一種鐵路旅客站房衛生間通風空調系統研究

摘 要：針對旅客衛生間空氣質量普遍較差的問題，進一步研究旅客站房衛生間的氣流組織情況，建立了一種鐵路旅客站房衛生間通風空調系統的數學模型，并運用CFD數值模擬的方法對該系統下衛生間的氣流組織進行模擬分析。結果表明，該旅客站房衛生間通風空調系統通風換氣次數均勻、氣流順暢、無換氣死角，溫度分布滿足設定要求，人員停留區域處無吹風感，是一種合理的衛生間通風空調系統形式，對旅客站房衛生間通風空調系統的設計具有一定的參考價值。

關鍵詞：旅客站房；數值模擬；衛生間；氣流組織

中圖分類號：TU831.3" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）06-0063-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.06.017

0" " 引言

鐵路旅客站房是城市重要的交通樞紐之一。近兩年，通過高鐵出行的旅客越來越多，而站房的旅客衛生間的空氣質量關乎旅客的出行體驗，因而越來越受到關注。站房的旅客衛生間有著人員總數高、流動性大、使用頻率高、使用時間長等特點。現階段，旅客站房衛生間存在著風口布置稀疏、不合理，排風系統效率不足，機械動力設置不合理，內部管理無序等問題[1]。

站房旅客衛生間內的氣流組織直接影響到空氣質量，而當前對于站房衛生間氣流組織的研究較少。為優化站房衛生間氣流組織，改善空氣品質，本文以某大型鐵路站房旅客衛生間為例，基于一種衛生間通風空調系統，采用CFD數值模擬的方法，對該系統下衛生間的氣流組織進行分析，為站房旅客衛生間的通風空調系統設計提供了新思路。

1" " 旅客衛生間通風空調系統設計

1.1" " 設計參數

（1）潔具排風量：衛生器具的排風量如表1所示。

（2）衛生間換氣次數：換氣次數如表2所示。

（3）衛生間設計參數：衛生間夏季室內設計參數為26 ℃，冬季室內設計參數為16 ℃。

1.2" " 通風空調設計

衛生間平面圖如圖1所示。

1.2.1" " 排風系統設計

衛生間設置上排風+下排風，上排風及下排風風口設置情況如圖2及圖3所示。

衛生間大便器、小便器設置下排風口。單個大便器下排風口排風量為250 m3/h，排風口大小250 mm×250 mm，單個小便器下排風口排風量為125 m3/h，排風口大小250 mm×250 mm。

衛生間內側設置4個上排風口，單個上排風口風量如圖2所示。女衛上排風口大小為1 600 mm×200 mm，男衛小便區排風口大小為1 600 mm×200 mm，大便區排風口大小為1 000 mm×200 mm。

女衛上排風風量4 500 m3/h，下排風風量5 500 m3/h，單個大便器下排風口風量250 m3/h，總計算排風量10 000 m3/h，設計排風量11 000 m3/h，上排風、下排風同時開啟時，換氣次數達25次/h。

男衛上排風風量5 500 m3/h，下排風風量5 500 m3/h，單個大便器下排風口風量250 m3/h，單個小便器下排風口風量125 m3/h，總計算排風量9 900 m3/h，設計排風量11 000 m3/h，上、下排風同時開啟排風，換氣次數達21次/h。

男衛、女衛換氣次數高于Q/CR-SHT 0054—2021《鐵路客站公共衛生區改造設計與實施規范》中第6.4.4條“換氣次數15～20次”的要求，同時大便器和小便器的排風量滿足Q/CR-SHT 0054—2021《鐵路客站公共衛生區改造設計與實施規范》中第6.4.5條“大便器排風量160 m3/h”及“小便器排風量80 m3/h”的要求。

1.2.2" " 空調系統設計

空調系統采用頂送風，每兩個坑位設置一個頂送風口。頂送風口大小為800 mm×200 mm，送風溫度為16 ℃。空調系統采用頂回風，回風口與排風系統排風口交叉布置于衛生間內側。回風口大小為1 600 mm×200 mm。單個送風口及回風口風量如圖4所示。

2" " 衛生間模型的搭建

2.1" " CFD模型的建立

本文僅模擬夏季工況下衛生間的氣流組織。

利用計算流體動力學（CFD）軟件建立圖1所示衛生間的全尺寸三維物理模型，并定義X、Y、Z方向分別為衛生間的長度、寬度和高度方向，三個方向的最大尺寸分別為20.1、14.6、3.4 m，如圖5所示。

