■　楊　寧

深圳地鐵地下車站公共區(qū)冷負(fù)荷計(jì)算

■楊寧

冷負(fù)荷計(jì)算是空調(diào)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，地鐵車站作為一類特殊的建筑形式，其考慮因素、計(jì)算方法與一般民用及公共建筑不同。由于地鐵行業(yè)尚未制定專業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)，地鐵冷負(fù)荷計(jì)算無(wú)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可遵循，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員在工作中十分迷茫和困惑。以深圳地鐵11號(hào)線碧海站為例，論述地下車站屏蔽門系統(tǒng)公共區(qū)冷負(fù)荷計(jì)算的方法和過(guò)程，包括冷負(fù)荷組成、考慮因素、參數(shù)選取及確定等，為同類工程設(shè)計(jì)提供參考。

屏蔽門；客流；換乘客流；冷負(fù)荷；超高峰系數(shù)；傳熱；滲透冷負(fù)荷

0　引言

碧海站是深圳地鐵11號(hào)線的第8座車站，為地下標(biāo)準(zhǔn)島式車站，車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用屏蔽門制式，站廳層設(shè)計(jì)溫度30 ℃，站臺(tái)層設(shè)計(jì)溫度28 ℃。地下車站的負(fù)荷不受外界環(huán)境的影響，不需要考慮建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)負(fù)荷的影響，其主要來(lái)源于車站的人員、設(shè)備、車站與隧道區(qū)間的熱交換、車站與出入口之間的熱交換等。

1　人員散熱

1.1人員數(shù)量的確定

人員數(shù)量確定的基本依據(jù)是客流資料，需將客流資料折合成同時(shí)出現(xiàn)在站廳、站臺(tái)的人數(shù)，一般來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)期晚高峰小時(shí)客流量為最大客流，通常作為人員計(jì)算的依據(jù)。但由于近期的行車對(duì)數(shù)較低，往往出現(xiàn)近期人員高于遠(yuǎn)期的情況，因此對(duì)近期人員也要進(jìn)行校核。一般遠(yuǎn)期高峰小時(shí)的上下車客流已經(jīng)包含了換乘客流，碧海站遠(yuǎn)期晚高峰小時(shí)客流量見表1。

1.1.1人員停留時(shí)間

一般乘客在車站內(nèi)逗留時(shí)間按以下數(shù)據(jù)計(jì)算：上車乘客站廳逗留時(shí)間2.0 min，在站臺(tái)逗留時(shí)間為一個(gè)行車間隔；下車乘客在車站逗留時(shí)間3.0 min（其中站廳逗留時(shí)間1.5 min，站臺(tái)逗留時(shí)間1.5 min）。換乘站換乘乘客在上車站臺(tái)逗留時(shí)間為一個(gè)行車間隔，在下車站臺(tái)或站廳停留時(shí)間為1.5 min，當(dāng)通過(guò)站廳等其他換乘空間換乘時(shí)，尚需考慮在其他換乘空間停留1.5 min。由于換乘形式復(fù)雜多樣，需根據(jù)具體情況確定。碧海站站廳、站臺(tái)停留時(shí)間見表2。

1.1.2超高峰系數(shù)

超高峰系數(shù)是指車站高峰小時(shí)乘降量中最大15 min乘客乘降量占高峰小時(shí)乘降量的比值，因此在人員計(jì)算時(shí)，需對(duì)高峰小時(shí)人數(shù)進(jìn)行附加。這個(gè)值是根據(jù)城市出行特征及既有條件等因素確定，各線取值不同。一般按照客流專業(yè)提供的數(shù)據(jù)選取，沒有相關(guān)資料可根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》9.1.3規(guī)定，按1.1—1.4選?。?］。換乘站、商業(yè)中心、短期會(huì)發(fā)生大客流的車站（如體育場(chǎng)館等）取上限，一般車站取下限。

表1　碧海站遠(yuǎn)期晚高峰小時(shí)客流量　　　　　　　　　　　　　人次/h

表2　碧海站站廳、站臺(tái)停留時(shí)間　　　　min

1.1.3人員數(shù)量

人數(shù)=（客流/60）×停留時(shí)間×超高峰系數(shù)［2］，碧海站人數(shù)計(jì)算見表3。

1.2人員散熱量

基本計(jì)算公式：

式中：q為不同室溫和勞動(dòng)性質(zhì)時(shí)成年男子的散熱量；N為室內(nèi)全部人數(shù)；n'為群集系數(shù)，地鐵車站取1。碧海站單位人員散熱、散濕統(tǒng)計(jì)見表4。

2　車站設(shè)備冷負(fù)荷

設(shè)備的冷負(fù)荷主要由照明、電梯、扶梯、售檢票設(shè)備、屏蔽門設(shè)備等散熱構(gòu)成，各設(shè)備系統(tǒng)應(yīng)提供設(shè)備發(fā)熱量供計(jì)算使用，當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時(shí)，可參考以下數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

