高鐵車站候車廳熱環境實測與分析

王晨輝 楊?？?/p>

西安建筑科技大學建筑設備科學與工程學院

隨著我國經濟的發展，高大空間建筑的應用變得越來越廣泛，典型的高大空間包含有火車站，航站樓候機廳，體育館，會展中心以及大型的工廠廠房等?；疖囌竞蜍噺d作為大空間的典型建筑，具有空間體積大、窗墻比高、人員燈光密集等特點[1]。如何保證火車站候車廳內的熱舒適環境成為亟待解決的問題。王康[2]等人利用CFD 對火車站內不同的氣流組織形式做了比較，得到了熱環境最佳的氣流組織方案。王鑫磊等人[3]通過實際測試獲得了首都機場 T2 航站樓內的熱環境參數。目前高大空間建筑的空調通風主要以噴口送風為主，噴口高度一般在4～6 m，人員僅在2 m 高度范圍內活動，采用空氣作為冷源的輸送介質，造成風機能耗偏高[4]。此外，候車廳的溫濕度調控通過相應的測點來實現自動控制，設計合理的氣流組織以及合理的布置測點將大大降低空調能耗。2019 年，筆者通過實際測試得到了阿房宮高鐵車站候車廳內的空氣參數，分析了高大空間的室內空調參數分布狀況，為優化航站樓內的氣流組織設計提供參考。

1 車站簡介

阿房宮站位于陜西省西安市灃東新城南陶莊村，是西成高鐵上的一座車站，2017 年 12 月 6 日，阿房宮站隨西成高鐵一并投入運營。站房面積為 5896.5 m2，建筑面積為1636.8 m2，主體一層，部分為兩層，層高分別為5.7 m、4.8 m，最高聚集人數為1000 人。候車廳主入口為處設有門斗，最低處凈高 9.6 m，吊頂標高10.5 m。

阿房宮高鐵車站運行時間為 7:00-23:00，空調的運行時間與車站運行時間一致，阿房宮高鐵車站采用了噴口送風的空調形式，噴口高度為 5.9 m，東西兩側壁面各有 20 個球形噴口，壁面下方各有兩個 1.2 m×2 m 的方形回風口。

2 測試方法及部位

測試時間為 2019 年 1 月 14 日 15:00 至 1 月 15日15:00。測試地點為阿房宮高鐵車站候車廳，人流較多，為安全考慮，溫濕度測試采用“ 模塊+氣球”的形式（見圖 1）來得到水平及垂直方向的分布，考慮到測試的安全性，擬采用氦氣（惰性氣體）對氣球充氣。

圖1 候車廳溫濕度測點水平布置示意圖

本文在候車廳共布置7 組測試部位，記號為A-F，具體測試部位見圖 2，在垂直方向上1.1 m、1.7 m、4 m、6 m、8.5 m 處分別布置了測點，從下而上編號依次命名為1～5。風速測試采用手持單通道便攜式熱線測速儀，由于場地空間的限制，只測試了 1.1m及1.7 m高度的風速。

圖2 候車廳測試點位分布

測試中主要用到的儀器及其精度如表 1 所示，測試中要盡量伸長儀器，避免人為因素的干擾，從而提高測試結果的準確性。

表1 測試儀器

3 測試結果與分析

3.1 室外溫濕度分布及分析

對室外空氣溫濕度測點的記錄數據進行整理，溫濕度變化曲線如圖3 所示。

圖3 室外溫濕度隨時間變化

從圖3 可以看出：室外溫度在 1 月15 日 04:00 達到最低值 4 ℃，在 1 月 15 日 13:30 達到最高值12.06 ℃，最大溫差為8.06 ℃。室外相對濕度在1 月15日04:00 相對濕度達到最高值68%，在 1 月 15 日 12:30 達到最低值 19%，相對濕度最大差值為 49%，其中1 月 15 日 15:00 室外相對濕度比 1 月 14 日 15:00 低28%，說明1 月15 日室外的空氣較為干燥。從 1 月14日 15:00 到 1 月15 日 15:00 的溫濕度隨時間變化來看，隨著溫度的升高，相對濕度逐漸降低，隨著溫度的降低，相對濕度逐漸升高，兩者變化趨勢基本相反。

