■ 楊寧

地下車站公共區(qū)空氣處理過(guò)程的確定

■ 楊寧

近年來(lái)全國(guó)地鐵建設(shè)蓬勃發(fā)展，但地鐵暖通空調(diào)設(shè)計(jì)并沒(méi)有形成完整的計(jì)算體系，造成地鐵暖通設(shè)計(jì)水平參差不齊的粗放型現(xiàn)狀。地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)與一般民用建筑的空調(diào)系統(tǒng)有所不同，其空氣處理過(guò)程及室內(nèi)參數(shù)的確定也有其自身特點(diǎn)。以深圳地鐵11號(hào)線碧海站為例，對(duì)空氣處理過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)梳理，論述地下車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)空氣處理過(guò)程的確定方法；采用循環(huán)迭代的方式確定空氣狀態(tài)參數(shù)、風(fēng)量計(jì)算及確定空調(diào)的風(fēng)量及冷量。

深圳地鐵；地下車站；公共區(qū)；冷負(fù)荷；空氣處理；焓濕圖；送風(fēng)溫差；風(fēng)機(jī)溫升；管道溫升

碧海站是深圳地鐵11號(hào)線的第8座車站，為地下標(biāo)準(zhǔn)島式車站。車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用屏蔽門制式，站廳層設(shè)計(jì)溫度為30 ℃，站臺(tái)層設(shè)計(jì)溫度為28 ℃，相對(duì)濕度40%～70%。

1 車站公共區(qū)冷負(fù)荷計(jì)算

在確定空氣處理過(guò)程前，首先進(jìn)行車站公共區(qū)冷負(fù)荷計(jì)算，確定站廳、站臺(tái)層冷負(fù)荷、濕負(fù)荷，熱濕比等。

地下車站的負(fù)荷不受外界環(huán)境的影響，不需要考慮建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)負(fù)荷的影響，其主要來(lái)源于車站的人員、設(shè)備、車站與隧道區(qū)間的熱交換、車站與出入口之間的熱交換等。關(guān)于冷負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容在參考文獻(xiàn)[1]中詳細(xì)論述，不再贅述。

2 確定空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量

2.1 送風(fēng)溫差

根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]7．4．10規(guī)定：舒適性空調(diào)送風(fēng)溫差不宜大于10 ℃（送風(fēng)口高度不大于5 m時(shí)），所以計(jì)算將送風(fēng)溫差設(shè)定為10 ℃。

設(shè)定廳臺(tái)混合狀態(tài)點(diǎn)為29 ℃，送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)為19 ℃，對(duì)于站廳層送風(fēng)溫差為11 ℃，站臺(tái)層送風(fēng)溫差為9 ℃。

2.2 送風(fēng)量

首先根據(jù)負(fù)荷計(jì)算及相關(guān)規(guī)范確定以下風(fēng)量：G1——送風(fēng)量，m3/s；

G2——自然進(jìn)風(fēng)風(fēng)量，m3/s；G3——回風(fēng)風(fēng)量，m3/s；

G4——屏蔽門漏風(fēng)量，m3/s；G5——空調(diào)新風(fēng)量，m3/s。

2.2.1 送風(fēng)量G1

利用顯冷負(fù)荷及送風(fēng)溫差，分別計(jì)算站廳及站臺(tái)層送風(fēng)量：

式中：Q顯為顯冷負(fù)荷，kW；Δt為送風(fēng)溫差 ，℃。

2.2.2 空調(diào)新風(fēng)量G5

確定空調(diào)新風(fēng)量需要考慮3個(gè)因素。

（1）滿足人員要求[3]：公共區(qū)空調(diào)季小新風(fēng)量運(yùn)行時(shí)，新風(fēng)量每位乘客按≥20 m3/h計(jì)算；非空調(diào)季新風(fēng)量每位乘客按≥30 m3/h計(jì)算，且換氣次數(shù)≥5次/h。

（2）空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量不小于總風(fēng)量10%[4]。

（3）屏蔽門漏風(fēng)量。

一般新風(fēng)量計(jì)算有2種，即在以上3者取最大值計(jì)算，或以（1）（2）項(xiàng)中取兩者最大值計(jì)算。

由于屏蔽門漏風(fēng)量隨著行車間隔呈脈沖性變化，在其開啟期間達(dá)到峰值，關(guān)閉后，漏風(fēng)量趨近于零。新風(fēng)機(jī)的風(fēng)量是穩(wěn)定的，無(wú)法隨著這種波動(dòng)而變化，所以車站內(nèi)的壓力變化無(wú)法避免。因此，建議新風(fēng)量按照（1）（2）項(xiàng)中取兩者最大值計(jì)算，而與屏蔽門漏風(fēng)量的差值按照由出入口車站自然進(jìn)風(fēng)考慮，并將這部分負(fù)荷計(jì)入車站。

