蘭州地鐵車站設備管理用房全空氣空調系統設計

王繼宏

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蘭州地鐵車站設備管理用房全空氣空調系統設計

王繼宏

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司 西安 710043）

為研究蘭州地鐵車站設備管理用房全空氣空調系統運行模式，通過對夏季室內外計算參數及合理的空氣處理過程的分析，得出了室內計算參數的取值范圍，確定了不同類型房間采用的空調系統形式，對于全線空調系統設計及計算提供參考。

地鐵車站；設備管理用房；全空氣空調系統；相對濕度；運行模式

0 引言

蘭州地鐵公共區采用直接蒸發冷卻通風降溫系統，車站設備管理用房需設置獨立冷（熱）源的通風空調系統。目前，國內已建或在建地鐵項目中，車站設備管理用房空調系統形式基本都采用一次回風全空氣空調系統。蘭州地鐵車站設備管理用房通風空調系統形式的選擇需要結合蘭州氣象參數及地鐵線路特點具體分析，不能一概而論。而在全空氣空調系統設計中，室內計算參數、空調系統計算方法以及空調系統形式的確定是工程設計的重難點。

1 系統劃分

地鐵車站的設備管理用房根據功能、性質和使用要求不同，需要考慮設置空調系統的房間主要包括以下三大類：

管理辦公用房：該類房間為工作人員辦公管理用房，設置舒適性空調系統，一般18小時運行；

發熱量較大的弱電設備用房：該類房間為重要電氣房間，設備發熱較大，且一般全天運行，通風空調系統應保證設備正常運轉所需的溫濕度要求，屬于工藝性空調系統；

發熱量大的強電設備用房：該類房間為變電所設備用房，室內布置有發熱量很大的設備，且設備為24小時運轉。該類房間需設置單獨的通風空調系統進行降溫，以保證設備的正常運轉，屬于工藝性空調系統[1]。

2 室內外計算參數

2.1 室外空氣計算參數

地下車站設備與管理用房的夏季通風室外計算溫度、冬季通風室外計算溫度、夏季空調室外計算干球溫度、夏季空調室外計算濕球溫度按照《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》執行，見表1[2]室外空氣計算參數表。

表1 室外空氣計算參數

根據上表夏季室外參數，通過h-d圖計算室外空氣計算焓值h=65.48kJ/kg。

2.2 室內空氣計算參數

根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》、《地鐵設計規范》及地鐵工程相關技術要求，需設置空調系統房間的室內空氣計算參數，見表2[3]室內空氣計算參數表。

表2 室內空氣計算參數

室內設計參數不僅影響室內空氣質量和人員熱舒適性，而且還關系到管線占用空間、空調系統的設備、管道等初投資以及系統運行能耗，即空調系統的經濟性[4-6]。

2.3 室內相對濕度

根據規范要求選擇室內溫度，但是室內相對濕度為一范圍。國內外關于室內濕度對空調能耗及人體的熱舒適感覺方面的研究基本達成共識：即認為室內溫度一定的情況下相對濕度對人的熱舒適感影響很小，但是對空調能耗的影響很大。

從目前相關的研究成果來看，外界環境參數和室內溫度不變的情況下，隨著室內相對濕度增加，建筑物的空調能耗是增大還是減少，存在著兩種截然不同的觀點[4]。

因此，室內相對濕度的選擇必須結合具體工程實際情況具體分析，本文也將對不同相對濕度的影響進行分析，以便確定室內參數目標值。

夏季室內設計溫度一定，室內相對濕度不同時，根據h-d圖計算的室內空氣焓值見表3室內空氣焓值計算表。

表3 室內空氣焓值計算表

3 空調系統常用計算方法

空調系統負荷計算常采用以下方法：

（1）設定室內設計點溫度及露點送風溫差，根據同一系統內各房間的余熱量和余濕量分別計算熱濕比，利用h-d圖計算各房間室內焓值、相對濕度及空調送風量，各房間的風量相加即得該空調系統的計算風量，進而計算空調機組冷量等參數。該計算方法為各房間單獨計算負荷，對于各個房間風量計算比較精確，但計算工作量大而且計算復雜、效率不高。為了簡化計算，根據各房間余熱、余濕量累計相加計算空調系統總熱濕比，利用h-d圖計算空調系統總送風量，各房間送風量根據每個房間余熱量占總余熱量的比例進行分配[7]。