3.2 車站內部溫度分布及分析

本次測試車站候車廳共有7 組測試部位，每個測試部位布置有 5 個測點，7 組測點溫度隨時間變化相同，選擇 A 組測試部位的測點溫度隨時間的變化（連續24 h）如圖4 所示。

圖4 A 組測點溫度隨時間變化

從圖 4 中可以看出：七個測點溫度隨時間的變化趨勢基本一致，且在1 月 14 日 23:00 溫度產生明顯的下降趨勢，此時車站即將閉站，空調系統關閉。在 1 月15 日06:30 溫度產生明顯的上升趨勢，此時車站開始運營，空調系統開啟。在車站運營時間段（1 月14 日15:00—1 月14 日23:00、1 月15 日 06:30 至1 月15 日15:00），車站內各測點溫度值波動值為±1 ℃，溫度基本不隨時間變化。在車站運營時間段（1 月14 日15:00 至1月 14 日 23:00、1 月 15 日 06:30 至 1 月 15 日15:00），七個測點組溫度最低值均在 20 ℃以上，各個測點組在工作區內的溫度為23±3 ℃，基本滿足人體熱舒適要求。從圖4 可以看出B、D、E、F 四組測點由于距離風口較遠，受噴口送風射流影響較小，因此具有明顯的溫度分層現象，而 A、C、G 組則由于送風射流的影響，在射流范圍內溫度變化波動較大，溫度分層現象不明顯，另外可以看出在空調關閉后七組測點都出現了明顯的溫度分層。

為了更好地研究車站內垂直溫度分布的規律，取1 月 14 日 16:00（空調開啟）和 1 月 15 日 03:00（空調關閉）各個測點組的溫度數據做出豎直溫度分布曲線圖（圖5、6）。

圖5 垂直溫度分布（1 月14 日16:00）

從圖 5 可以看出：車站候車廳溫度最大值出現在測點C 距地面8.5 m 處，溫度最大值為26.81 ℃。溫度最低值出現在 E 組測點距地面 1.1 m 處（E1），溫度最小值為22.06 ℃，兩者之間的差值為4.75 ℃。A 組測點、G 組測點與 C 組測點的溫度明顯高于其余四組測點，說明候車廳各部位存在著一定的區域溫差，測點A、測點 G 與測點C 距離車站內空調送風口最近，受噴口送風氣流影響較大，因此溫度比其余測點偏高。各測點溫度基本都隨著高度的增加而增大，其中在0～1.7 m 的垂直區域內溫度變化趨勢最大，變化溫差最大為1.5 ℃，說明垂直溫度的分布受人員影響較大。

圖6 垂直溫度分布（1 月15 日03:00）

從圖6 可以看出：七個測點組的溫度隨高度的增加而增大，且溫度基本為線性增大。此外由于車站處于閉站狀態，車站內部只受冷風滲透影響，故候車廳七個測點在同一高度下，溫度差值不超過1 ℃，可近似認為水平方向不存在溫差。車站候車廳溫度最大值出現在測點G 距地面8.5 m 處，最大值為18.38 ℃。車站候車廳溫度最小值出現在測點E 距地面 1.1 m 處，最小值為17.19 ℃，兩者差值為1.19 ℃。

