改造站房暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的重難點分析

樂沙

摘要：本文以夏熱冬冷地區(qū)某改造站房工程為例，探討改造站房暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，論述了其工程特點、通風(fēng)、防排煙系統(tǒng)設(shè)計、空調(diào)負荷特性、空調(diào)冷熱源形式、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)及設(shè)計中應(yīng)注意的問題等，進而把握其暖通設(shè)計的特殊性及技術(shù)難點。

關(guān)鍵詞：改造站房;技術(shù)難點;冷熱負荷;冷熱源

中國鐵路邁入了新時代，隨著我國經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展，鐵路客運站房建設(shè)也蓬勃發(fā)展，一方面新的站房拔地而起，另一方面既有站房因建設(shè)年代久遠或者功能不全無法適應(yīng)新形勢下客運的發(fā)展，即需對既有的鐵路站房進行改造建設(shè)。

對既有鐵路站房的改造建設(shè)大致可以分為三類：第一類是拆除原有的鐵路站房，并在原址上建設(shè)新的鐵路站房;第二類是保留原有鐵路站房的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，對既有站房的內(nèi)部進行功能和設(shè)備的升級改造;第三類是在其他地方另外選址進行新建^[1]。對站房進行改造建設(shè)對提升城市形象，促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義。

本文結(jié)合工程實例，對某改造站房暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計進行綜述。

1 工程特點

本工程原有站房建設(shè)年代久遠，建筑外觀陳舊，站內(nèi)候車條件較差，設(shè)施簡陋，站房旅客服務(wù)用房少，售票廳及候車室的面積嚴重不足、缺乏無障礙設(shè)施、站內(nèi)衛(wèi)生條件較差、旅客運力不足等，制約了客運服務(wù)質(zhì)量，與日益發(fā)展的城市形象不符，對該站房進行改造建設(shè)迫在眉睫，但若全部拆除重建，在改建過程中會對既有運營線產(chǎn)生巨大干擾，本工程結(jié)合屬地實際情況，對主站房擴建、兩側(cè)建筑拆除重建，即部分利舊、部分改造、部分新建，同時具備本文“引言”中提及的站房改造“第一類”和“第二類”的特征。

站房改造方案示意圖

本工程改造后總建筑面積：8684.85m2，（包含既有站房未改造面積、新建地上部分建筑面積及地下部分建筑面積），地上二層，局部夾層共三層，主要功能為候車室、售票廳、進站廳、行包房、辦公管理類房間、設(shè)備機房、公共衛(wèi)生間等，新建地下一層為消防水泵房及消防水池，建筑高度14.4m，設(shè)兩層候車室，層高均為7.2米。

2 技術(shù)難點分析

本工程限制條件較多，合理設(shè)計通風(fēng)、防排煙、空調(diào)系統(tǒng)才能有效的達到方便管理、節(jié)能降耗的目的。暖通專業(yè)設(shè)計過程中主要存在的重難點分析：

2.1 本工程部分利舊、部分改造、部分新建，利舊未拆除部分在整個平面的中間位置，暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計既要分區(qū)考慮，又要統(tǒng)籌設(shè)計，在設(shè)計過程中，合理利用既有的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計條件，同時打破固有的設(shè)計思維，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計。

2.2 既有站房年代已久，原有防排煙系統(tǒng)不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，通風(fēng)防排煙系統(tǒng)重新設(shè)計，涉及利舊站房外立面的全面改造。

2.3 考慮到房間功能分區(qū)的變化，冷暖集中中央空調(diào)系統(tǒng)重新設(shè)計，對于荷載較大的空調(diào)設(shè)備，只能放至新做的屋面結(jié)構(gòu)樓板之上。

2.4 空調(diào)機房的位置，對于整個空調(diào)系統(tǒng)的合理設(shè)計及工程有序推進至關(guān)重要，要與建筑專業(yè)及其他專業(yè)設(shè)計人員充分配合，合理布置，受建筑結(jié)構(gòu)條件限制，本專業(yè)應(yīng)選擇合適機型，優(yōu)化管道布置，以節(jié)約機房面積、控制機房層高。

2.5 因利舊不拆除候車室建設(shè)已有30余年，結(jié)構(gòu)板為空心樓板，除了自身荷載外，不能承擔(dān)任何其他荷載，不適宜風(fēng)吊裝風(fēng)管，合理設(shè)計空調(diào)送風(fēng)的氣流組織，方能保證這部分候車室的空調(diào)效果。

3 通風(fēng)設(shè)計

3.1 變電所、信息機房、公網(wǎng)機房、綜控室設(shè)置氣體滅火裝置，故此類房間無需消防排煙系統(tǒng)，而通過該房間隔墻的通風(fēng)管設(shè)70°C電動防火閥，在氣體滅火時自動關(guān)閉，以保持該類房間的密閉滅火狀態(tài)。待滅火完成后，電動或手動打開該閥門及排風(fēng)機，以排除室內(nèi)廢氣。電氣用房均設(shè)自動溫控風(fēng)機。

