淺議地鐵車站公共區冷負荷計算

摘 要：隨著經濟的快速發展，城市規模和人口不斷擴大，傳統的城市地面交通運輸已無法滿足城市經濟快速發展的需求，越來越多的地下交通運輸形式蓬勃興起，地下車道形式得到越來越多的應用，便利的交通給人們節省了大量出行時間。文章對地鐵公共區冷負荷計算的影響因素，對負荷計算中存在問題進行探討分析。能給客流量較大的換乘車站提供舒適的地鐵乘車環境，這至關重要。

關鍵詞：地鐵；車站公共區；冷負荷

引言

地鐵地下線是一座狹長的地下建筑，除各站出入口和通風道口與大氣溝通以外，可以認為地鐵基本上是和大氣隔絕的。由于列車運行、設備運轉和乘客等會散發大量的熱量，若不及時排除，地鐵內部的空氣溫度就會升高，同時，由于地鐵周圍土壤通過地鐵圍護結構的滲濕量也較大，若不加以排除地鐵地下線路內部的空氣濕度會增大，這些都會使乘客無法忍受。因此，必須設置通風和空調系統，對地鐵內部的空氣溫度及濕度等空氣環境因素進行控制[1]。地鐵空調系統設計與民用建筑設計還是存在諸多不同，而且冷負荷計算的合理性直接影響到后期空調設備選型及運營能耗等方面。文章結合某南方城市地下車站公共區冷負荷計算數據，對設計計算不合理及存在問題之處進行分析和探討。

1 車站空調冷負荷計算方法

根據規范要求，除在方案設計或初步設計階段可以使用冷負荷指標進行必要的估算外，施工圖設計階段應進行逐時冷負荷計算。在工程設計中，對于方案設計或初步設計階段，通常采用空調冷負荷指標法估算，以確認設備容量及系統造價。對于一般建筑的空調冷負荷指標為100-250W/m2，對于大型建筑，如百貨商場等指標達到350W/m2[2]。在現行設計中，施工圖階段多采用冷負荷系數法或采用設計軟件進行負荷計算。以某南方城市地下雙層島式車站為例，施工圖階段，理論計算出站廳公共區空調冷負荷指標約200W/m2，站臺公共區約740W/m2。因此，在方案設計或初步設計階段，不能簡單地套用空調冷負荷指標進行冷負荷估算。由于我國地域差異，地鐵空調系統還沒有統一的空調冷負荷指標，且受列車運行影響，在列車進站時，通過屏蔽門的滲透風帶入熱量對站臺空調環境影響很大，還需進一步研究。且需綜合考慮由于空調系統因地域不同、空調制式不同等計算方法存在差異，總結及制定出符合我國地鐵車站冷負荷計算特點的計算方法。

2 室內外計算參數

地鐵車站的空調尾舒適性空調，根據統計數據資料，乘客完成一個客車過程，從進站、候車到上車，在車站上僅3min-5min，下車出站約需3min，因此，車站的空調有別于一般舒適性空調[1]，由于地鐵車站空調僅為乘客提供一個過渡性的熱舒適環境，只需考慮乘客由地面進入車站有較涼快的感覺，滿足于“暫時舒適”就可以了。每個城市空調室外計算干球溫度是一定，從節能角度，就要求車站室內空氣計算溫度與室外計算干球溫度的溫差應該較小，即車站室內空氣計算溫度的設定值要高。但我國各地氣候條件差異較大，人們長期生活的環境條件也不同，因此對溫度的適應情況不同，對溫度的感覺也存在差異。如南方地區的人與北方地區的人相比，更喜歡室內溫度低一些。在現行設計中，認為按地鐵規范的規定，地下車站站廳的空氣計算溫度比空調室外計算干球溫度低2-3℃，站臺比站廳低1-2℃的標準進行設計，靈活處理溫差是合理可行的。

3 空調冷負荷計算組成

城市軌道交通通風空調系統分為三種制式：開式系統、閉式系統、屏蔽門系統。現在地下車站設置基本都采用屏蔽門系統，以下討論亦以屏蔽門系統為例。采用屏蔽門系統后，屏蔽門將隧道分隔在站臺之外，車站空調負荷受隧道的影響相對較小，車站內公共區散熱已不含列車驅動設備發熱量、列車空調設備及機械設備發熱量，僅有站內人員散熱量、照明設備散熱量、站臺內外溫差傳熱量、滲透風帶入熱量[3]。由于地鐵車站內的照明、廣告燈箱等散熱量可以通過各用電設施的實際功率很方便的計算，不在詳述。以下主要對車站冷負荷計算占比較大的人體熱負荷及滲透風帶入熱量進行討論。

