浅谈地铁车站公共区通风空调系统设计
摘 要:以屏蔽门系统的车站为例,从公共区的冷负荷、湿负荷构成以及公共区通风空调系统设计等方面进行了阐述分析,并给出了相应的计算公式,从而使通风空调系统设计更加完善。
关键词: 城市轨道交通, 负荷, 舒适, 通风空调
0 引言
地铁具有运量大、快速、正点、低能耗、少污染、乘坐舒适方便等优点,被称为“绿色交通”。为了缓解交通压力,提升城市形象,城市轨道交通在我国迅速发展起来。
地铁车站空调系统主要有大系统和小系统。大系统主要是为乘客上下车提供舒适、卫生的过渡性环境;小系统是为工作人员提供舒适、卫生的环境以及保证设备工艺要求而正常运行的环境。本文以屏蔽门系统的车站为例,对地铁公共区空调负荷的构成、主要影响因素以及送回风方式进行分析。
1 地铁通风空调系统
本文主要分析大系统的负荷组成及通风空调系统设计。
2 公共区通风空调系统室内计算温度
站厅夏季空调设计温度:T=30℃;
站台夏季空调设计温度:T=28℃;
地铁环境设计相对湿度:φ=40%~65%。
3 空调冷负荷的构成
3.1 围护结构传入冷负荷
经多年专家的研究分析得出,地下车站的围护结构与土壤间的热量传递可以在围护结构散热计算中忽略,作为空调负荷的富余量。因此公共区围护结构冷负荷主要为车站内部结构两侧因温差产生的散热量。本文仅针对屏蔽门系统进行分析,站厅层公共区主要是轨顶排热风道与中板之间的传热量,站台层公共区主要以屏蔽门、轨底风道与站台板的传热量为设计主要考虑因素,传热量计算可根据以下公式:
Q=KF(tls-tn)。
式中:K———内围护结构传热系数,W /(m2·℃);
F———内围护结构计算面积,m2;
Q———内围护结构传热量,W;
tls———屏蔽门内温度,排热风道内温度,按照40℃计算;
tn———站厅、站台层公共区计算温度,℃。
3.2 人员冷负荷
人员的散热主要是乘客在车站公共区内停留活动所造成的,因此车站的客流量及乘客在车站内停留时间是影响人员冷负荷的主要因素。
本文介绍标准车站公共区人员计算,公式如下:
Gc=(a1×A1+b1×A2) /60;
Gp=(a2×A1+b2×A2) /60
式中:Gc———站厅计算人员数量;
Gp———站台计算人员数量;
A1———车站小时上车客流,个/h;
A2———车站小时下车客流,个/h;
a2———上车乘客站台停留时间,min;
a1———下车乘客站厅停留时间,min;
b2———上车乘客站台停留时间,min;
b1———下车乘客站厅停留时间,min
乘客在车站平均停留时间可根据如下确定:上车客流在车站平均停留时间为按行车间隔加2 min,其中站厅停留2 min,站台停留一个行车间隔;下车客流平均车站停留时间为3 min,站厅、站台各停留1. 5 min或者根据乘客出站所需时间确定。
地铁与其他公共交通一样,客流有很明显的地域和峰谷时间的差异,根据对国内多个城市车站公共区负荷分析得出:客流小的高峰时段车站人员冷负荷占公共区总负荷的20%左右,客流大的高峰时段车站人员冷负荷占公共区总负荷的50%以上。因此应该充分研究客流情况,只有较为准确的客流资料,才能保证人员冷负荷的准确性。
根据设计手册,乘客在站厅散热量为显热35 W /人,潜热147W /人;乘客在站台散热量为显热45W /人,潜热136W /人。
3.3 照明冷负荷
照明散热得热形成的冷负荷,可用下式计算:
Qτ=n1NXτ-T。
其中,n1为同时使用系数;Qτ为照明的得热,W;τ为计算时刻, h;T为开灯时刻, h;τ-T为从开灯时刻算起到计算时刻的持续时间, h;Xτ-T为τ-T时刻灯具散热的冷负荷系数,见《实用供热通风空调设计手册》中照明功率密度指标表。
3.4 设备散热产生的冷负荷
车站公共区设备主要有:大小广告灯箱、导向指示牌、自动扶梯、垂直电梯、售检票设备、进出站闸机、银行、商铺等设备,这部分设备发热产生的冷负荷占大系统总负荷的10%左右。
3.5 出入口渗透空气产生的冷负荷
