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        新建武漢站房建筑空調(diào)設(shè)計及體會

        2014-04-15 18:55:10畢慶煥
        建筑熱能通風空調(diào) 2014年3期
        關(guān)鍵詞:候車室站房節(jié)電

        畢慶煥

        中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司

        新建武漢站房建筑空調(diào)設(shè)計及體會

        畢慶煥

        中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司

        介紹了新建武漢站房空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計要點,重點介紹了站房空調(diào)的冷熱源及末端系統(tǒng)設(shè)計、空調(diào)智能節(jié)電裝置系統(tǒng)設(shè)計以及設(shè)計體會等。

        鐵路旅客站房末端設(shè)計節(jié)電設(shè)計體會

        1 工程概況

        武漢鐵路樞紐是全國鐵路四大路網(wǎng)客運中心之一,武漢站作為武漢樞紐內(nèi)的主要客站,是一個集高速鐵路、城際鐵路、市郊鐵路和地鐵、公交、長途汽車、出租車、社會車等市政交通設(shè)施為一體的大型綜合交通樞紐。

        武漢站車站建筑由客運站房、站場客運建筑(包括站臺雨棚、鐵路車場高架橋及站臺)、車站廣場幾部分組成整體。武漢站站房建筑面積112641m2,建筑總高度59.3m。

        2 站房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

        2.1 冷熱負荷計算的主要數(shù)據(jù)

        武漢站夏季空調(diào)面積87122m2,冬季采暖面積43932m2,經(jīng)動態(tài)負荷計算,站房夏季空調(diào)冷負荷為16566kW,冬季高架候車室部分(不含地面層出站廳)采暖熱負荷為6381.2kW,其通風空調(diào)系統(tǒng)各類指標見表1。

        2.2 空調(diào)冷熱源設(shè)計

        站房南北側(cè)分設(shè)動力機房,空調(diào)冷熱源為地源熱泵復合冷水機組加冷卻塔系統(tǒng),地埋管系統(tǒng)埋管數(shù)量按冬季熱負荷確定,夏季不足部分輔以水冷冷水機組加冷卻塔。站房地面層南北側(cè)分別設(shè)置動力機房,其內(nèi)分別設(shè)置離心式冷水機組各兩臺(夏季供冷主要冷源)、螺桿式地源熱泵機組各兩臺(冬季供熱熱源、夏季供冷輔助冷源)。

        在站房地面層南北區(qū)停車場地面下設(shè)置了垂直埋管,共1517孔,鉆孔深度104m,鉆孔直徑170mm,孔內(nèi)設(shè)De32雙U換熱管,管內(nèi)采用膨潤土加黃沙二次回填。由于埋管場地面積大,水平埋管長度不一,為保證每個管井流量一致,設(shè)計采用了分區(qū)流量控制。地埋管共設(shè)66個區(qū),每個分區(qū)內(nèi)井數(shù)20~25個,采用同程式連接以保證每井流量一致。各分區(qū)間采用異程式連接并在集水器上采用了外設(shè)定式流量平衡閥來保證分區(qū)流量。

        2.3 空調(diào)末端系統(tǒng)設(shè)計

        站房的候車室、出站廳等公共空間設(shè)全空氣送風系統(tǒng),其中高架候車室在25.0m夾層設(shè)4座空調(diào)末端機房,內(nèi)設(shè)熱回收組合式空調(diào)機組,另外根據(jù)建筑平面布置了吊頂空調(diào)機組44臺、立式空調(diào)機組4臺,夏季制冷,冬季供熱;0.00m層出站廳在地下-8.40m管廊層設(shè)8座空調(diào)末端機房,內(nèi)設(shè)熱回收組合式空調(diào)機組,夏季制冷,冬季不供熱。站房附屬辦公用房為水-空氣系統(tǒng),采用風機盤管+全熱新風換氣機。

        武漢站主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu),根據(jù)鐵路站房旅客區(qū)域空間吊頂盡可能高的要求,在18.80m層高架層及25.0m夾層樓板下裝修吊頂基本貼近結(jié)構(gòu)梁底部,為暖通專業(yè)通風空調(diào)風管布置帶來很大困難。在設(shè)計過程中,本專業(yè)與結(jié)構(gòu)及建筑專業(yè)密切配合,在結(jié)構(gòu)梁上預留好空調(diào)通風管道的孔洞(圖1),實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)空間的最優(yōu)化利用。

        高架候車室為開敞大空間,空調(diào)送風采用在側(cè)壁設(shè)噴口側(cè)送風,噴口設(shè)計射程25m,通過調(diào)節(jié)噴口的出風角度達到設(shè)計要求,大空間空調(diào)氣流組織為側(cè)送側(cè)回。為解決受結(jié)構(gòu)梁預留孔洞不足導致送風量不足的限制,同時為改善候車室外側(cè)玻璃幕墻的窗際熱環(huán)境,在靠近候車室噴口對側(cè)的外側(cè)玻璃幕墻下地面處設(shè)置了地板送風口輔助送風。