3.3 車站內部濕度分布及分析

候車廳?相對濕度與溫度同時記錄，共有七組測點，相對濕度分布如圖7 所示。

圖7 A 組測點相對濕度隨時間變化

從圖7 可以看出：車站內相對濕度與溫度一樣，在1 月 14 日 23:00 和 1 月 15 日 06:00 受到空調開閉的影響，曲線發生突變。與車站內溫度變化不同的是，相對濕度的變化相對平緩，在車站運營時間段（1 月14日 15:00 至 1 月 14 日 23:00、1 月 15 日 10:00 至 1 月15 日 15:00）相對濕度維持穩定，基本不發生變化。在車站關閉后（1 月 14 日 23:00 至1 月15 日07:00），車站內相對濕度的變化與室外相對濕度的變化趨于一致，可知車站內相對濕度的變化受室外影響較大。七組測點相對濕度最大值出現在測點 A，最大值為44%。相對濕度最小值出現在測點C，最小值為 10%，兩者相差34%。七組測點相對濕度最大值均出現 2m以下工作區內，相對濕度隨著溫度的升高逐漸降低。相對濕度在豎直方向沒有出現明顯的分層現象。1 月14 日車站運營時相對濕度穩定下變化范圍為 18%～32%，1 月 15 日車站運營時相對濕度穩定下變化范圍為10%～24%，可知1 月15 日車站內相對濕度低于1 月14 日。1 月15 日室外相對濕度低于1 月14 日，可知，室內相對濕度的變化主要是受到了室外的影響。

3.4 車站內部風速分布及分析

車站內風速測點在垂直方向布置了 1.1 m、1.7 m兩組數據，整理這兩組數據得到曲線如圖8、9：

圖8 在1.1 m 處各個測點風速隨時間的變化

圖9 在1.7 m 處各個測點風速隨時間的變化

從圖8～9 可以看出：測點C、測點G、測點 A 距離球形噴口最近，水平距離為 11m，其中測點 C、測點 G正對球形噴口，因此測點 C、測點G 的風速較大，其中測點C 的風速值為0.9± 0.2 m/s，測點 G 的風速值為1.2±0 .4 m/s。測點E 位于車站中央，且距離球形噴口最遠，水平距離為 36 m，測點 E 的風速最低，風速值為0～0.2 m/s。測點B、D、E、F 的風速值均小于0.4 m/s，基本可以滿足舒適度要求，然而測點 A、C、G 的風速值較大，尤其是測點 C 和測點 G，風速最大值分別為1.135 m/s、1.596 m/s，具有明顯的吹風感。測點 G 在垂直高度 1.7 m 處風速平均值為 1.28 m/s，在垂直高度1.1 m 處風速平均值為 1.01 m/s；測點 C 在垂直高度1.7 m 處風速平均值為 0.96 m/s；測點 C 在垂直高度1.1m 處風速平均值為 0.76 m/s；測點 A 在垂直高度1.7 m 處風速平均值為 0.47 m/s；測點 A 在垂直高度1.1 m 處風速平均值為 0.43 m/s；測點 B、D、E、F 的風速值在1.1 m 和1.7 m 處基本一致?？芍獪y點C、G 在1.7 m 處風速值受到送風口的影響更大，而測點 B、D、E、F 基本不受送風口影響。

4 結論

1）在距離噴口送風距離11 m 的休息區，部分區域存在風速過大的現象，導致旅客產生不舒適感，因此在采用噴口送風時應盡量降低出口風速且噴口向下角度不宜過大。

2）車站內部存在明顯的溫度分層，在夜間車站關閉時溫度隨高度的變化成線性變化。在日間車站運營期間，溫度隨高度的變化近似成分段線性函數，可知人員密度對車站2 m 以下的溫度分層有很大影響。

3）車站在空調運行期間未進行加濕處理，在西安這種典型的西北干燥地區，候車廳內相對濕度明顯達不到相應的舒適度要求。

4）車站候車廳受人員密度的影響以及車站內裝飾空間限制，導致溫度、相對濕度在不同的區域有很大的差別。

5）大空間內垂直方向的溫度分布具有規律性，如何得出準確的溫度參數預測公式并應用在大空間中進行精確的溫濕度控制需要進一步的研究。