（1）自動(dòng)扶梯散熱量（50 Hz）見表5。

（2）機(jī)房垂直電梯主機(jī)散熱量：3 500 W/臺(tái)。

（3）照明燈具：20 W/m2車站、5 kW/km區(qū)間隧道（LED照明應(yīng)根據(jù)功率折減）。

（4）廣告牌：大型720 W/臺(tái)、小型320 W/臺(tái)（LED照明應(yīng)根據(jù)功率折減）。

（5）導(dǎo)向牌、指示牌：100 W/ 塊。

（6）屏蔽門電機(jī)發(fā)熱量：11 kW/兩側(cè)。

（7）自動(dòng)售貨機(jī)：2 500 W/臺(tái)（有制冷功能）。

（8）自動(dòng)售檢票設(shè)備中，進(jìn)/出閘機(jī)為550 W/臺(tái)、自動(dòng)售票機(jī)為1 200 W/臺(tái)、驗(yàn)票機(jī)為130 W/臺(tái)、ATM柜員機(jī)為400 W/臺(tái)。

表3　碧海站人數(shù)計(jì)算 人

表4　單位人員散熱、散濕量

表5　自動(dòng)扶梯散熱量　　　　　　　　　　　　　　 kW

表6　風(fēng)道傳熱系數(shù)　　　　　　　　　W/（m2·K）

3　車站與隧道區(qū)間的熱交換

3.1軌頂及軌底風(fēng)道傳熱

軌頂風(fēng)道與站廳層地面及站臺(tái)層公共區(qū)相鄰，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其向站廳、站臺(tái)的散熱量。軌底風(fēng)道只需計(jì)算風(fēng)道頂板向站臺(tái)層的傳熱，計(jì)算方法同軌頂風(fēng)道［3］。

3.1.1軌頂（底）風(fēng)道溫度

列車進(jìn)站時(shí)，由于列車?yán)淠魃?，使車站隧道溫度升高，此時(shí)的排風(fēng)溫度按照38 ℃考慮，列車駛離后的車站區(qū)間溫度按照SES系統(tǒng)模擬計(jì)算結(jié)果取值，根據(jù)列車的停站時(shí)間計(jì)算軌頂（底）風(fēng)道內(nèi)平均溫度。

例如：行車對(duì)數(shù)30對(duì)，停站時(shí)間30 s，則每小時(shí)停站15 min，計(jì)算溫度38 ℃，其余45 min計(jì)算溫度33 ℃（按照SES系統(tǒng)模擬計(jì)算結(jié)果取值），計(jì)算平均溫度為34.25 ℃。

3.1.2傳熱系數(shù)

式中：Rn為內(nèi)表面換熱熱阻，取0.036 m2·K/W（考慮到風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速較高，內(nèi)表面換熱熱阻參照建筑室外選?。籖w為外表面換熱熱阻，取0.110 m2·K/W（參照建筑室內(nèi)選?。?；δ為圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度，m；λ為圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m2·K）；K為傳熱系數(shù)，W/（m2·K）。碧海站風(fēng)道傳熱系數(shù)見表6。

3.1.3傳熱量

式中：Q為傳熱量，W；F為傳熱面積，m2；Δt為風(fēng)道兩側(cè)溫差，℃。

3.2屏蔽門傳熱

屏蔽門采用8 mm無(wú)色鋼化玻璃，傳熱系數(shù)按照5.83 W/（m2·K）計(jì)算，車站隧道溫度按照SES系統(tǒng)模擬計(jì)算結(jié)果取值。

屏蔽門高度可近似按軌頂風(fēng)道下全部高度計(jì)算（約3.5 m），含屏蔽玻璃（2 m）、門機(jī)、部分風(fēng)道側(cè)墻下沿的混凝土。

3.3隧道進(jìn)風(fēng)冷負(fù)荷

當(dāng)列車進(jìn)站時(shí)，屏蔽門開啟，車站與區(qū)間形成空氣對(duì)流。廣州、深圳等地的測(cè)試表明，在列車進(jìn)站的慣性作用下，在屏蔽門尾部，部分隧道空氣涌入車站；同時(shí)，由于軌排風(fēng)機(jī)的作用，更多的空氣由車站進(jìn)入隧道，進(jìn)出的差值即屏蔽門漏風(fēng)量。大部分研究結(jié)果表明：6輛編組車站在屏蔽門開啟時(shí)，區(qū)間隧道進(jìn)入車站的風(fēng)量約1 m3/s；停站時(shí)間30 s，30對(duì)/h車站，折合到一小時(shí)的平均進(jìn)風(fēng)量0.25 m3/s；屏蔽門凈漏風(fēng)量數(shù)值約為30 m3/s，對(duì)于停站時(shí)間30 s，30對(duì)/h車站，折合到一小時(shí)的平均漏風(fēng)量為7.5 m3/s。

