺數、優化控制冷凍水出水溫度、冷凍水節能聯控、冷卻水回水溫度自動優化重設等策略，保證冷源系統高效運行，同時提供能效診斷、分析及管理功能。

系統具備安全聯鎖控制功能，可以實現冷源設備的自動臺數控制、聯鎖控制及一鍵啟停控制，實現閥門—水泵—主機的開機順序聯鎖控制及主機—水泵—閥門的關機順序聯鎖控制，實現一鍵啟停冷站設備；控制系統根據負荷預測、系統水力平衡等參數，動態優化冷凍供水溫度設定，在滿足末端供冷的同時，確保冷水機組的高效運行；根據末端負荷的變化，實施冷凍水循環泵加減泵、變頻等控制策略，確保冷機、冷凍水泵在不同工況下均處于高效運行區；系統結合室外實時氣象參數，適時優化調節冷卻水回水溫度設定，確保冷卻水回水溫度始終處于最合適的參數。

2.4.2? ? 空調末端智能控制

末端組合式空調機組設置智能控制系統，主要控制設備包括組合式空調機組、新/回風電動調節閥、動態平衡電動調節閥。

（1）溫度調節。

根據回風管溫度自動調節變頻風機風量，根據送風管溫度調節動態平衡電動調節閥開度，風機風量調節優先。

（2）風閥調節。

根據回風管CO2濃度測點數據調節新/回風閥開度，當測定數據≥1.5‰時，調大新風閥、調小回風閥；當測定數據≤1.0%時，調小新風閥、調大回風閥。

當空調季節室外新風焓值大于車站回風焓值（B1～B3層hn=63 kJ/kg，站臺層hn=64.8 kJ/kg）時，采用空調小新風運行模式，小新風閥打開，全新風閥關閉，回風風閥打開；當室外新風焓值小于車站回風焓值且其溫度大于空調送風點溫度時，采用空調全新風運行模式，小新風閥關閉，全新風閥打開，回風風閥關閉；當室外新風溫度小于空調送風點溫度時，室外新風不經冷卻處理，利用空調末端直接送入車站公共區。

3? ? 辦公及設備區空調系統

本項目位于市區，車站地面上方后期要進行商業開發，空調室外機應集中布置，減輕對后期上蓋開發的影響。車站埋深較深，冷媒管管線較長，如采用風冷多聯機或風冷機房空調，室外機數量較多，難以布置，且冷媒管距離過長，冷量衰減較為嚴重，因此本項目辦公及設備區空調系統均采用水冷方式。

3.1? ? 冷卻水型機房專用空調系統

通信機房、通信機械室、防雷分線室、信息機房、信息電源室、信號機房等設備用房根據工藝要求設置工藝性空調。地鐵站通信、信息等設備用房一般采用全空氣系統或多聯空調系統，全空氣系統需設置空調機房，占用建筑面積，且風管尺寸較大，管線復雜，對管線排布要求較高；多聯空調系統使用方便、投資小，主要適用于溫濕度要求不高的空調系統。本項目根據工藝專業環境要求，考慮到室外機布置困難、車站埋深較深，通信、信息、信號設備用房設置冷卻水型機房專用空調，設備選型按設備發熱量計算確定。

空調室內機按照《鐵路房屋建筑設計標準》中“全年運行，24 h不間斷工作”的要求及《電子信息系統機房設計規范》中C級機房標準，一般每間設備用房中均設置不少于兩臺空調設備，但不考慮冗余備用，當單臺設備發生故障停機時，剩余設備可提供不少于房間次負荷70%的供冷量[3]。

強弱電設備用房應避免水管進入，但冷卻水型水冷機房需要連接冷卻塔散熱，必須通過水管把熱量傳遞出去，為解決這一問題，在設備用房一側設置設備隔間，機房空調均布置在隔間內，在設備隔間與設備用房的隔墻上設置送風口、回風口，隔間寬度滿足設備安裝、人員檢修即可。設備隔間示意圖如圖1所示。

冷卻水型水冷機房專用空調機設置集中冷卻水系統，機房內設兩臺循環水泵（一用一備）。地面設置兩臺閉式冷卻塔（一用一備）。集中空調水系統流量較小，水泵功率僅7.5 kW，且考慮到設備用房全年冷負荷較為穩定，水泵變頻意義不大，循環水泵按定頻運行考慮。

集中冷卻水系統采用環狀供回水管網，接空調設備分支處按N-1原則配套設置檢修閥，確保空調系統檢修時每間機房內有不少于一臺機房專用空調正常工作，滿足工藝環境要求。冷卻水型機房專用空調系統原理圖如圖2所示。

3.2? ? 水冷多聯空調系統

由于車站辦公區與公共區使用時間不一致，辦公區一般采用多聯空調系統。變電所、配電所設置機械通風排出余熱，同時設置多聯空調輔助降溫；運轉室、消控室、公網機房等設備用房設置多聯空調系統。

多聯空調系統室外機主要有風冷、水冷兩種散熱方式，風冷多聯空調系統簡單、投資小、使用靈活，應用較為普遍，一般地上站房多采用風冷多聯空調系統。地鐵車站也有較多采用風冷多聯空調的案例，地鐵站設備區、辦公區集中布置兩側，車站出入口、風亭等需結合地面規劃設置，一般會形成較長的排風道，空調室外機可布置在風道中。本項目區別于地鐵車站，設備區、辦公區布置較為分散，且風道較短、空間較小，難以布置較多的空調室外機，因此采用水冷多聯空調系統。

辦公區多聯空調系統、設置多聯空調系統的設備用房區域合設集中冷卻水系統，冷卻水系統設兩臺循環水泵（一用一備），地面設置一臺閉式冷卻塔。集中冷卻水系統采用枝狀供/回水管網。本項目位于地下，設備用房空調冷負荷全年較為穩定，辦公區負荷也較為穩定，但運行時間不一致，設備區為全年24 h不間斷運行，辦公區僅空調季工作時間運行，因此集中空調水系統循環水泵采用變頻運行，根據供回水溫差、運行季節自動調節運行頻率。

4? ? 結束語

在低碳減排的背景下，精確計算確定空調負荷、合理設計空調方案、優化系統運行對空調系統節能降耗意義重大，地下站房相對地上站房，在空調負荷計算、空調運行模式、系統型式等方面差別較大，地下國鐵站房的應用和研究也偏少，其計算、設計過程都借鑒了大量地鐵的相關研究成果。

新風負荷在空調負荷中占了很大的比例，如何合理確定新風量、減少新風負荷，對系統設計、節能運行意義重大。站房存在大量的滲透風，根據之前的一些測試，部分站房的滲透風量達到了1～2次/h，遠大于需要供應的新風量，此時空調末端設備再引入新風已經沒有意義。站房的空調設計，應該考慮滲透風對新風量的影響，減少有組織的新風引入，減少空調負荷，降低能耗。

[參考文獻]

[1] 張巍.標準地下車站公共區空調負荷計算解析[J].科學技術創新，2018（11）：96-97.

[2] 彭程.淺談城市軌道交通地下車站通風空調系統的負荷分析[J].科技信息，2011（13）：363-364.

[3] 閆利.城際鐵路地下站空調系統設計[C]//2016年全國鐵道與城軌暖通學術年會文集，2016：86-91.

收稿日期：2023-10-30

作者簡介：彭新東（1990—），男，河南人，工程師，研究方向：暖通空調。