2.2.3 回風(fēng)風(fēng)量G3

回風(fēng)風(fēng)量=送風(fēng)量G1-空調(diào)新風(fēng)量G5。

2.2.4 屏蔽門漏風(fēng)量G4

屏蔽門漏風(fēng)量，一般可取7．5～10．0 m3/s[1]。

2.2.5 自然進(jìn)風(fēng)風(fēng)量G2

自然進(jìn)風(fēng)風(fēng)量G2=屏蔽門漏風(fēng)量G4-空調(diào)新風(fēng)量G5。

3 空氣處理過(guò)程及處理狀態(tài)參數(shù)

3.1 繪制焓濕圖

根據(jù)車站空氣處理過(guò)程，繪制焓濕圖（見圖1）。由于參數(shù)尚未確定，此時(shí)是根據(jù)已知的空氣狀態(tài)點(diǎn)溫度及熱濕比繪制的示意圖，室內(nèi)空氣狀態(tài)點(diǎn)濕度控制在40%～70%。

圖1 焓濕圖

站廳站臺(tái)回風(fēng)N經(jīng)風(fēng)機(jī)及管道溫升達(dá)N'，與新風(fēng)在H點(diǎn)混合后，經(jīng)表冷器進(jìn)行降溫減濕處理至狀態(tài)點(diǎn)S'，經(jīng)風(fēng)機(jī)及管道溫升達(dá)到S，并由管道送至站廳及站臺(tái)，送至站廳及站臺(tái)的空氣分別吸收余熱余濕，并沿?zé)釢癖染€ε1、ε2到達(dá)站廳及站臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)N1、N2，站廳空氣N1與站臺(tái)空氣N2混合后達(dá)到回風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)N。空氣處理過(guò)程狀態(tài)點(diǎn)見表1，碧海站空氣處理過(guò)程見表2。

3.2 空氣處理過(guò)程的確定和校核

采用循環(huán)迭代的方式，確定送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)，設(shè)定其相對(duì)濕度，由此計(jì)算出其他狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)；判別站廳和站臺(tái)的相對(duì)濕度是否滿足40%～70%的要求，同時(shí)表冷器出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)應(yīng)盡量使接近機(jī)器露點(diǎn)（90%～95%）；如果滿足，則計(jì)算結(jié)束，否則需要重新調(diào)整送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)計(jì)算。具體步驟如下：

表1 空氣處理過(guò)程狀態(tài)點(diǎn)

表2 碧海站空氣處理過(guò)程

（1）確定站廳N1、站臺(tái)N2、室外W、送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S、表冷器出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S'的溫度。

（2）根據(jù)溫度查表得到該溫度下飽和分壓力Pgb。

（3）試輸入送風(fēng)狀態(tài)S點(diǎn)相對(duì)濕度φ為85%。

（4）計(jì)算送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)的焓濕量：

式中：B為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，101 300 Pa。

（5）計(jì)算站臺(tái)站廳、空氣狀態(tài)點(diǎn)的焓濕量及相對(duì)濕度:

將式（5）代入式（4），可得到：

式中：站廳層送風(fēng)溫差Δt為11 ℃，站臺(tái)層送風(fēng)溫差Δt為 9 ℃。

（6）計(jì)算表冷器出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S'的溫度及相對(duì)濕度。

風(fēng)機(jī)和管道溫升使表冷器出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S'沿等濕線到達(dá)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)S，確定S'點(diǎn)的狀態(tài)，需要確定風(fēng)機(jī)和送風(fēng)管道產(chǎn)生溫升。

①風(fēng)機(jī)溫升及由此產(chǎn)生的冷負(fù)荷[5]。

風(fēng)機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能，造成空氣溫度升高（該溫升并不是由電機(jī)散熱產(chǎn)生，即使空氣不流經(jīng)電機(jī)，仍會(huì)使空氣溫度升高）?？諝馔ㄟ^(guò)風(fēng)機(jī)的溫升計(jì)算可以參照《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施：暖通空調(diào)：動(dòng)力》5．2．5，記做Δt1：式中：QF為風(fēng)機(jī)負(fù)荷，kW；H為風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa；G1為風(fēng)量，m3/s；η為電機(jī)安裝位置系數(shù)，當(dāng)電機(jī)安裝在氣流內(nèi)時(shí)，η=1，否則η=η2；η1為風(fēng)機(jī)效率；η2為電機(jī)效率，取0．8～0．9。