該方法需提前設定露點送風狀態點，根據熱濕比反算房間相對濕度是否滿足規范要求、反算室內焓值并判斷空調系統是否需設置回風系統。該方法對于某一空調系統是否需設置回風系統及后續負荷計算具有較高的準確性，但是對于地鐵全線車站統一確定空調形式并計算系統負荷非常復雜。

（2）設定室內設計點溫度、相對濕度，確定室內狀態點，根據要求的送風溫差采用露點送風，以此來計算空調系統風量及空調機組冷量等參數。

該方法需提前設定露點送風狀態點及室內狀態點，室內狀態點參數以規范要求值為目標值。對于判斷及統一空調系統形式計算簡單、效率較高，但是對于室內相對濕度的選擇比較關鍵，是空調系統計算的重要基礎。

4 運行模式

北京、西安等地，夏季室外空氣計算焓值大于室內計算焓值，空調系統形式應設置回風系統。正常運行工況下，隨著室外空氣參數的變化一般可進行小新風空調工況、全新風空調工況及通風工況之間的轉換。

從表2及表3可以看出，蘭州地區室內空氣參數滿足《地鐵設計規范》要求時，夏季室外空氣計算焓值存在大于等于或小于室內空氣計算焓值兩種可能。本文也將針對管理辦公用房、弱電設備用房和強電設備用房三類空調系統，分析其工況的轉換及運行模式。

強電設備用房室內設計干球溫度為36℃，《地鐵設計規范》對強電設備用房室內相對濕度無要求。但相對濕度低于40%時即認為室內空氣是干燥的，濕度偏低容易產生靜電，而靜電對設備元器件會造成損壞；再者當室內相對濕度低于25％時，人員眼睛和皮膚會感覺明顯的不舒適[7]。因此，強電設備用房室內相對濕度不應過小，當室內相對濕度≤25.5%時，室外空氣計算焓值小于等于室內計算焓值，空調系統無需設置回風模式，應執行全新風空調系統。

管理辦公用房和弱電設備用房室內設計干球溫度為27℃、室內相對濕度為40～60%范圍內，當室內相對濕度=55.7%時，室外空氣計算焓值等于室內計算焓值。所以室內設計參數不同，空調季節運行工況是不同的。下面將對管理辦公用房和弱電設備用房空調系統形式及工況轉換具體分析。

根據蘭州夏季室內外計算參數標注于焓濕圖上，見下圖所示。

圖1 蘭州夏季室內外計算參數

從上圖可以看出，室內相對濕度不同，室內點從N1到N4之間變化，室外點空氣計算焓值h介于室內點空氣焓值h1與h4之間，因此蘭州地區全空氣系統空氣處理過程及工況運行模式應根據實際情況具體分析。

4.1 室外空氣焓值位于室內點N2與N3焓值范圍內：h2h<h3

（1）室內計算狀態點位于N3～N4之間時，室外空氣焓值小于室內空氣計算焓值，應采用全新風系統節能運行；同時室外新風狀態參數及室內狀態參數均高于送風狀態點參數，室外新風不足以承擔室內全部負荷，還需對室外空氣冷卻降溫到送風點狀態時后再送入室內[9]。

因此，室外空氣焓值小于室內空氣焓值時，空調系統應執行全新風空調工況。其空氣處理過程見圖2所示。

圖2 全新風空調工況空氣處理過程

（2）室內計算狀態點位于N2～N3之間時，室外空氣焓值存在大于等于或小于室內空氣計算焓值兩種可能。

當室外空氣焓值小于室內空氣計算焓值，其分析與圖2所示相同，應采用全新風空調系統節能運行；當室外空氣焓值大于等于室內空氣計算焓值時，為了減小冷量消耗，就要限制新風量的使用而執行小新風空調工況，回風與新風混合經空調機組集中處理后通過風管送至設備管理用房。

