上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 200092
摘要：本文利用风量平衡原理和空气热湿处理过程分析了屏蔽门地铁车站公共区空调系统，提出了一种负荷计算的方法和计算流程图，并以某地铁站为例进行了计算。
关键词：屏蔽门；地铁；公共区空调系统；负荷计算
一、引言
屏蔽门地铁车站公共区通风空调系统（以下简称大系统）的负荷计算需要确定大空调箱、回排风机和小新风机的风量、冷量等参数。基本的思路是首先确定空调系统需要处理的热、湿负荷，在此基础上计算系统的风量和冷量。
大系统的热、湿负荷主要是由围护结构、设备照明、人员、屏蔽门渗透风、出入口渗透风、厅台对流风的传质传热作用共同形成的。其中围护结构、设备照明、人员的散热散湿等在工程实践中算法比较统一，而屏蔽门打开时车站与隧道、出入口的各种气流渗透所形成的热、湿负荷的计算则众说纷纭。
屏蔽门渗透风的影响主要有两类观点。一是以一定的屏蔽门换气量作为隧道与站台的对流风量，利用隧道与站台之间的焓差、湿度差来计算站台的负荷。这种观点认为通过屏蔽门的气流是双向的，从站台流入隧道的风不会形成站台负荷，只有从隧道流入站台的风才会形成热湿负荷【1~5】。二是不计算屏蔽门的对流换热，认为气流主要由站台流向隧道，从隧道流向站台的可忽略不计【6~8】。
出入口渗透风负荷有按一定指标（如200W/m2）估算显热的，此种观点认为此部分渗透很小，计算只是为了整个计算过程的完整性【6】【9】。也有认为出入口渗透风负荷不可忽视，应通过风量平衡估算站厅出站口渗透风量的影响【3】【6】【8】【10】。
站厅、站台对流风所形成的负荷一般认为较小，大多数计算中并不考虑此部分。
除此之外，工程实践中有部分车站的设计是先选定站厅站台设计参数，再根据计算的得热量利用焓差法计算空调系统风量的。
本文认为就渗透风的影响来说这些观点考虑了屏蔽门开启时产生的渗透风会通过多种途径对站厅、站台的空调负荷产生影响。但是尚未有对屏蔽门渗透风、站厅站台新风、出入口渗透风、厅台对流风的相互关系的明晰的说明，影响了对站厅、站台空气热、湿运动的分析和风量、冷量的计算。在工程实践中渗透所形成的负荷的估算，只要取值适当，不同的模型其风量、冷量的计算结果在设计实践可接受的范围内；但是结果随意性比较大，需要设计人员凭经验进行修正。
本文试图在结合车站气流运动的规律，运用守恒定律建立风量平衡和热、湿负荷计算方程，在大系统焓湿图的基础上制定一种负荷计算的方法和流程。
二、风量平衡与热、湿负荷
车站有若干个出入口与室外大气相通，列车停站时屏蔽门开启，受区间列车活塞风和排热风机的共同作用，车站与隧道会产生大量的空气交换。相关的一些研究表明：屏蔽门打开时位于列车前部及中部的屏蔽门表现为渗漏风从站台流向隧道，处于列车尾部区域的屏蔽门气流从隧道流向站台【1】【2】【4】。也有文献【8】认为靠近车尾端屏蔽门空气流出量明显少于其他位置，但也呈净流出；部分时刻气流流入站台，但是此部分量小，可忽略。本文认为在各文献模拟屏蔽门漏风工况的前提条件并不一致，隧道活塞风效应、排热风机风量、屏蔽门开启情况、活塞风井设置情况、公共区正压度等都会影响模拟结果。但是这种结果的差异更像是量上的，而不是质上的。本文认为渗透风的流向因具体车站的情况而不同，在分析时不失一般性的可加入这一项。分别就车站整体和站厅层建立屏蔽门渗漏风、车站大系统空调系统新风、厅台对流风和车站出入口的渗透风守恒关系式：
G12+G2X+G3X+G4-3=G3-4 （1）
G12+G2X=G23 （2）
其中G12--室外与站厅的换气量，正为从室外流向站厅，负为从站厅流向室外（m3/h）；G23--站厅与站台的换气量，正为从站厅流向站台，负为从站台流向站厅（m3/h）；G3-4--站台流向隧道的风量（m3/h）；G4-3--隧道流向站台的风量（m3/h）；G2X--站厅新风量（m3/h）；G3X--站台新风量（m3/h）。
在此过程中站厅、站台所形成的热、湿负荷满足下面关系式：
Q2= Q2'+G12*ρ*（h1- h2）/3600 （3）
Q3= Q3'+ G4-3*ρ*（h4-h3）/3600+G23*ρ*（h2-h3）/3600 （4）
D2=D2'+G12*ρ*（d1- d2）/3600 （5）
D3= D3'+G4-3*ρ*（d4-d3）/3600+G23*ρ*（d2-d3）/3600 （6）
