畢慶煥

中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

新建武漢站房建筑空調(diào)設(shè)計(jì)及體會(huì)

畢慶煥

中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

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

鐵路旅客站房末端設(shè)計(jì)節(jié)電設(shè)計(jì)體會(huì)

1 工程概況

武漢鐵路樞紐是全國(guó)鐵路四大路網(wǎng)客運(yùn)中心之一，武漢站作為武漢樞紐內(nèi)的主要客站，是一個(gè)集高速鐵路、城際鐵路、市郊鐵路和地鐵、公交、長(zhǎng)途汽車、出租車、社會(huì)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(yùn)站房、站場(chǎng)客運(yùn)建筑（包括站臺(tái)雨棚、鐵路車場(chǎng)高架橋及站臺(tái)）、車站廣場(chǎng)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(jì)

2.1 冷熱負(fù)荷計(jì)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(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算，站房夏季空調(diào)冷負(fù)荷為16566kW，冬季高架候車室部分（不含地面層出站廳）采暖熱負(fù)荷為6381.2kW，其通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各類指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2 空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)

站房南北側(cè)分設(shè)動(dòng)力機(jī)房，空調(diào)冷熱源為地源熱泵復(fù)合冷水機(jī)組加冷卻塔系統(tǒng)，地埋管系統(tǒng)埋管數(shù)量按冬季熱負(fù)荷確定，夏季不足部分輔以水冷冷水機(jī)組加冷卻塔。站房地面層南北側(cè)分別設(shè)置動(dòng)力機(jī)房，其內(nèi)分別設(shè)置離心式冷水機(jī)組各兩臺(tái)（夏季供冷主要冷源）、螺桿式地源熱泵機(jī)組各兩臺(tái)（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(chǎng)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(rùn)土加黃沙二次回填。由于埋管場(chǎng)地面積大，水平埋管長(zhǎng)度不一，為保證每個(gè)管井流量一致，設(shè)計(jì)采用了分區(qū)流量控制。地埋管共設(shè)66個(gè)區(qū)，每個(gè)分區(qū)內(nèi)井?dāng)?shù)20～25個(gè)，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(lái)保證分區(qū)流量。

2.3 空調(diào)末端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

站房的候車室、出站廳等公共空間設(shè)全空氣送風(fēng)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(jī)房，內(nèi)設(shè)熱回收組合式空調(diào)機(jī)組，另外根據(jù)建筑平面布置了吊頂空調(diào)機(jī)組44臺(tái)、立式空調(diào)機(jī)組4臺(tái)，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(jī)房，內(nèi)設(shè)熱回收組合式空調(diào)機(jī)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(fēng)機(jī)盤管+全熱新風(fēng)換氣機(jī)。

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(fēng)空調(diào)風(fēng)管布置帶來(lái)很大困難。在設(shè)計(jì)過(guò)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(yù)留好空調(diào)通風(fēng)管道的孔洞（圖1），實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)空間的最優(yōu)化利用。

高架候車室為開(kāi)敞大空間，空調(diào)送風(fēng)采用在側(cè)壁設(shè)噴口側(cè)送風(fēng)，噴口設(shè)計(jì)射程25m，通過(guò)調(diào)節(jié)噴口的出風(fēng)角度達(dá)到設(shè)計(jì)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(yù)留孔洞不足導(dǎo)致送風(fēng)量不足的限制，同時(shí)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(duì)側(cè)的外側(cè)玻璃幕墻下地面處設(shè)置了地板送風(fēng)口輔助送風(fēng)。

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(jì)的方式，既滿足空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性，也減少了空調(diào)機(jī)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(jì)

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

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

2.4.1 風(fēng)系統(tǒng)智能節(jié)電裝置設(shè)計(jì)

末端空調(diào)機(jī)房的組合式空調(diào)機(jī)組配套風(fēng)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(jī)、新風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)、動(dòng)態(tài)流量平衡調(diào)節(jié)閥、新風(fēng)閥、回風(fēng)閥、送風(fēng)閥的控制。智能節(jié)電裝置通過(guò)靈活方便的人工智能界面，根據(jù)檢測(cè)到的回風(fēng)、出風(fēng)溫度的變化，與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較，對(duì)空調(diào)器風(fēng)機(jī)實(shí)行動(dòng)態(tài)變頻調(diào)速以調(diào)節(jié)空調(diào)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)送風(fēng)量，可有效降低空調(diào)風(fēng)機(jī)耗電量。

該控制系統(tǒng)對(duì)空調(diào)箱風(fēng)機(jī)的新風(fēng)/排風(fēng)/回風(fēng)風(fēng)門的控制采用回風(fēng)CO2濃度控制，根據(jù)回風(fēng)中CO2濃度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)新風(fēng)排風(fēng)/回風(fēng)風(fēng)門的開(kāi)度，以調(diào)節(jié)新風(fēng)、回風(fēng)量的混合比例，從而調(diào)節(jié)新風(fēng)量，使CO2濃度值穩(wěn)定在設(shè)定值，在滿足空調(diào)舒適度對(duì)空氣質(zhì)量的要求的同時(shí)，最大限度地減少人員新風(fēng)量，可有效地降低空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)負(fù)荷。

2.4.2 水系統(tǒng)智能節(jié)能控制設(shè)計(jì)

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(jī)房?jī)?nèi)一次泵采用定流量系統(tǒng)，二次泵根據(jù)負(fù)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(yùn)行，二次泵設(shè)置了具有軟啟動(dòng)、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(duì)冷凍水系統(tǒng)采用最佳輸出能量控制。當(dāng)環(huán)境溫度、空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，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(cè)到的這些參數(shù)送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)依據(jù)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算出末端空調(diào)負(fù)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(yùn)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(dòng)態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)空調(diào)主機(jī)冷媒流量跟隨末端負(fù)荷的需求供應(yīng)，使空調(diào)系統(tǒng)在各種負(fù)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(jì)體會(huì)