        空調(diào)末端系統(tǒng)因地制宜地采用集中與分散結(jié)合設(shè)計的方式,既滿足空調(diào)系統(tǒng)運行的靈活性,也減少了空調(diào)機房占地面積,將盡量多站房面積留給旅客。

        2.4 空調(diào)節(jié)電裝置設(shè)計

        在鐵路站房建筑空調(diào)冷負荷構(gòu)成中,占冷負荷大頭的室內(nèi)熱源負荷及新風負荷主要是由室內(nèi)人員數(shù)決定,而客運建筑室內(nèi)客流量隨不同季節(jié)、不同時段變化較大,因此車站建筑空調(diào)負荷也是在一個比較寬廣的范圍內(nèi)波動,其空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能潛力很大。

        建筑能耗約占我國總能耗的30%,而空調(diào)占建筑能耗的60%~70%[1],其中風機水泵的能耗又占空調(diào)能耗的約60%左右,因此風機、水泵的變流量節(jié)電運行更有現(xiàn)實意義。

        2.4.1 風系統(tǒng)智能節(jié)電裝置設(shè)計

        末端空調(diào)機房的組合式空調(diào)機組配套風系統(tǒng)智能節(jié)電裝置,智能節(jié)電裝置整合了組合式空調(diào)機、新風機、回風機、動態(tài)流量平衡調(diào)節(jié)閥、新風閥、回風閥、送風閥的控制。智能節(jié)電裝置通過靈活方便的人工智能界面,根據(jù)檢測到的回風、出風溫度的變化,與系統(tǒng)設(shè)定值進行比較,對空調(diào)器風機實行動態(tài)變頻調(diào)速以調(diào)節(jié)空調(diào)風機系統(tǒng)送風量,可有效降低空調(diào)風機耗電量。

        該控制系統(tǒng)對空調(diào)箱風機的新風/排風/回風風門的控制采用回風CO2濃度控制,根據(jù)回風中CO2濃度的變化自動調(diào)節(jié)新風排風/回風風門的開度,以調(diào)節(jié)新風、回風量的混合比例,從而調(diào)節(jié)新風量,使CO2濃度值穩(wěn)定在設(shè)定值,在滿足空調(diào)舒適度對空氣質(zhì)量的要求的同時,最大限度地減少人員新風量,可有效地降低空調(diào)系統(tǒng)新風負荷。

        2.4.2 水系統(tǒng)智能節(jié)能控制設(shè)計

        武漢站空調(diào)系統(tǒng)容量大,站房冷凍水供水采用二次泵變流量系統(tǒng),即機房內(nèi)一次泵采用定流量系統(tǒng),二次泵根據(jù)負荷變化采用變流量系統(tǒng)。為保證系統(tǒng)的正常流量調(diào)節(jié)和節(jié)能運行,二次泵設(shè)置了具有軟啟動、變頻控制等功能的變流量智能節(jié)電裝置。

        變流量智能節(jié)電裝置對冷凍水系統(tǒng)采用最佳輸出能量控制。當環(huán)境溫度、空調(diào)末端負荷發(fā)生變化時,各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量亦隨之變化,控制系統(tǒng)將檢測到的這些參數(shù)送至計算機,計算機依據(jù)所采集的實時數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù),實時計算出末端空調(diào)負荷所需的制冷量,以及各路冷凍水供回水溫度、溫差、壓差和流量的最佳值,并以此調(diào)節(jié)各變頻器輸出頻率,控制冷凍水泵的轉(zhuǎn)速,改變其流量使冷凍水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、壓差和流量運行在控制器給出的最優(yōu)值。由于冷凍水系統(tǒng)采用了輸出能量的動態(tài)控制,實現(xiàn)空調(diào)主機冷媒流量跟隨末端負荷的需求供應,使空調(diào)系統(tǒng)在各種負荷情況下,都能既保證末端用戶的舒適性,又最大限度地節(jié)省了系統(tǒng)的能量消耗。

        3 設(shè)計體會

        武漢站房投入使用后,經(jīng)過運行實踐,有以下幾點經(jīng)驗教訓供大家參考:

        1)站房機電設(shè)備及管線的布置和維護

        鐵路站房配套的設(shè)備專業(yè)共涉及到空調(diào)通風、給排水、電力、通信、信號、信息、接觸網(wǎng)等多個專業(yè),眾多設(shè)備及管線的綜合布置及維護殊為不易。特別是特大型高架站房的主體候車空間架空于鐵路車場正上方,其自身結(jié)構(gòu)體系和設(shè)備系統(tǒng)相對復雜,加之股道上列車的不間斷運行,站房高架層的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線的維護、檢修、更換等受到天窗時段的限制,處理不好會對車站的正常運營帶來不便,甚至會對列車運行帶來安全隱患。

