城市軌道交通地下車站公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)方案對(duì)比分析

武 磊

中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 天津 300000

1 引言

對(duì)于地鐵車站公共區(qū)來說，按照空氣處理范圍的不同，可將空調(diào)系統(tǒng)分為集中式空調(diào)系統(tǒng)和分散式空調(diào)系統(tǒng)，集中式空調(diào)系統(tǒng)是對(duì)公共區(qū)全部空間范圍內(nèi)的空氣進(jìn)行處理，根據(jù)整體空間冷負(fù)荷配置空調(diào)系統(tǒng)[1]；分散式空調(diào)系統(tǒng)是對(duì)公共區(qū)局部空間范圍內(nèi)的空氣進(jìn)行處理，按照局部空間冷負(fù)荷配置空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)前，地鐵車站公共區(qū)通常采用集中式空調(diào)系統(tǒng)，通過組合空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)以及吊頂內(nèi)的風(fēng)管、風(fēng)口，進(jìn)行全范圍的通風(fēng)換氣和空調(diào)制冷。而公共區(qū)屬于室外空間與列車車廂過渡區(qū)域，乘客在公共區(qū)的停留時(shí)間比較短，主要集中在站廳中間區(qū)域和站臺(tái)候車區(qū)域，站廳兩端區(qū)域基本無乘客停留。并且站廳兩端區(qū)域與出入口通道聯(lián)通，在活塞風(fēng)的作用下，冷空氣會(huì)經(jīng)出入口通道流出到室外空間，造成能源浪費(fèi)，因此，如能根據(jù)車站公共區(qū)的人流集散情況，制定合理的空調(diào)方案，針對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行空調(diào)制冷，將會(huì)明顯降低能耗，具有顯著的節(jié)能效果。

2 地鐵車站公共區(qū)集中式空調(diào)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)方案

集中式空調(diào)系統(tǒng)由設(shè)置在兩端環(huán)控機(jī)房?jī)?nèi)的組合空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、新風(fēng)機(jī)，設(shè)置在設(shè)備區(qū)及公共區(qū)吊頂內(nèi)的送風(fēng)管和排風(fēng)管，以及設(shè)置在風(fēng)管上的電動(dòng)風(fēng)閥構(gòu)成，系統(tǒng)方案如圖1所示。

2.2 運(yùn)行模式

集中式空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)溫濕度測(cè)點(diǎn)的反饋數(shù)據(jù)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的干預(yù)下，實(shí)現(xiàn)不同工況的模式轉(zhuǎn)換。

(1) 空調(diào)季：當(dāng)室外空氣焓值大于空調(diào)系統(tǒng)回風(fēng)設(shè)計(jì)焓值時(shí)，采用最小新風(fēng)空調(diào)工況；當(dāng)室外空氣焓值小于等于空調(diào)系統(tǒng)回風(fēng)設(shè)計(jì)焓值，且室外空氣溫度大于空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫度時(shí)，采用全新風(fēng)空調(diào)工況；(2) 過渡季：當(dāng)室外空氣溫度大于5℃，且小于等于空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫度時(shí)，采用過渡季通風(fēng)工況；(3) 冬季：當(dāng)室外空氣溫度大于車站公共區(qū)室內(nèi)露點(diǎn)溫度，且小于等于5℃時(shí)，采用冬季小新風(fēng)工況。

2.3 存在問題

集中式空調(diào)系統(tǒng)存在四類問題：一是風(fēng)管阻力大、送風(fēng)距離長、冷量損失大，送風(fēng)管末端覆蓋區(qū)域的溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值；二是風(fēng)管尺寸大，綜合管線布置困難，吊頂安裝高度低；三是組合空調(diào)機(jī)組安裝于兩端環(huán)控機(jī)房?jī)?nèi)，機(jī)房面積大，影響土建規(guī)模；四是集中式空調(diào)系統(tǒng)采用全范圍的通風(fēng)換氣或者空調(diào)制冷模式，不能對(duì)人流密集區(qū)域和熱負(fù)荷較大的區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性降溫[2]。由于上述問題的存在，本文提出分散式空調(diào)系統(tǒng)，在滿足規(guī)范和運(yùn)營要求的前提下，解決公共區(qū)末端區(qū)域溫度不達(dá)標(biāo)、管線布置困難、占地面積大等問題。

