新建武漢站房建筑空調設計及體會

畢慶煥

中鐵第四勘察設計院集團有限公司

新建武漢站房建筑空調設計及體會

畢慶煥

中鐵第四勘察設計院集團有限公司

介紹了新建武漢站房空調系統的設計要點，重點介紹了站房空調的冷熱源及末端系統設計、空調智能節電裝置系統設計以及設計體會等。

鐵路旅客站房末端設計節電設計體會

1 工程概況

武漢鐵路樞紐是全國鐵路四大路網客運中心之一，武漢站作為武漢樞紐內的主要客站，是一個集高速鐵路、城際鐵路、市郊鐵路和地鐵、公交、長途汽車、出租車、社會車等市政交通設施為一體的大型綜合交通樞紐。

武漢站車站建筑由客運站房、站場客運建筑（包括站臺雨棚、鐵路車場高架橋及站臺）、車站廣場幾部分組成整體。武漢站站房建筑面積112641m2，建筑總高度59.3m。

2 站房空調系統設計

2.1 冷熱負荷計算的主要數據

武漢站夏季空調面積87122m2，冬季采暖面積43932m2，經動態負荷計算，站房夏季空調冷負荷為16566kW，冬季高架候車室部分（不含地面層出站廳）采暖熱負荷為6381.2kW，其通風空調系統各類指標見表1。

2.2 空調冷熱源設計

站房南北側分設動力機房，空調冷熱源為地源熱泵復合冷水機組加冷卻塔系統，地埋管系統埋管數量按冬季熱負荷確定，夏季不足部分輔以水冷冷水機組加冷卻塔。站房地面層南北側分別設置動力機房，其內分別設置離心式冷水機組各兩臺（夏季供冷主要冷源）、螺桿式地源熱泵機組各兩臺（冬季供熱熱源、夏季供冷輔助冷源）。

在站房地面層南北區停車場地面下設置了垂直埋管，共1517孔，鉆孔深度104m，鉆孔直徑170mm，孔內設De32雙U換熱管，管內采用膨潤土加黃沙二次回填。由于埋管場地面積大，水平埋管長度不一，為保證每個管井流量一致，設計采用了分區流量控制。地埋管共設66個區，每個分區內井數20～25個，采用同程式連接以保證每井流量一致。各分區間采用異程式連接并在集水器上采用了外設定式流量平衡閥來保證分區流量。

2.3 空調末端系統設計

站房的候車室、出站廳等公共空間設全空氣送風系統，其中高架候車室在25.0m夾層設4座空調末端機房，內設熱回收組合式空調機組，另外根據建筑平面布置了吊頂空調機組44臺、立式空調機組4臺，夏季制冷，冬季供熱；0.00m層出站廳在地下-8.40m管廊層設8座空調末端機房，內設熱回收組合式空調機組，夏季制冷，冬季不供熱。站房附屬辦公用房為水-空氣系統，采用風機盤管+全熱新風換氣機。

武漢站主體結構為鋼結構，根據鐵路站房旅客區域空間吊頂盡可能高的要求，在18.80m層高架層及25.0m夾層樓板下裝修吊頂基本貼近結構梁底部，為暖通專業通風空調風管布置帶來很大困難。在設計過程中，本專業與結構及建筑專業密切配合，在結構梁上預留好空調通風管道的孔洞（圖1），實現了結構空間的最優化利用。

高架候車室為開敞大空間，空調送風采用在側壁設噴口側送風，噴口設計射程25m，通過調節噴口的出風角度達到設計要求，大空間空調氣流組織為側送側回。為解決受結構梁預留孔洞不足導致送風量不足的限制，同時為改善候車室外側玻璃幕墻的窗際熱環境，在靠近候車室噴口對側的外側玻璃幕墻下地面處設置了地板送風口輔助送風。

空調末端系統因地制宜地采用集中與分散結合設計的方式，既滿足空調系統運行的靈活性，也減少了空調機房占地面積，將盡量多站房面積留給旅客。

2.4 空調節電裝置設計

在鐵路站房建筑空調冷負荷構成中，占冷負荷大頭的室內熱源負荷及新風負荷主要是由室內人員數決定，而客運建筑室內客流量隨不同季節、不同時段變化較大，因此車站建筑空調負荷也是在一個比較寬廣的范圍內波動，其空調系統節能潛力很大。

建筑能耗約占我國總能耗的30%，而空調占建筑能耗的60%～70%[1]，其中風機水泵的能耗又占空調能耗的約60%左右，因此風機、水泵的變流量節電運行更有現實意義。

2.4.1 風系統智能節電裝置設計

末端空調機房的組合式空調機組配套風系統智能節電裝置，智能節電裝置整合了組合式空調機、新風機、回風機、動態流量平衡調節閥、新風閥、回風閥、送風閥的控制。智能節電裝置通過靈活方便的人工智能界面，根據檢測到的回風、出風溫度的變化，與系統設定值進行比較，對空調器風機實行動態變頻調速以調節空調風機系統送風量，可有效降低空調風機耗電量。

該控制系統對空調箱風機的新風/排風/回風風門的控制采用回風CO2濃度控制，根據回風中CO2濃度的變化自動調節新風排風/回風風門的開度，以調節新風、回風量的混合比例，從而調節新風量，使CO2濃度值穩定在設定值，在滿足空調舒適度對空氣質量的要求的同時，最大限度地減少人員新風量，可有效地降低空調系統新風負荷。

2.4.2 水系統智能節能控制設計

武漢站空調系統容量大，站房冷凍水供水采用二次泵變流量系統，即機房內一次泵采用定流量系統，二次泵根據負荷變化采用變流量系統。為保證系統的正常流量調節和節能運行，二次泵設置了具有軟啟動、變頻控制等功能的變流量智能節電裝置。