其中，衛生間上排風口、下排風口，空調回風口、送風口等風口位置和尺寸及參數均以1.2節通風空調系統設計為準。衛生間不設機械補風系統，在負壓作用下，通過門洞從候車室內自然補風，候車室夏季室內設計參數為27 ℃。

采用三維計算模型，湍流模型及輻射模型分別選用標準k-ε模型及DO輻射模型，固體壁面采用無滑移邊界條件，近壁處采用壁面函數法近似模擬流動邊界層。

2.2" " 網格劃分及室內熱擾設置

數值計算的基本原理是將連續的空間進行離散，以離散節點為基礎，采用數值迭代思想計算各個節點的數值，以整個區域各個節點的數值為基礎，近似地構成連續的區域。一般而言，網格劃分越精密，越接近實際情況。采用六面體網格，在滿足計算精度要求的前提下，對壁面、噴口等區域進行網格加密，其他區域采用尺寸較大的網格。

對于夏季空調時段，需設定衛生間內顯熱得熱，從而基于風壓和熱壓計算氣流組織。衛生間熱擾主要由人員和燈光兩部分構成，其中人員熱擾設置為30 W/m2，燈光熱擾設置為10 W/m2。

3" " 模擬結果分析

3.1" " 速度場模擬分析

根據人在衛生間蹲下和站立的高度，水平方向分別截取了Y=0.4、1.6、2.5 m三個高度的速度場平面，分析氣流組織，如圖6～8所示。

從各氣流速度矢量圖中可以看出，不同高度上的氣流速度場分布規律相類似，均表現為：氣流由候車廳經衛生間入口進入衛生間，在男、女衛生間門洞處形成較大速度的渦流分布，最大風速達到1.2 m/s，隨后氣流在衛生間排風系統的作用下經上、下排風口排出；蹲便器區及小便器區的氣流速度在0.2 m/s以內，無吹風感；下排風口附近區域速度在0.3～0.5 m/s，可有效排出該區域的污濁空氣；除男、女衛生間走道部分區域的氣流速度達到0.4～0.7 m/s之外，衛生間其他區域速度均維持在0.3 m/s以內。通過對衛生間多區域、多標高、多斷面的氣流速度分析可知，該衛生間通風換氣較均勻、氣流順暢、無換氣死角。

3.2" " 溫度場模擬分析

根據人在衛生間蹲下和站立的高度，水平方向分別截取了Y=0.4、1.6、2.5 m三個高度的溫度場平面，分析氣流組織，如圖9～11所示。

從各溫度云圖中可以看出，不同高度上的氣流溫度場垂直溫差較小，分布規律相類似，均表現為：在衛生間通道區域溫度基本上維持在26 ℃左右，蹲便器、小便器及盥洗區域溫度為24 ℃左右。其中男衛生間小便區局部區域溫度在22 ℃左右，送風溫度偏低，可以通過減小送風風口風速來解決。

4" " 結論

本文以某大型旅客站房衛生間為例，運用CFD對衛生間通風空調系統進行氣流組織模擬，可以得出以下風口布置原則：

1）上排風口：盡量設置在遠離盥洗門洞的內區“最深處”，以擴大通風換氣區域。

2）下排風口：按潔具布置，每個大便器、小便器均設置1個下排風口，就近排風。

3）空調送、回風口：按潔具布置空調送風口，每個大便器、小便器均設置1個空調送風口，按蹲位、站位實施“崗位”送風；空調回風口設置在遠離盥洗門洞的內區“最深處”或盥洗區氣流“渦流”區，通過回風組織氣流流向，避免局部氣流“死角”。

文中研究的衛生間通風空調系統通風換氣次數均勻、氣流順暢、無換氣死角，溫度分布滿足設定要求，男衛及女衛小便器及大便器處無吹風感，對旅客站房衛生間通風空調系統的設計具有一定的參考價值。

[參考文獻]

[1] 賴邢劍，李曉鵬.既有高鐵站衛生間新排風系統的問題探討[J].建材與裝飾，2020（13）：284.

收稿日期：2023-11-21

作者簡介：周翔（1991—），男，湖北人，工程師，研究方向：暖通空調。