3.2 本工程公共衛(wèi)生間設(shè)置獨立的高位排風(fēng)系統(tǒng)，通過門洞自然補風(fēng)。站房人員密集，公共衛(wèi)生間空氣品質(zhì)較差，按換氣次數(shù)不小于15次/h計算，且滿足每個蹲便器不小于40m3/h，每個小便器不小于20m3/h計算。

3.3 一層、二層候車廳外墻上部均設(shè)置電動或手動可開啟外窗，過渡季開啟，自然通風(fēng)，以改善室內(nèi)環(huán)境，降低空調(diào)系統(tǒng)運行時間，節(jié)約運行費用。

4 防排煙系統(tǒng)設(shè)計

本工程的防排煙系統(tǒng)設(shè)計按照《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》（GB51251-2017）執(zhí)行，設(shè)置自然排煙及自然通風(fēng)設(shè)施，達到消防要求，規(guī)避因建筑平面及結(jié)構(gòu)條件受限，增設(shè)防排煙機房及防排煙風(fēng)道的困難。

5 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

5.1 冷熱負荷分析

站房建筑空間按跨度大，人員密集，人員密度變化大、一般情況下人員在室時間不長，整個客運站24小時連續(xù)使用，在空調(diào)負荷構(gòu)成中，新風(fēng)負荷和人員負荷在站房空調(diào)負荷中占據(jù)百分比最大^[2]。因此，科學(xué)設(shè)計人員參數(shù)進行負荷計算，才能更真實的反應(yīng)站房實際空調(diào)冷熱負荷。

5.2 冷熱源的選擇

確定冷熱源方案應(yīng)結(jié)合當?shù)刭Y源、經(jīng)濟性、安全性等方面進行考慮，本工程規(guī)模較小、受建筑面積的限制、無設(shè)備用房的位置。根據(jù)各空調(diào)房間的使用要求及工藝要求，本項目中的辦公管理類用房采用變制冷劑流量多聯(lián)中央空調(diào)系統(tǒng)（VRV），按樓層劃分系統(tǒng)。商務(wù)候車室和售票室內(nèi)設(shè)備多，散發(fā)熱量較大，使用時間、功能與其他公共區(qū)域有所差別，分別設(shè)獨立的多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)。

候車室采用風(fēng)冷熱泵作為冷熱源的中央空調(diào)系統(tǒng)。選用額定制冷量為516kW，額定制熱量為512kW的風(fēng)冷螺桿冷熱水機組3臺，冷凍水供回水溫度為7-12°C，空調(diào)熱水供回水溫度為45-40°C。原空調(diào)系統(tǒng)的2臺額定制冷量為516kW風(fēng)冷熱泵機組使用時間長達9年，設(shè)備效能低，制冷制熱衰減較大，故原系統(tǒng)全部拆除，主機作為改造后的備用冷熱源。

變電所、配電間、信息配線室、信息機房等設(shè)備用房設(shè)機房空調(diào)。

公安值班、檢補票室、小件寄存等房間設(shè)分體空調(diào)。

5.3 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

商務(wù)候車室、售票廳、辦公等小開間房間采用暗藏風(fēng)管式室內(nèi)機加多聯(lián)新風(fēng)處理系統(tǒng)新鮮空氣經(jīng)新風(fēng)機處理后，再經(jīng)由風(fēng)管送至各個房間。

大空間候車室采用低風(fēng)速單風(fēng)道一次回風(fēng)全空氣空調(diào)系統(tǒng)，采用上送下回式氣流組織形式。一層候車室空調(diào)機房設(shè)置于一層夾層，分布候車室兩側(cè)，風(fēng)管布置于一層夾層吊頂內(nèi)，采用球形噴口送風(fēng)。二層候車室空調(diào)機房設(shè)置于二層夾層，分布候車室兩側(cè)，風(fēng)管布置在新建候車室吊頂內(nèi)，新建候車室采用旋流風(fēng)口頂送風(fēng)，利舊候車室因吊頂內(nèi)不能布置風(fēng)管，采用球形噴口測送，回風(fēng)均從候車室的下部回風(fēng)，通過回風(fēng)道回至空調(diào)機房的靜壓箱，與新風(fēng)混合，在靜壓箱設(shè)置電子凈化機進行殺菌凈化。

機房剖面示例

全空氣空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)入口均考慮過渡季采用最大新風(fēng)或可調(diào)新風(fēng)比運行，以滿足最大程度利用室外新風(fēng)免費供冷。

6 技術(shù)總結(jié)與展望

車站建筑不但要求建筑體形美觀大方，各種設(shè)施齊全，而且還要求舒適、衛(wèi)生的環(huán)境條件，即合適的室內(nèi)空氣溫度、濕度、新風(fēng)量、噪聲標準。暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)把握其特殊性進行合理的設(shè)計。通過此次工程設(shè)計經(jīng)驗，總結(jié)出以下幾點經(jīng)驗和不足，以及對未來此類項目設(shè)計的展望。