變流量智能節電裝置對冷凍水系統采用最佳輸出能量控制。當環境溫度、空調末端負荷發生變化時，各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化，控制系統將檢測到的這些參數送至計算機，計算機依據所采集的實時數據及系統的歷史運行數據，實時計算出末端空調負荷所需的制冷量，以及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值，并以此調節各變頻器輸出頻率，控制冷凍水泵的轉速，改變其流量使冷凍水系統的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在控制器給出的最優值。由于冷凍水系統采用了輸出能量的動態控制，實現空調主機冷媒流量跟隨末端負荷的需求供應，使空調系統在各種負荷情況下，都能既保證末端用戶的舒適性，又最大限度地節省了系統的能量消耗。

3 設計體會

武漢站房投入使用后，經過運行實踐，有以下幾點經驗教訓供大家參考：

1）站房機電設備及管線的布置和維護

鐵路站房配套的設備專業共涉及到空調通風、給排水、電力、通信、信號、信息、接觸網等多個專業，眾多設備及管線的綜合布置及維護殊為不易。特別是特大型高架站房的主體候車空間架空于鐵路車場正上方，其自身結構體系和設備系統相對復雜，加之股道上列車的不間斷運行，站房高架層的結構、設備、管線的維護、檢修、更換等受到天窗時段的限制，處理不好會對車站的正常運營帶來不便，甚至會對列車運行帶來安全隱患。

鑒于此，設計人員必須充分熟悉鐵路系統尤其是高速鐵路客運專線系統運營的特點及要求，樹立極強的安全意識，將安全措施始終貫穿于設計過程之中并逐一落實。注重客站在運營期間的維護保養、維修、設備更換等要求，并采取相應的綜合技術措施。首先各類管線盡量避免跨越車場上空，以免對列車運行造成影響；其次各類設備及管線均應充分考慮日常運營維護的空間和條件，同時增加各管線的耐久性、可靠性，保障維護人員的安全等也是在設計中需要重點考慮的因素。

2）站房高大空間冬季制熱問題

武漢站房投入使用后，夏季空調制冷效果較好，但經現場調查反映高架候車室冬季制熱效果不佳。鐵路站房候車室空間高大，一般具有空間高大、通透性要求高和各種空間的連通性強等特點。鐵路站房大門經常開啟甚至無法關閉是又一個非常重要的使用特點,各車次間隔時間短、人員進出站持續時間長,尤其是兩側正對門同時開啟,侵入負荷大,甚至可能形成過堂風；候車廳到站臺的檢票門的使用特點決定了無法設置門斗,即使設置了門斗也無法起到作用,因此滲透風對室內熱負荷的影響就更為突出。

同時武漢站房冬季制熱熱源利用地源熱泵機組制備熱水，和夏季空調系統共用末端及送風系統。受到建筑條件的制約，高架候車室的回風口設于25.00m標高夾層的空調機房，導致冬季熱風送不下來。

從夏熱冬冷地區若干站房的工程實踐來看，站房候車廳的高大空間冬季制熱利用空調風系統送熱風效果均不太理想，而采用地板輻射采暖的站房冬季熱舒適性較好，因此對于站房高大空間冬季制熱推薦采用地板輻射采暖系統。

3）設計理想與運營現實的差距

在工程實踐中，設計師往往有比較好的想法，也能夠在具體工程項目中付諸實施，但是受限于目前運營管理水平的制約或者設計措施的不完善，這些好的想法往往不一定能達到預期的目的，甚至于有些還帶來負面的效果。比如說，武漢站房為了改善候車室外側玻璃幕墻的窗際熱環境，在靠外側幕墻地面設置了一排地面送風的地板風口，在實際運行中，這些地板風口積灰堵塞嚴重，甚至有旅客倒進去的茶葉渣等，送風效果不理想；而在一些站房的設計項目中，全空氣送風系統的組合式空調機組考慮了過渡季節全新風節能運行的措施，新風管徑按全新風風量口徑設置，但是在控制上又沒有專門針對性的措施，新風管道上設置的亦不是帶比例積分調節功能的風閥，而是手動風閥或者只具有開關功能的電動風閥，在實際運行過程中，過渡季節車站從節約運營電費考慮，一般很少開空調機組通風（因此全新風設置顯得沒有意義），而空調工況下，由于車站缺乏專業的空調專業人才來管理維護，往往是組合式空調機組的新風閥全開，新風量顯著加大甚至比回風量大的多，造成新風負荷遠超過設計新風負荷，不僅達不到節能的目的反而造成能源浪費。因此，設計宜從實際運行管理水平出發，因地制宜選擇空調技術措施顯得更為可靠；同時各空調使用單位，應配置專業的空調運營管理人員，提高空調系統運營管理水平，對降低空調系統電力能耗有非常現實的意義。

[1]馬艷,孫文哲.中央空調系統節能方法.建筑節能，2011,(5): 33-35

De s ign o f Cen tra l A ir c on d ition ing Sys tem o f W uhan Ra ilw a y Sta tion

BIQing-huan
China Railway Siyuan Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.

The design points of centralair conditioning system ofWuhan Railway Station are analyzed,especially the design ofheating/cooling resource,the term inals,and the intelligentenergy saving system forHVAC.

railway station,term inaldesign,energy saving

1003-0344（2014）03-079-4

2013-5-25

畢慶煥（1972～），男，本科，高工；武漢市武昌區楊園和平大道745號鐵四院建筑院暖通所（430063）；E-mail:496993169@qq.com