        鑒于此,設(shè)計人員必須充分熟悉鐵路系統(tǒng)尤其是高速鐵路客運專線系統(tǒng)運營的特點及要求,樹立極強的安全意識,將安全措施始終貫穿于設(shè)計過程之中并逐一落實。注重客站在運營期間的維護保養(yǎng)、維修、設(shè)備更換等要求,并采取相應的綜合技術(shù)措施。首先各類管線盡量避免跨越車場上空,以免對列車運行造成影響;其次各類設(shè)備及管線均應充分考慮日常運營維護的空間和條件,同時增加各管線的耐久性、可靠性,保障維護人員的安全等也是在設(shè)計中需要重點考慮的因素。

        2)站房高大空間冬季制熱問題

        武漢站房投入使用后,夏季空調(diào)制冷效果較好,但經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查反映高架候車室冬季制熱效果不佳。鐵路站房候車室空間高大,一般具有空間高大、通透性要求高和各種空間的連通性強等特點。鐵路站房大門經(jīng)常開啟甚至無法關(guān)閉是又一個非常重要的使用特點,各車次間隔時間短、人員進出站持續(xù)時間長,尤其是兩側(cè)正對門同時開啟,侵入負荷大,甚至可能形成過堂風;候車廳到站臺的檢票門的使用特點決定了無法設(shè)置門斗,即使設(shè)置了門斗也無法起到作用,因此滲透風對室內(nèi)熱負荷的影響就更為突出。

        同時武漢站房冬季制熱熱源利用地源熱泵機組制備熱水,和夏季空調(diào)系統(tǒng)共用末端及送風系統(tǒng)。受到建筑條件的制約,高架候車室的回風口設(shè)于25.00m標高夾層的空調(diào)機房,導致冬季熱風送不下來。

        從夏熱冬冷地區(qū)若干站房的工程實踐來看,站房候車廳的高大空間冬季制熱利用空調(diào)風系統(tǒng)送熱風效果均不太理想,而采用地板輻射采暖的站房冬季熱舒適性較好,因此對于站房高大空間冬季制熱推薦采用地板輻射采暖系統(tǒng)。

        3)設(shè)計理想與運營現(xiàn)實的差距

        在工程實踐中,設(shè)計師往往有比較好的想法,也能夠在具體工程項目中付諸實施,但是受限于目前運營管理水平的制約或者設(shè)計措施的不完善,這些好的想法往往不一定能達到預期的目的,甚至于有些還帶來負面的效果。比如說,武漢站房為了改善候車室外側(cè)玻璃幕墻的窗際熱環(huán)境,在靠外側(cè)幕墻地面設(shè)置了一排地面送風的地板風口,在實際運行中,這些地板風口積灰堵塞嚴重,甚至有旅客倒進去的茶葉渣等,送風效果不理想;而在一些站房的設(shè)計項目中,全空氣送風系統(tǒng)的組合式空調(diào)機組考慮了過渡季節(jié)全新風節(jié)能運行的措施,新風管徑按全新風風量口徑設(shè)置,但是在控制上又沒有專門針對性的措施,新風管道上設(shè)置的亦不是帶比例積分調(diào)節(jié)功能的風閥,而是手動風閥或者只具有開關(guān)功能的電動風閥,在實際運行過程中,過渡季節(jié)車站從節(jié)約運營電費考慮,一般很少開空調(diào)機組通風(因此全新風設(shè)置顯得沒有意義),而空調(diào)工況下,由于車站缺乏專業(yè)的空調(diào)專業(yè)人才來管理維護,往往是組合式空調(diào)機組的新風閥全開,新風量顯著加大甚至比回風量大的多,造成新風負荷遠超過設(shè)計新風負荷,不僅達不到節(jié)能的目的反而造成能源浪費。因此,設(shè)計宜從實際運行管理水平出發(fā),因地制宜選擇空調(diào)技術(shù)措施顯得更為可靠;同時各空調(diào)使用單位,應配置專業(yè)的空調(diào)運營管理人員,提高空調(diào)系統(tǒng)運營管理水平,對降低空調(diào)系統(tǒng)電力能耗有非?,F(xiàn)實的意義。

        [1]馬艷,孫文哲.中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方法.建筑節(jié)能,2011,(5): 33-35

        De s ign o f Cen tra l A ir c on d ition ing Sys tem o f W uhan Ra ilw a y Sta tion

        BIQing-huan
        China Railway Siyuan Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.

        The design points of centralair conditioning system ofWuhan Railway Station are analyzed,especially the design ofheating/cooling resource,the term inals,and the intelligentenergy saving system forHVAC.

        railway station,term inaldesign,energy saving

        1003-0344(2014)03-079-4

        2013-5-25

        畢慶煥(1972~),男,本科,高工;武漢市武昌區(qū)楊園和平大道745號鐵四院建筑院暖通所(430063);E-mail:496993169@qq.com

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