3 地鐵車站公共區(qū)分散式空調(diào)系統(tǒng)

地鐵車站公共區(qū)作為過渡區(qū)域，乘客停留時(shí)間較短，研究發(fā)現(xiàn)，乘客進(jìn)站時(shí)，平均在站廳公共區(qū)停留3分鐘左右，乘客出站時(shí)，平均在站廳公共區(qū)停留1.5分鐘左右，乘客在站臺(tái)公共區(qū)的停留時(shí)間與地鐵發(fā)車間隔有關(guān)，人流集散情況存在明顯的區(qū)域性，如圖2所示，紅色區(qū)域?yàn)槿肆髅芗瘏^(qū)域，黃色區(qū)域?yàn)槿肆飨鄬?duì)密集區(qū)域，綠色區(qū)域?yàn)槿肆鬏^少區(qū)域，白色區(qū)域?yàn)槿肆鳂O少區(qū)域。經(jīng)對(duì)天津地鐵車站公共區(qū)溫度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)顯示，公共區(qū)的環(huán)境溫度與人流密集程度正相關(guān)，人流密集區(qū)域的環(huán)境溫度要高于設(shè)計(jì)溫度，人流極少區(qū)域的環(huán)境溫度要低于設(shè)計(jì)溫度。究其原因，在于集中式空調(diào)系統(tǒng)只能進(jìn)行全范圍的空調(diào)制冷，加上裝修風(fēng)格、吊頂高度和綜合管線布置等因素的限制，風(fēng)口多布置在主管道上，導(dǎo)致近設(shè)備端的風(fēng)口風(fēng)量大，遠(yuǎn)設(shè)備端的風(fēng)口風(fēng)量小，但人流密集區(qū)域主要集中在公共區(qū)中間區(qū)域，且此區(qū)域設(shè)備發(fā)熱量大，采用集中式空調(diào)系統(tǒng)的公共區(qū)會(huì)出現(xiàn)冷熱失調(diào)的問題[3]。

圖2 地鐵車站公共區(qū)人流分布圖

3.1 系統(tǒng)方案

結(jié)合集中式空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，本文提出分散式空調(diào)系統(tǒng)。分散式空調(diào)系統(tǒng)由設(shè)置在兩端環(huán)控機(jī)房?jī)?nèi)的新風(fēng)機(jī)組、排風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)，設(shè)置在站廳公共區(qū)和站臺(tái)公共區(qū)人流密集區(qū)域的島式空調(diào)，設(shè)置在設(shè)備區(qū)及公共區(qū)吊頂內(nèi)的新風(fēng)管和排風(fēng)管，以及設(shè)置在風(fēng)管上的電動(dòng)風(fēng)閥構(gòu)成，系統(tǒng)方案如圖3所示。

圖3 地鐵車站公共區(qū)分散式空調(diào)系統(tǒng)原理圖

3.2 運(yùn)行模式

分散式空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)溫濕度測(cè)點(diǎn)的反饋數(shù)據(jù)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)的干預(yù)下，實(shí)現(xiàn)不同工況的模式轉(zhuǎn)換。

(1) 空調(diào)季：采用最小新風(fēng)工況，開啟島式空調(diào)機(jī)組對(duì)人流密集區(qū)域進(jìn)行空調(diào)制冷，開啟新風(fēng)機(jī)組向公共區(qū)補(bǔ)充人員新風(fēng)。(2) 過渡季：當(dāng)室外空氣溫度大于5℃，且小于等于空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫度時(shí)，采用過渡季通風(fēng)工況，關(guān)閉島式空調(diào)機(jī)組，開啟排風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)，開啟新風(fēng)機(jī)組補(bǔ)充新風(fēng)。(3) 冬季：當(dāng)室外空氣溫度大于車站公共區(qū)室內(nèi)露點(diǎn)溫度，且小于等于5℃時(shí)，采用冬季小新風(fēng)工況，開啟新風(fēng)機(jī)組向公共區(qū)補(bǔ)充人員新風(fēng)。

3.3 方案特點(diǎn)