6.1 車站建筑雖屬于民用建筑，但由于其建筑功能和人員的特殊性，在設(shè)計過程中要認真研究其熱濕環(huán)境，與普通民用建筑區(qū)別開來，作為工程技術(shù)人員需要掌握其特殊的規(guī)范要求。比如《鐵路旅客車站設(shè)計規(guī)范》（JGJ57-2000）中對車站建筑的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計做了明確的規(guī)定^[3]。

6.2 對于使用時間、負荷需求不一致的空氣調(diào)節(jié)區(qū)域，如采用集中空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，會造成能源的浪費。所以，不同功能區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)分開設(shè)置。

6.3 候車室、設(shè)備機房對溫濕度、氣流組織和噪聲的要求較為嚴格，設(shè)計中應(yīng)充分考慮這些影響，選用質(zhì)量好、噪聲低的暖通設(shè)備，并通過計算分析，布置空調(diào)的送回風(fēng)管，確定送風(fēng)口的風(fēng)速及形式，有效的保證人員區(qū)域的熱舒適性，同時避免因風(fēng)速過高而產(chǎn)生二次噪聲。

6.4 本項目候車室層高為7.2米，新建部分候車室采用旋流風(fēng)口、未拆除舊候車室區(qū)域采用噴口測風(fēng)，回風(fēng)均通過回風(fēng)道從下部回，實現(xiàn)分層空氣氣流組織形式，能夠保證人員活動區(qū)的空氣品質(zhì)，在頂棚設(shè)置高窗可以直接將熱污染空氣排出，排風(fēng)溫度遠遠高于活動區(qū)的溫度，從而有效減小系統(tǒng)的冷負荷，產(chǎn)生良好的通風(fēng)效果和節(jié)能效果。

6.5 本工程中噴口可改變偏轉(zhuǎn)角度，改變風(fēng)口的水平出風(fēng)方向，在送風(fēng)支管上均設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，能更好的達到理想的空調(diào)效果。

6.6 為了送風(fēng)氣流分布均勻，候車室乘客無吹風(fēng)感，滿足人體舒適度要求，送風(fēng)溫度通常比室內(nèi)設(shè)計溫度低2-3℃，本工程采用一次回風(fēng)和再熱來實現(xiàn)，可能產(chǎn)生冷熱抵消的現(xiàn)象，浪費能源，若采用二次回風(fēng)系統(tǒng)則更具有優(yōu)勢。

6.7 CFD（計算流體力學(xué)）應(yīng)用于氣流組織模擬分析的發(fā)展已較為成熟，有條件能夠利用CFD技術(shù)對候車室的氣流組織進行數(shù)值模擬分析，可以更加直觀的反映出候車室等高大空間的氣流組織，從而得到更為優(yōu)化的空調(diào)送風(fēng)方案^[4]。

6.8 鐵路客運站房具有人員密度高、人員流動量大，熱濕環(huán)境難以控制，在實際運行過程中人員流動量大且波動顯著，新風(fēng)負荷亦隨之波動，給負荷計算帶來難度，在工程實例中運用建筑能耗模擬軟件DeST或EnergyPlus模擬出全年動態(tài)空調(diào)能耗，更有利于建筑維護結(jié)構(gòu)優(yōu)化、空調(diào)方案選擇及空調(diào)節(jié)能設(shè)計^[5]。

6.9 考慮到戰(zhàn)房實際運行中客流量可能遠遠高于空調(diào)設(shè)計時采用的人員數(shù)，而且設(shè)計手冊中查取的室外計算溫度有一定的偏差，按照常規(guī)方法選取的空調(diào)主機容量和臺數(shù)并不能保證全年尤其是節(jié)假日鐵路高峰時段的熱濕環(huán)境，建議在空調(diào)主機選型時，能綜合考慮客流量和室外氣象參數(shù)對冷負荷的影響。

6.10 鐵路客站內(nèi)功能區(qū)較多，有候車、售票、辦公、設(shè)備用房等，各功能區(qū)使用空氣調(diào)節(jié)或供暖的時間不一致，且同一功能區(qū)由于旅客數(shù)量變化大，其負荷變化也較大。因此，需要在設(shè)計中采取相應(yīng)的節(jié)能措施，主要方法有：根據(jù)負荷特點和部分空間使用時的運行要求，合理進行空氣調(diào)節(jié)分區(qū);合理選配空氣調(diào)節(jié)冷、熱源機組的臺數(shù)和容量，制定根據(jù)負荷變化調(diào)節(jié)冷（熱）量的控制策略;水系統(tǒng)采用水泵變頻技術(shù)或全空氣系統(tǒng)采用變風(fēng)量控制，并采取相應(yīng)的水力平衡措施等。

6.11 暖通專業(yè)在與其他專業(yè)配合過程中，應(yīng)兼顧建筑功能與實際使用效果，確定合理的空調(diào)方案，特別是改造項目要在項目設(shè)計前期去現(xiàn)場實地了解工程情況，充分掌握設(shè)計條件，避免在后續(xù)設(shè)計過程中出現(xiàn)無法協(xié)調(diào)的矛盾。

參考文獻：

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