由于隧道溫度高于車站，由隧道進(jìn)入車站的空氣造成的冷負(fù)荷即隧道進(jìn)風(fēng)冷負(fù)荷。

式中：G為風(fēng)量，m3/s；ρ為空氣密度，取1.2 kg/ m3；iw為室外空氣焓值，kJ/kg；in為室內(nèi)空氣焓值，kJ/kg。

按照隧道空氣溫度38 ℃、相對(duì)濕度90%，站臺(tái)空氣溫度28 ℃、相對(duì)濕度55%考慮，該冷負(fù)荷為Q=0.25×1.2×（138-62）=23 kW。

4　車站與出入口間的熱交換

滲透風(fēng)冷負(fù)荷是指由出入口進(jìn)入車站的滲透風(fēng)量造成的冷負(fù)荷，當(dāng)新風(fēng)機(jī)的新風(fēng)量大于等于屏蔽門漏風(fēng)量時(shí)，該負(fù)荷按4.1章節(jié)計(jì)算，反之，按照4.2章節(jié)計(jì)算，兩項(xiàng)不重復(fù)計(jì)算。

4.1正常情況出入口滲透冷負(fù)荷

車站出入口滲透風(fēng)的熱量為0.2 kW/m2，面積按照出入口實(shí)際面積計(jì)算。

4.2自然進(jìn)風(fēng)冷負(fù)荷

當(dāng)屏蔽門漏風(fēng)量大于新風(fēng)機(jī)風(fēng)量時(shí)，列車進(jìn)站停車會(huì)造成車站短時(shí)間出現(xiàn)負(fù)壓，使得空氣由出入口補(bǔ)充進(jìn)入車站，造成自然進(jìn)風(fēng)負(fù)荷。這部分不同于新風(fēng)機(jī)新風(fēng)負(fù)荷，需要放在車站冷負(fù)荷內(nèi)一并考慮，建議按照站廳60%、站臺(tái)40%的比例分別分?jǐn)傊琳緩d、站臺(tái)負(fù)荷內(nèi)。

（1）自然進(jìn)風(fēng)量=屏蔽門漏風(fēng)量-新風(fēng)機(jī)新風(fēng)量。

（2）自然進(jìn)風(fēng)負(fù)荷。

4.2.1確定室內(nèi)外計(jì)算參數(shù)

室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)為站廳、站臺(tái)混合后空氣狀態(tài)，按照空氣溫度29 ℃、相對(duì)濕度55%設(shè)置。碧海站室內(nèi)外空氣狀態(tài)參數(shù)見表7。

4.2.2計(jì)算冷負(fù)荷

為便于進(jìn)行下一步風(fēng)量計(jì)算，分別計(jì)算顯熱和全熱負(fù)荷。

式中：G為自然進(jìn)風(fēng)量，m3/s；ρ為空氣密度，取1.2 kg/m3；iw為室外空氣焓值，kJ/kg；in為室內(nèi)空氣焓值，kJ/kg；dw為室外空氣含濕量，g/kg；dn為室內(nèi)空氣含濕量，g/kg干；d為散濕量，g/s。

4.2.3碧海站算例

碧海站屏蔽門漏風(fēng)量7.5 m3/s，新風(fēng)機(jī)風(fēng)量7.6 m3/s，不再考慮自然進(jìn)風(fēng)負(fù)荷。當(dāng)有自然進(jìn)風(fēng)負(fù)荷時(shí)，可按表8進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并記錄于表9。

5　濕負(fù)荷

車站濕負(fù)荷主要由人員、屏蔽門滲透風(fēng)、出入口滲透風(fēng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)壁面產(chǎn)濕量構(gòu)成。其中人員及滲透風(fēng)產(chǎn)生的濕負(fù)荷在上述章節(jié)已經(jīng)述及，圍護(hù)結(jié)構(gòu)壁面產(chǎn)濕量按2 g/（m2·h）計(jì)。

6　冷負(fù)荷及濕負(fù)荷匯總

匯總站廳站臺(tái)熱、濕負(fù)荷，形成冷負(fù)荷匯總表。為方便下階段利用溫差計(jì)算風(fēng)量，一般將顯冷負(fù)荷單獨(dú)統(tǒng)計(jì)。碧海站車站冷負(fù)荷匯總見表9。

表7　室內(nèi)外空氣狀態(tài)參數(shù)

表8　自然進(jìn)風(fēng)熱濕負(fù)荷計(jì)算表

表9　車站冷負(fù)荷匯總　kW

7　結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)全國(guó)地鐵建設(shè)蓬勃發(fā)展，與之不相匹配的是地鐵暖通空調(diào)設(shè)計(jì)并沒有形成完整的計(jì)算體系，造成設(shè)計(jì)水平參差不齊的粗放型現(xiàn)狀。以深圳地鐵碧海站為例對(duì)地鐵空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷計(jì)算進(jìn)行了梳理，列出常用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，供設(shè)計(jì)人員參考，對(duì)需要注意的各個(gè)環(huán)節(jié)予以說(shuō)明，為同類工程設(shè)計(jì)提供參考。

［1］ GB 50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］ 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施［M］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

楊寧：深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，高級(jí)工程師，廣東 深圳，518000

責(zé)任編輯李葳

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