分散式空調(diào)系統(tǒng)可以彌補(bǔ)常規(guī)集中式空調(diào)系統(tǒng)的不足，針對(duì)公共區(qū)人流密集程度和熱負(fù)荷分布，實(shí)現(xiàn)局部范圍的定向降溫。分散式空調(diào)系統(tǒng)是將小型空氣處理機(jī)組進(jìn)行集成化處理，去掉非必要的單元，再結(jié)合地鐵車站的建筑布局和裝修風(fēng)格，將集約化處理的島式空調(diào)機(jī)組安裝在特定區(qū)域，利用島式空調(diào)機(jī)組自帶的送風(fēng)口和排風(fēng)口，實(shí)現(xiàn)局部空調(diào)制冷，節(jié)約能源。

4 兩種空調(diào)系統(tǒng)方案技術(shù)分析

4.1 系統(tǒng)方案分析

集中式空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)量和冷量根據(jù)公共區(qū)所有范圍內(nèi)的冷、濕負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，包括人員、照明、廣告燈箱、售檢票機(jī)、通信設(shè)備等產(chǎn)熱量以及人員、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等產(chǎn)濕量，送風(fēng)管和回排風(fēng)管的尺寸根據(jù)風(fēng)量及風(fēng)速確定。

分散式空調(diào)系統(tǒng)的島式空調(diào)機(jī)組冷量根據(jù)公共區(qū)中間區(qū)域的冷、濕負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，由于分散式空調(diào)系統(tǒng)針對(duì)中間區(qū)域進(jìn)行降溫，出入口通道與站廳公共區(qū)兩端區(qū)域基本無溫差，活塞風(fēng)導(dǎo)致的出入口熱滲透可以忽略不記，與集中式空調(diào)系統(tǒng)相比，島式空調(diào)機(jī)組冷量要小約20%，新風(fēng)機(jī)組的風(fēng)量根據(jù)人員所需新風(fēng)量確定，排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量按照換氣次數(shù)進(jìn)行計(jì)算，新風(fēng)管和排風(fēng)管的尺寸根據(jù)風(fēng)量及風(fēng)速確定。冷卻水系統(tǒng)、冷水機(jī)組、冷凍水系統(tǒng)的設(shè)備容量要減小15%左右，此外，島式空調(diào)機(jī)組可與票亭、樓梯下三角房等區(qū)域進(jìn)行結(jié)合布置。

4.2 初投資分析

以天津地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地下站為例，集中式空調(diào)系統(tǒng)和分散式空調(diào)系統(tǒng)的投資對(duì)比分析見表1。由此可見，包含土建投資時(shí)，分散式空調(diào)系統(tǒng)比集中式空調(diào)系統(tǒng)節(jié)省投資約410.2萬元，不包含土建投資時(shí)，節(jié)省投資約90.2萬元。

表1 集中式空調(diào)系統(tǒng)和分散式空調(diào)系統(tǒng)投資對(duì)比表

4.3 運(yùn)行能耗分析

集中式空調(diào)系統(tǒng)和分散式空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗對(duì)比分析見表2。由此可見，在不同運(yùn)行模式下，分散式空調(diào)系統(tǒng)比集中式空調(diào)系統(tǒng)的能耗下降明顯，其中，小新風(fēng)模式下，運(yùn)行能耗降低約29%，全新風(fēng)模式下，運(yùn)行能耗降低約27%，通風(fēng)模式下，運(yùn)行能耗降低約56%。

表2 集中式空調(diào)系統(tǒng)和分散式空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗對(duì)比表

5 結(jié)語

本文從地鐵車站常規(guī)集中式空調(diào)系統(tǒng)方案入手，指出空調(diào)系統(tǒng)存在的問題與不足，并針對(duì)性的提出地鐵車站公共區(qū)分散式空調(diào)系統(tǒng)，經(jīng)多方面對(duì)比分析后，得出如下結(jié)論：分散式空調(diào)系統(tǒng)可針對(duì)公共區(qū)人流密集程度和熱負(fù)荷分布，實(shí)現(xiàn)局部范圍的定向精準(zhǔn)降溫，避免能源浪費(fèi)，還可以解決機(jī)房占地面積大、系統(tǒng)輸配能耗高、綜合管線排布困難等問題，能夠有效節(jié)約土建規(guī)模和設(shè)備出投資，減少空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。