邓玉瑾
中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063
摘要：针对铁路站房公共区域高大空间这一特性，设置分层空调，设计合理的室内气流组织方式，以满足旅客舒适性要求和节能要求是铁路站房空调系统设计的关键所在。本文介绍了萍乡北站房公共区域分层空调负荷计算、冷源设置及通风空调形式，并采用CFD三维数值模拟软件对人员活动区域的夏季气流分布进行模拟分析，为同类型中小型铁路站房的空调设计提供参考依据。
关键词：铁路站房；公共区域；分层空调；数值模拟
1 概述
萍乡北站房为线侧平式站房，最高聚集人数为2500人，属于客运专线中型铁路站房。站房地面主体为二层，地下出站厅连接城市地下空间，总建筑面积约为：9994.3 m2（不含地下商业开发面积4780m2），其中站房部分面积9007.1m2，并入生产房屋面积987.2m2。建筑主体高度为 23.1 m，总长142.4 m，总宽33.2 m。该站房地下层为出站层（-6.70m），一层为站台层（0.00m），二层为高架层（8.00m）。
本文主要介绍了站台层和高架层候车室、旅客服务、售票室及广厅的分层空调[1]设置，详细介绍了空调负荷计算、冷源设置及通风空调的形式，并用并采用CFD软件CFX对人员活动区域的夏季气流分布进行了模拟分析。CFX与大多数CFD软件不同，CFX除了可以使用有限体积法之外，还采用了基于有限元的有限体积法。基于有限元的有限体积法在保证了有限体积法守恒特性的基础上，吸收了有限元法的数值精确性，加上其多网格技术，CFX的计算速度和稳定性较传统方法提高了许多[2]。
2 设计参数及空调负荷计算
根据《实用供热空调设计手册》（第二版），空调室外气象参数参考宜春市的室外气象参数，如表1所示，主要房屋的室内设计参数如表2所示。
表1 室外气象参数
本建筑围护结构热工参数如表3所示，其热工性能满足《公共建筑节能设计标准》。公共区域内主要房屋的人员密度及新风标准[3]如表4所示，其中广厅渗透风量能满足人员新风需求标准，广厅的新风量按照0 m3/h.人考虑。人员负荷按照人员轻度劳动考虑，设备负荷指标取值5W/m2，照明负荷取值11W/m2。对其主要房屋进行逐时负荷计算，得出最大冷负荷出现时14：00时，各房间的冷负荷及新风负荷如表5所示。
表3 围护结构热工参数
3 通风空调系统设计
站房广厅、旅客候车厅、售票厅及旅客服务等公共区设集中空调系统。一层候车室、广厅、旅客服务及售票室总冷负荷为767.6KW，设置一台420KW和一台360KW的分体风冷热泵型空调机组，其中机组压缩冷凝部分设置于13.1m的二层屋面上，机组空气处理部分设置于4.0m夹层空调机房。二层候车室总冷负荷为489.3KW，设置2台280KW的分体风冷热泵型空调机组，机组设置于13.1m的二层屋面上。
站房公共区域设置分层空调，采用一次回风全空气空调系统。一层候车室、广厅、售票厅及旅客服务空调总送风量为1.1×105m3/h，二层候车室空调总送风量为8.0×104m3/h。一层候车室设置条形风口，顶送风，旅客服务、广厅及售票室设置球形喷口，侧送风，集中侧回风。二层候车室设置球形喷口侧送风，集中侧回风。主要房间送风量及新风量如表6所示。
表6 主要房间送风量及新风量
4 数值模拟
4.1 物理模型
计算区域选取一层候车大厅、广厅、一层旅客服务区、二层候车厅及候车大厅，考虑主要构筑物对气流组织的影响，本计算模型建立了电梯模型。整个模型全尺寸按照比例建立，为考虑网格质量，在不影响结果的前提下，本模型做了如下简化[4]：
（1）回风口及条缝形送风口不考虑格栅，而是作为一个风口有效面积系数为1的风口。
（2）屋顶不考虑坡度，按照平屋顶考虑。
（2）不考虑座椅的影响。
经过简化后，建立如图1所示三维模型。
4.2 壁面边界条件
计算采用稳态模型，湍流模型采用标准k-ε模型，考虑热压的作用，本次计算为夏季工况，模型边界条件设置如表7所示。夏季空调室外计算干球温度为35.4℃，室内设计温度为26.0℃。
表7 边界条件汇总
4.3 网格划分
候车厅计算模型网格划分的重点集中在喷口处，为提高计算精度，网格划分采用四面体网格，最小面网格尺寸0.005m，最大面网格尺寸为0.5m，最大四面体网格尺寸为2m，整个模型的网格数为3737870。喷口处的网格划分如图2所示。
4.4 计算结果分析
从图3可以看出：一层候车厅人员活动区域温度分布主要集中在24℃～27℃，回风口附近风速偏高，达到了28℃～29℃，一层候车室、旅客服务及广厅温度分布较均匀，温度基本处于26℃～28℃之间。
图3 一层候车区2m高处人员活动区域温度云图
从图4可以看出：一层人员活动区域速度分布大部分控制在0.3m/s以下，由于广厅喷口的射程较短，风速较高，广厅靠外墙位置处局部狭长区域风速超过0.5m/s。风速过高可以通过增大喷口风量减小风口风速来达到减小该区域风速的目的，但由于广厅处的风口目前采用的已是Φ=400的风口，考虑美观，风口不宜过大，该区域靠外墙，旅客稀少，该区域风速偏大对旅客舒适度影响不大。
图5 二层候车区2m高处人员活动区域速度云图
图6 二层候车区2m高处人员活动区域速度云图
5 结论
本文详细介绍了萍乡北站房公共区域集中空调的设计过程，包括空调计算参数、负荷计算、冷热源及通风空调的形式，采用CXF软件对公共区域候车室、广厅及旅客服务人员活动区域的气流组织进行了模拟，获得如下结论：
（1）一层及二层候车区域温度分布均匀，大部分区域温度处于24℃～28℃范围内，一层人员活动区域大部分流速控制在0.3m/s以内，二层候车大厅中部局部区域气流速度偏大，达到了0.5m/s，由于范围很小，对人的舒适性影响不大，可以忽略不计；
（2）该站房的集中空调布置形式效果良好，主要参数能满足舒适性空调的设计要求，可为同类型中小型铁路站房的空调设计提供参考依据。
参考文献：
[1] 林素菊.高大空间分层空调室内气流的数值模拟[J].制冷空调，2005（1）.
[2] 王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用[S].
[3] GB 50226-2007，铁路旅客站房车站建筑设计规范[S].
[4] 方进.新武汉火车站候车厅分层空调气流组织CFD模拟研究[J].铁道标准设计，2008（增刊）.
论文作者:邓玉瑾
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/31
标签：空调论文; 区域论文; 旅客论文; 网格论文; 负荷论文; 二层论文; 候车室论文; 《基层建设》2016年2期论文;