其中Q--室内余热（kW）；Q'--其他发热量（包括围护结构、设备、人员等）（kW）；h--焓值（kJ/kg）；D --室内余湿（kg/s）；D' --其他产湿（包括围护结构、人员等）（kg/s）；d--湿度（kg/kg干空气）；ρ--空气密度（kg/m3），取1.2kg/m3；脚标1、2、3、4分别代表室外、站厅、站台和隧道。
三、大系统空气的热、湿处理过程
前述工程实践中有部分车站的设计先选定站厅站台设计参数，再根据计算的得热量利用焓差法计算空调系统风量。这种方法实践中有一定的合理性，但是无法清晰的理解大系统实际发生的热湿过程，对于热湿交换过程中室内空气状态点对设计状态参数的偏移缺乏了解。大系统的热湿处理过程如下：
图1：屏蔽门地铁车站大系统空调热湿处理过程
经过空调箱表冷器冷却后的空气（L）经过空调箱风机后（O）进入站厅、站台，与站厅、站台空气混合后达到站厅、站台设计状态点（N1、N2），公共区空气经过回排风机混合（A）后升温（B），再与新风机新风（W'）混合（C），混合空气再进入空调箱经过表冷器冷却，如此循环往复。
四、计算流程
基于以上的热、湿处理过程，结合产热、产湿的计算，本文制定如下的计算流程图：
图2：屏蔽门地铁车站大系统空调负荷计算流程图
其中打*的框为计算起点，首次计算时为已知或假定的参数。计算过程中有3处需进行迭代计算。
五、算例
本文以山东某正在进行初步设计的地铁车站为例进行计算，并对结果进行分析。
该站站厅面积2624m2，站台面积2031m2，远期晚高峰预测上车人数8167人/h，下车人数5379人/h；早高峰预测上车人数5960人/h，下车人数8948人/h。超高峰小时系数1.25。其余相关参数如下：
1）室内设计参数：站厅，干球温度30℃，相对湿度40%~70%；站台，干球温度28℃，相对湿度40%~70。
2）室外设计参数：干球温度33.5℃，湿球温度26.4℃，大气压99790Pa。
3）隧道空气参数：干球温度38℃，相对湿度50%。
4）表冷器机器露点：干球温度19℃，相对湿度95%。
5）新风量标准：每个乘客每小时新风量不小于20m3，且系统的新风量不小于总送风量的10%。
6）屏蔽门漏风量：漏风量G3-4取9m3/s（系统提资），G4-3依据文献【1】的估计取大值0.63m3/s。
7）新风、送风温升为1℃，回风温升1.5℃。
8）其他余热余湿：站厅余热241kW，站台余热250.3kW，站厅余湿0.03324kg/s，站台余湿0.03346kg/s。
计算结果见表1方案1。
本文同时对新风量和屏蔽门漏风量的不同取值进行了对比计算。方案2将新风量取为屏蔽门的漏风量9m3/s，G4-3取0（假设不再有隧道风渗透进站台），其余同方案1；方案3将屏蔽门的漏风量设定为屏蔽门开启时间段内的平均风量（取行车对数为30对，屏蔽门开门时间为25s），G3-4取43.2m3/s，G4-3取3.024m3/s，其余同方案1。计算结果见表1。
表1：某地铁站大系统空调设计计算结果
从上表可以看出，方案2同方案1总冷负荷相当，站厅站台送风量、固定负荷减小，新风负荷增加；这是因为新风量取大后出入口的渗漏风负荷减小，导致固定负荷减小，送风量减小，但是这部分负荷体现在了新风负荷上。可见在满足流量守恒的计算方法中新风和出入口渗透风有替代的关系。方案3的结果明显较方案1和2来的大，总风量大了35%左右，总冷量大了55%左右；同时，站厅送风量增加明显，站厅湿度接近临界值；这是因为瞬时有大量的出入口渗透风进入站厅进行热湿处理的缘故。
六、总结
本文首先分析了车站屏蔽门打开时的气流运动规律，通过建立风量平衡和热、湿负荷计算方程，结合屏蔽门车站公共区空调的热湿处理过程提出了一种大系统负荷计算的方法和流程图。利用某地铁车站进行计算，在该算例中，新风量的取值对计算结果影响不大；使用屏蔽门开启时间段内的平均漏风量作为计算漏风量比将屏蔽门开启时的漏风量平均到整个运行周期进行计算时风量大35%左右，冷量大55%左右。
参考文献
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10、鲜少华《屏蔽门地铁车站公共区空调负荷影响因素分析》都市快轨交通第27卷第5期2014年10月104~107
论文作者:施逵
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/12
标签：站台论文; 负荷论文; 风量论文; 屏蔽门论文; 车站论文; 隧道论文; 空调论文; 《建筑学研究前沿》2018年第4期论文;