對于地鐵空調系統，一般在空調機組內部設置換熱器對進風進行制冷、制熱處理，無加濕功能。夏季空氣通過換熱器進行冷卻處理時，狀態變化有等濕冷卻和減濕冷卻兩種可能，因此新回風混合點的含濕量應大于等于送風點的含濕量；同時夏季空調系統用來排除室內余熱、余濕，熱濕比應為正值，與送風點含濕量相同的室內點計算狀態點N2應為室內點計算焓值的下限值。

室內計算狀態點位于N2～N3之間，室外空氣焓值大于等于室內空氣計算焓值時，空調系統應執行小新風空調工況。其空氣處理過程見圖3所示。

圖3 小新風空調工況空氣處理過程

4.2 室外空氣焓值小于室內空氣焓值，且室外空氣溫度大于等于空調送風溫度：h<h，且t≥t

此時室外新風不足以承擔室內全部負荷，應采用全新風空調系統節能運行。室外進風經過等濕冷卻或減濕冷卻到滿足送風溫差非機器露點溫度后再送入室內。其空氣處理過程見圖4所示。

圖4 非機器露點溫度送風全新風空調工況空氣處理過程

4.3 室外空氣溫度小于送風溫度：t<t

當室外空氣溫度小于送風溫度時，采用室外全新風就能消除室內負荷、保證室內空氣參數，系統應執行通風工況。通風工況下，關停空調制冷系統，空調機組和回排風機通風運行，保證房間溫度及通風換氣要求。

5 結論

（1）通過對夏季室內外計算參數及系統運行工況轉換的分析，得出管理辦公用房和弱電設備用房空調系統合理的室內計算狀態點應在N2～N4之間，小于規范要求的室內計算參數范圍。

（2）根據室內外計算參數的變化，管理辦公用房和弱電設備用房空調系統在全新風空調工況與小新風空調工況間轉換。

（3）強電設備用房室內計算焓值小于室外空氣焓值，空調系統無需設置回風模式，應執行全新風空調系統。

[1] 王鳳艷.地鐵車站設備管理用房通風空調系統設計探討[J].制冷與空調,2014,28(2):141-144.

[2] GB50736-2012,民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2012.

[3] GB50157-2013,地鐵設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2013.

[4] 周巧航,李仁,趙加寧.空調室內空氣計算參數與建筑能耗[J].制冷空調與電力機械,2002,23(3):17-18.

[5] 居發禮.對室內相對濕度影響空調能耗爭鳴的分析[J].制冷與空調,2013,27(4):400-402.

[6] 閆斌,郭春信,程寶義.舒適性空調室內設計參數的優化[J].暖通空調,1999,29(1):44-45.

[7] 張仕杰.地鐵站設備與管理用房全空氣一次回風空調通風量的簡化計算[C].鐵路暖通年會論文集,2014: 163-168.

[8] 肖德玲,李軍華,袁琪,等.室內相對濕度對空調器性能及舒適性的影響[J].制冷與空調,2012,12(1):58-60.

[9] 孫兆軍.地鐵車站設備管理用房空調系統探討[J].鐵道標準設計,2004,41(6):111-113.

Design of All-air Air Conditioning System to the Equipment and Management Rooms for Underground Railway Station in Lanzhou

Wang Jihong

( China Railway First Survey & Design Institute Group Co., Ltd, Xi'an, 710043 )

To study the operational mode of all-air air conditioning system to the equipment and management rooms in underground railway station, through analyze the summer air design conditions and reasonable air handling process, conclude the value range of indoor air design condition, determine the forms of air conditioning systems of different rooms, that provide the reference for design and calculation of all air conditioning systems.

Underground railway station; equipment and management rooms; all-air air conditioning system; relative humidity; operational mode

1671-6612（2017）02-150-04

U231+.5

A

2016-01-30

作者（通訊作者）簡介：王繼宏（1983-），男，工學碩士，工程師，E-mail：278782993@qq.com