高鐵站房熱風幕節能性能測試分析

黎文峰， 高文佳， 蔡珊瑜

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海200092）

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高鐵站房熱風幕節能性能測試分析

黎文峰， 高文佳， 蔡珊瑜

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海200092）

摘要：本文對蘭州西客站乘客通道室內溫度和風速在不同電熱風幕啟停工況下進行現場測試和分析，結果顯示開啟熱風幕對乘客通道出口冷風滲透起到了非常好的阻隔作用，表明熱風幕是節能和增強室內舒適性的一項很有成效的技術措施。

關鍵詞：高鐵站房； 熱風幕； 溫度分布； 節能

0　引言

新建的高鐵站房建筑空間大、人流量大、頻繁開啟大門，使得空調采暖能耗非常大，節能技術在高鐵站房建設中得到非常多的重視。蘭州西客站位于寒冷地區，采暖季車站內外溫差大，在出入口附近形成較大的熱壓和風壓，由室外進入室內的無組織滲風量較大，在出入口安裝熱風幕機，可以有效減少無組織滲風帶來的熱損失。

熱風幕機氣流的流動和換熱受多種因素影響，這些因素包括：射流速度、射流溫度、大門兩側的溫差、室外風速等。其中最重要的指標是熱風幕運行的穩定性和大門兩側傳熱傳質率。穩定性反映出熱風幕的阻隔特性，傳質傳熱率則表現熱風幕的節能性能。

1　熱風幕的阻隔特性

熱風幕的阻隔性能一般用擋風效率η來表示[1]：

式中 Lw—熱風幕不運行時，冷風滲透量，m3/s；

Lw′—熱風幕運行時，冷風滲透量，m3/s。

要減小冷風滲透量達到節能目的，熱風幕需要較高的隔性能，這就要求熱風幕射流具有足夠的強度，來抵抗室外冷風橫向壓力的干擾，起到封閉大門的作用。在橫向氣流作用下的送風射流可簡化為二維射流，該二維射流的軸心彎曲軌跡方程[2，3]：

式中 ρw—橫向自然風密度，kg/m3；

ρ0—熱風幕射流空氣密度，kg/m3；W—橫向氣流速度，m/s；u0—熱風幕噴射速度，m/s；bp—熱風幕噴口半寬度，m；a0—熱風幕噴射角；

Cn—綜合修正系數，與噴射角a和高寬比H/2b0有關。

當大門結構尺寸一定時，熱風幕的射流軸心軌跡方程只與噴射角a有關，與其他因素無關。大門熱風幕在單位門寬上的阻隔效率在大門中間80%范圍內能達到一定條件下的較大值，在大門寬度上中間位置的熱風幕主體相比靠近門軸處更難被自然風破壞[3]。

2　熱風幕的節能性能

熱風幕的節能效果可用隔熱效率來表示：

式中 Q—熱風幕不工作時侵入的室外空氣傳遞的熱量，kJ/s；

Q0—熱風幕運行時通過熱風幕傳遞的熱量，kJ/s。

文獻[5]針對某尺寸為10.8 m×6.8 m×2.8 m的便利店建立模型，通過數值模擬研究了在該商店特定條件下熱風幕噴射速度對節能的影響，和敞開大門相比，安裝大門熱風幕后并且以2 m/s的速度噴射，商店室內溫度可以降低5℃左右，大大降低了空調系統的負荷。

3　工程實例

蘭州西客站是西部鐵路交通特大樞紐，是典型的大空間車站，車站位于寒冷地區，在進站臺乘客通道出口處設計了電熱風幕，乘客通道未設計其他采暖措施。在車站建成通車后，對電熱風幕開啟對室內舒適性影響和節能性能進行了測試。設計電熱風幕設計參數見表1。

表1　電熱風幕參數

此次測試包括三個工況：風幕關、風幕開以及熱風幕開，使用溫濕度測量儀和風速測量儀測量了不同測點上的溫度和風速，風幕的安裝高度為3.0m。通過對測試數據整理和分析，結果顯示熱風幕對乘客通道溫度和風速分布影響比較大，對阻隔出口冷風滲透起了非常關鍵的作用。表2為室外溫度和風速在垂直高度上的分布，測試地點為進站乘客通道出口大門外。