3.1 人體熱負荷

因人體熱負荷的確定，關鍵在于地鐵客流量的確定上，而這一數據一般源自當地交通規劃部門的客流預測報告，而且客流預測中上下車客流量的合理性直接關系到同時在站人數的準確性，同時在站人數為站廳及站臺人員熱負荷（包含顯熱及潛熱）的計算基數。以某南方城市地下雙層島式車站為例，車站此負荷約占車站公共區總冷量的40.5%。

那么客流預測的準確性及合理性就顯得尤其重要。客流預測是通過建立現狀社會經濟、土地利用、人口、車輛擁有、交通網絡等與現狀交通需求及特征之間的定量關系（四階段模型），并結合規劃前景的假設與輸入、獲得預測年的交通需求與特征，包括軌道客流需求與特征數據。在軌道客流需求的基礎上，通過客流分配，得到研究線路的客流詳細指標。客流預測年限分為初期、近期和遠期[4]。

既然客流預測是在建立模型的基礎對未來的客流進行預測，本身就對邊界輸入條件進行假設，其準確性受到諸多因素的影響。根據作者所在南方城市現行開通的運營地鐵，開通運行兩年，即使開通區間小交路的運營模式，其早晚高峰期還是大大高于初期預測客流，而且在客流量較大的換乘車站，矛盾更加明顯。那么如何在客流預測數據的基礎上，確定上下車客流量，是值得設計人員研究的問題[5]。

3.2 滲透風帶入熱量

以某南方城市地下雙層島式車站為例，此部分熱量在車站公共區冷量中約占30%，此部分熱量分為出入口滲透風和屏蔽門開啟時的滲透風，其中以屏蔽門開啟時的滲透風最大。在設計中，一般都是通過設計經驗，按估算指標進行計算，出入口為200W/m2，屏蔽門按每站5-10m3/s估算漏風量。針對上述經驗數據，如出入口數量，通常一個地下車站設置2-4個出入口，但隨著城市線網的擴展，車站出入口的數量不斷增加；屏蔽門如按上述指標進行估算，那么上下限值相關的風量相差為18000m3/h。而且隨著運營年份的不同，即使同一位置處的熱量也隨之改變。結合運營實例，區別標準車站、換乘站以及站臺形式等對上述經驗數進行修改完善，必要時可結合采用仿真模擬計算。

4 結束語

綜上所述，地鐵車站冷負荷計算有別于民用建筑計算，其計算影響因素多，而且通風空調的能耗在車站總能耗中占比很大，如何結合基礎數據、經驗數值，準確合理地進行負荷計算，與后期的設備選型及運營能耗關系密切，同時也是地鐵設計值得研究的方向。

另外車站冷負荷除公共區冷負荷外，還應包含設備區的冷負荷，其負荷計算又有別于公共區，特別是對于重要設備房間（如信號設備室）需按24小時不間斷空調進行設計，如何合理確定此類房間設備發熱量，并區分考慮運營和非運營時段設計，亦是冷負荷計算的難點，文章不作詳述，作為作者后期研究方向。文章的宗旨是探討合理計算車站冷負荷，以便更好地控制后期空調運營能耗。那么作為地鐵設計人員更不應墨守成規，應采用各種計算手段，結合地鐵設計特點，必要時可進行設計及技術創新。

參考文獻

[1]GB50157-2003.地鐵設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2013：468+477.

[2]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊第二版[M].北京：中國建筑工業出版社，2007：1492.

[3]周順華.城市軌道交通設備系統[M].北京：人民交通出版社，2009，6：152-153.

[4]王遇川，劉東.屏蔽門地鐵車站公共區空調系統節能分析[J].暖通空調，2010（12）.

[5]彭博，吳喜平，鄭懿.地鐵區間熱環境影響因素分析研究[J].建筑熱能通風空調，2010（4）.

作者簡介：楊進，男，碩士，深圳市地鐵集團有限公司，從事地鐵設計管理。