武漢站房投入使用后，經(jīng)過(guò)運(yùn)行實(shí)踐，有以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)供大家參考：

1）站房機(jī)電設(shè)備及管線的布置和維護(hù)

鐵路站房配套的設(shè)備專業(yè)共涉及到空調(diào)通風(fēng)、給排水、電力、通信、信號(hào)、信息、接觸網(wǎng)等多個(gè)專業(yè)，眾多設(shè)備及管線的綜合布置及維護(hù)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(chǎng)正上方，其自身結(jié)構(gòu)體系和設(shè)備系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，加之股道上列車的不間斷運(yùn)行，站房高架層的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線的維護(hù)、檢修、更換等受到天窗時(shí)段的限制，處理不好會(huì)對(duì)車站的正常運(yùn)營(yíng)帶來(lái)不便，甚至?xí)?duì)列車運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。

鑒于此，設(shè)計(jì)人員必須充分熟悉鐵路系統(tǒng)尤其是高速鐵路客運(yùn)專線系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)及要求，樹(shù)立極強(qiáng)的安全意識(shí)，將安全措施始終貫穿于設(shè)計(jì)過(guò)程之中并逐一落實(shí)。注重客站在運(yùn)營(yíng)期間的維護(hù)保養(yǎng)、維修、設(shè)備更換等要求，并采取相應(yīng)的綜合技術(shù)措施。首先各類管線盡量避免跨越車場(chǎng)上空，以免對(duì)列車運(yùn)行造成影響；其次各類設(shè)備及管線均應(yīng)充分考慮日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)的空間和條件，同時(shí)增加各管線的耐久性、可靠性，保障維護(hù)人員的安全等也是在設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的因素。

2）站房高大空間冬季制熱問(wèn)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(chǎng)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(qiáng)等特點(diǎn)。鐵路站房大門經(jīng)常開(kāi)啟甚至無(wú)法關(guān)閉是又一個(gè)非常重要的使用特點(diǎn),各車次間隔時(shí)間短、人員進(jìn)出站持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),尤其是兩側(cè)正對(duì)門同時(shí)開(kāi)啟,侵入負(fù)荷大,甚至可能形成過(guò)堂風(fēng)；候車廳到站臺(tái)的檢票門的使用特點(diǎn)決定了無(wú)法設(shè)置門斗,即使設(shè)置了門斗也無(wú)法起到作用,因此滲透風(fēng)對(duì)室內(nèi)熱負(fù)荷的影響就更為突出。

同時(shí)武漢站房冬季制熱熱源利用地源熱泵機(jī)組制備熱水，和夏季空調(diào)系統(tǒng)共用末端及送風(fēng)系統(tǒng)。受到建筑條件的制約，高架候車室的回風(fēng)口設(shè)于25.00m標(biāo)高夾層的空調(diào)機(jī)房，導(dǎo)致冬季熱風(fēng)送不下來(lái)。

從夏熱冬冷地區(qū)若干站房的工程實(shí)踐來(lái)看，站房候車廳的高大空間冬季制熱利用空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)送熱風(fēng)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(duì)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(jì)理想與運(yùn)營(yíng)現(xiàn)實(shí)的差距

在工程實(shí)踐中，設(shè)計(jì)師往往有比較好的想法，也能夠在具體工程項(xiàng)目中付諸實(shí)施，但是受限于目前運(yùn)營(yíng)管理水平的制約或者設(shè)計(jì)措施的不完善，這些好的想法往往不一定能達(dá)到預(yù)期的目的，甚至于有些還帶來(lái)負(fù)面的效果。比如說(shuō)，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(fēng)的地板風(fēng)口，在實(shí)際運(yùn)行中，這些地板風(fēng)口積灰堵塞嚴(yán)重，甚至有旅客倒進(jìn)去的茶葉渣等，送風(fēng)效果不理想；而在一些站房的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，全空氣送風(fēng)系統(tǒng)的組合式空調(diào)機(jī)組考慮了過(guò)渡季節(jié)全新風(fēng)節(jié)能運(yùn)行的措施，新風(fēng)管徑按全新風(fēng)風(fēng)量口徑設(shè)置，但是在控制上又沒(méi)有專門針對(duì)性的措施，新風(fēng)管道上設(shè)置的亦不是帶比例積分調(diào)節(jié)功能的風(fēng)閥，而是手動(dòng)風(fēng)閥或者只具有開(kāi)關(guān)功能的電動(dòng)風(fēng)閥，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，過(guò)渡季節(jié)車站從節(jié)約運(yùn)營(yíng)電費(fèi)考慮，一般很少開(kāi)空調(diào)機(jī)組通風(fēng)（因此全新風(fēng)設(shè)置顯得沒(méi)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(lái)管理維護(hù)，往往是組合式空調(diào)機(jī)組的新風(fēng)閥全開(kāi)，新風(fēng)量顯著加大甚至比回風(fēng)量大的多，造成新風(fēng)負(fù)荷遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)新風(fēng)負(fù)荷，不僅達(dá)不到節(jié)能的目的反而造成能源浪費(fèi)。因此，設(shè)計(jì)宜從實(shí)際運(yùn)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(shí)各空調(diào)使用單位，應(yīng)配置專業(yè)的空調(diào)運(yùn)營(yíng)管理人員，提高空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理水平，對(duì)降低空調(diào)系統(tǒng)電力能耗有非?，F(xiàn)實(shí)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

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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(hào)鐵四院建筑院暖通所（430063）；E-mail:496993169@qq.com