表2　室外溫度和風速在垂直高度上的分布

圖1和圖2分別表示了離大門1.5m處溫度和風速在垂直方向的分布，在風幕開/關的工況下，離大門1.5m處垂直面上溫度分布比較均勻；在風幕開的工況下，溫度略有升高，體現風幕的阻隔作用；而當熱風幕開啟后，溫度分布變化非常明顯，在1m以下溫度變化不大，在高度大于1m的區域，溫度隨著高度增大而升高，受熱風幕影響越大，溫度增大了2℃以上。圖2所示為風速分布，在自然通風作用下，風速在垂直方向上分布較為均勻。室內為采暖工況，形成氣流速度加劇，風速比室外測量值要高；在風幕開和熱風幕開工況下，風速分布變化一致，都是隨著高度增加而減小，表明空間區域離風幕越近，受影響越大。

圖3和圖4分別表示了在人員主要活動區（1.5m高度）的溫度分布和風速分布。從圖3中可以看出，在風幕的開啟以及熱風幕的開啟工況下，溫度分別升高了4℃和2℃。從圖4中可以看出三種工況下，風速變化趨勢比較一致，體現了風幕的開關以及加熱器的開啟對風速的影響，而且在20m以后區域風速基本上變化不大，這表明室內區域風速分布較為均勻。

圖5表示了在熱風幕開啟的工況下，離大門距離1.5m、4.5m、8.5m下，垂直方向上溫度最大波動分別為10℃、2.2℃、2.6℃。從圖中可以得知距離大門較遠，溫度分布更均勻，這表明里在這一區域受室外滲透氣流更小。圖6表示的是相同工況下，風速的分布，從圖中可以看出，距離大門較遠，風速變化越小。這主要是反映了熱風幕的阻隔作用，熱風幕向下的氣流和水平方向室外滲透氣流作在室內疊加后形成拋物線狀影響，即離門越近高度越低的區域受到室外滲透氣流影響越大，而離大門越遠高度越高的區域受到熱風幕影響越大。

4　結語

本文對高鐵站房進站臺乘客通道熱風幕的開啟對相鄰室內空間溫度和風速影響進行了測試研究，結果表明熱風幕向下的氣流和水平方向室外滲透氣流作在室內疊加后形成拋物線狀影響，即離門越近高度越低的區域受到室外滲透氣流影響越大，而離大門越遠高度越高的區域受到熱風幕影響越大，熱風幕的開啟對室外滲透氣流起了非常大的阻隔作用

乘客通道僅在乘客進站時啟用，啟用時長較短，熱

風幕的開啟使得這一區域能夠達到乘客快速通過時的熱舒適要求。因此乘客通道根據室外溫度開啟風幕或熱風幕來阻隔室外滲透氣流，不考慮其他采暖方式的設計是可行的，既能滿足熱舒適要求，又可以減少了車站采暖能耗，達到車站節能的目的。

參考文獻：

[1]黃松，何川.空氣幕研究現狀及展望[J].建筑熱能通風空調，2008，27 （5）：23~26.

[2]湯曉麗，史鐘璋.橫向氣流作用下氣幕封閉特性的理論研究[J].建筑熱能通風空調，1999，（6）：6~8.

[3]湯曉麗，史鐘璋.橫向氣流作用下氣幕封閉特性的實驗研究[J].建筑熱能通風空調，1999，（3）：1~5.

[4]査顯順，畢海權.大門空氣幕沿門寬方向阻隔特性分析[J].制冷與空調，2013，27（3）：297~300.

[5]李強民.空氣幕的隔斷特性及其節能效果[J].暖通空調，1986，16（2）：4~8.

修回日期：2016-04-05

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.017

中圖分類號：TU832

文獻標識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）02-0076-03

作者簡介：黎文峰（1988-），男，湖南岳陽人，碩士，助理工程師，主要從事暖通空調系統設計工作。

收稿日期：2016-03-07

Test and Analyzing of the Energy Efficiency Performance for Air Curtain in Railway Station

LI Wen-feng， GAO Wen-jia， CAI Shan-yu

（Tongji Architectural Design（Group）Co.，Ltd，Shanghai 200092，China）

Abstract：In this paper，the indoor temperature distribution and wind velocity of the passenger channel of Lanzhou West Railway Station have been field tested and analysised in different hot air curtain condition.The results show that the opening hot air curtain has a very good blocking effect on the cold air infiltration，which indicates that the hot air curtain is a very effective technical measure for saving energy and improving the indoor comfort.

Key words：railway station； hot air curtain； temperature distribution； energy saving