屏蔽门系统将车站和区间隧道安全分开,列车进出站对车站的影响降到了最小,由于屏蔽门漏风存在,使得车站公共区在列车出站时存在一定的负压,因此有出入口渗入的热空气产生的冷负荷,一般占到公共区总负荷的1. 5%。按照模拟计算,以及经验总结车站出入口的渗透风影响按200W /m2断面面积计算。
3.6 新风引入产生的冷负荷
对于设置屏蔽门系统的车站,公共区通风空调系统的新风量应为以下两者中的最大值:计算人员新风量;新风量不小于系统总送风量的10%。
3.7 屏蔽门漏风产生的负荷
屏蔽门将隧道与车站公共区分开,由于受到轨顶、轨底排热以及活塞风的影响,通过屏蔽门漏风,仍然有热量交换。目前国内对屏蔽门漏风的考虑有如下几种情况:
1)站厅冷负荷=(屏蔽门漏风量-最小新风量)×(室外焓值-站厅焓值);站台冷负荷=(屏蔽门漏风量-最小新风量)×(站厅焓值-站台焓值)。
2)屏蔽门开启产生的总漏风量M,车站公共区总送风量M′,(M-M′×10% )×(室外参数-室内参数),此部分冷负荷纳入到站厅或者站台。
通过对两种情况的分析计算,前者屏蔽门产生总冷负荷约150 kW,后者约50 kW,送风量主要受显热负荷的影响,因此前者实际对总送风量的增加不明显,但是很大程度加大了大系统设备的选型冷量,较后者而言,设备冷量和风量的匹配值更为合理。
4 空调湿负荷的构成
公共区湿负荷主要组成有:围护结构散湿量、人体散湿量、出入口渗透风与屏蔽门漏风散湿量。
屏蔽门漏风量对公共区湿负荷的影响如下:
1)站厅湿负荷=(屏蔽门漏风量-最小新风量)×(室外含湿量-站厅含湿量)。
2)站台湿负荷=(屏蔽门漏风量-最小新风量)×(站厅含湿量-站台含湿量)。
4.1 围护结构散湿量
围护结构的散湿是指外围护结构与土壤间的散湿量,可通过单位面积的散湿量进行计算,按照经验数据,单位面积散湿量可按车站侧墙、顶板、底板按1 g/(m2·h)~2 g/(m2·h)进行计算,区间隧道壁面按2 g/(m2·h)进行计算。
4.2 人员散湿量
根据设计手册,乘客在站厅层散湿量为220 g/人,乘客在站台层散湿量为203 g/人。
5 公共区通风空调设计
5.1 通风空调形式
车站公共区采用全空气空调系统。按全空气双风机一次回风的变风量系统设计,排烟风机应单独设置。
5.2 气流组织
车站大系统气流组织方式宜采用上送上回,站厅、站台应按均匀送风设计,排风口应满足排烟距离的要求。站台回/排风口应靠屏蔽门侧,送风口应沿站台纵向均匀布置且应避免直接吹向屏蔽门;站厅的送风口应布置在乘客经常活动区域,回排风口在天花通透的情况下宜设于高位且尽量采用侧向或顶部布置以提高回排风和排烟效率。
5.3 系统运行方式和要求
1)正常运行。
a.空调季节小新风工况。
当站外空气焓值大于车站空调大系统回风空气焓值时,空调系统采用小新风加一次回风运行。
b.空调季节全新风工况。
当站外空气焓值不大于车站空调大系统回风空气焓值且站外空气温度大于空调送风温度时,采用全新风空调运行,空调器处理室外新风后送至空调区域,回/排风机执行排风工况。
c.非空调季节工况。
当站外空气温度小于空调送风温度时,停止冷水机组运行,外界空气不经冷却处理直接送至空调区域,回/排风机执行排风工况。
d.夜间运行工况。
夜间收车后停止车站空调大系统的运行。
2)火灾事故运行。
车站公共区发生火灾时,立即停止无关车站的小系统以及空调水系统,转换到车站大系统火灾模式运行。
a.当站台层发生火灾时,利用站台层排烟系统排烟,同时隧道通风系统辅助排烟,站厅层送风,车站内人员迎着新风方向从站台经站厅疏散至地面。
b.当站厅层发生火灾时,利用站厅层排烟系统进行排烟,车站内人员迎着新风方向从车站出入口向地面疏散。
6 结语
公共区通风空调系统设计好坏,将直接影响到地铁吸引客流,好的环境将大大提高这一快捷交通工具的优势,从全文看客流因素是影响公共区负荷的重要因素,这就要求我们设计师要得到准确的客流资料的同时,进行详细的负荷计算,合理的设计通风管道走向以及气流组织。
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