式（10）所計(jì)算結(jié)果即為空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)時(shí)由溫升引起的冷負(fù)荷。

由式（9）、式（10）可得：

②管道溫升及由此產(chǎn)生的冷負(fù)荷[5]。

空調(diào)送回風(fēng)管的溫升可以參照《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施：暖通空調(diào)：動(dòng)力》5．2．6，記做Δt2。

采用式（9）可計(jì)算空氣由管道溫升引起的冷負(fù)荷。

例空調(diào)箱風(fēng)機(jī)風(fēng)量為80 000 m3/s，壓頭為600 Pa，風(fēng)機(jī)效率80%，電機(jī)效率85%，車站兩端各設(shè)置空調(diào)箱1臺(tái)，則Δt1=0．71 ℃（空調(diào)箱η=1），單臺(tái)發(fā)熱量為19 kW，總發(fā)熱量38 kW。

管道平均長(zhǎng)度100 m，則Δt2=0．8 ℃，發(fā)熱量43 kW。

S'—S的溫升為Δt1+Δt2，則S'的溫度為17．5 ℃，ds'=ds。

（7）根據(jù)式（8）計(jì)算相對(duì)濕度，判別站廳和站臺(tái)的相對(duì)濕度是否滿足40%～70%，同時(shí)表冷器出風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)應(yīng)盡量接近機(jī)器露點(diǎn)（90%～95%）。

不滿足以上條件時(shí)，應(yīng)重復(fù)步驟（3），直到滿足要求為止。

（8）碧海站空氣處理過(guò)程及校核見表3。

3.3 計(jì)算空氣處理過(guò)程狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)

3.3.1 計(jì)算流程

（1）焓值。利用式（5）計(jì)算N1、N2、S、S'的焓值。（2）混合狀態(tài)N點(diǎn)。

N點(diǎn)為N1、N2的混合狀態(tài)點(diǎn)，

表3 碧海站空氣處理過(guò)程及校核表

式中：G廳、G臺(tái)、G分別為站廳、站臺(tái)的送風(fēng)量及總送風(fēng)量，m3/s。

（3）混合狀態(tài)N'點(diǎn)。

N—N'為等濕過(guò)程，dN'= dN。

風(fēng)機(jī)及管道溫升計(jì)算同上所述，因管道與環(huán)境溫差很小，按0．5 ℃計(jì)算。

tN'=tN-0．5，用式（5）計(jì)算焓值。

（4）室外空氣狀態(tài)W點(diǎn)。

W點(diǎn)為室外空氣狀態(tài)點(diǎn)，參數(shù)可查表得到。

（5）送風(fēng)狀態(tài)S點(diǎn)。

S點(diǎn)已經(jīng)設(shè)定。

（6）表冷器出風(fēng)狀態(tài)S'點(diǎn)。

（7）新回風(fēng)混合狀態(tài)H點(diǎn)，計(jì)算同N。

式中：G3、G5、G1分別為回風(fēng)量、新風(fēng)量及總送風(fēng)量，m3/s。

（8）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，校正焓濕圖[6]。

3.3.2 碧海站空氣處理過(guò)程計(jì)算

碧海站空氣處理狀態(tài)點(diǎn)主要參數(shù)表見表4。

4 確定空調(diào)風(fēng)量及冷量

組合式空調(diào)箱：風(fēng)量G=（1．05～1．10）G1。

冷水機(jī)組冷量：Q=G1ρ（iH-iS'），一般冷水機(jī)組選型不再考慮冷量附加值。

表4 碧海站空氣處理狀態(tài)點(diǎn)主要參數(shù)表

5 結(jié)束語(yǔ)

以深圳地鐵11號(hào)線碧海站為例對(duì)空氣處理過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)梳理，列出常用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、計(jì)算公式及算法。采用循環(huán)迭代的方式，簡(jiǎn)單實(shí)用，為地下車站公共區(qū)空氣處理過(guò)程的設(shè)計(jì)提供參考。

[1] 楊寧． 深圳地鐵地下車站公共區(qū)冷負(fù)荷計(jì)算[J]． 鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2016(4)：20-23．

[2] GB 50736—2012 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3] WS 394—2012 公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范[S]．

[4] GB 50157—2013 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[5] 陳重． 全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施[M]． 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009．

[6] 陸耀慶． 實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]． 2版．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

楊寧：深圳市市政設(shè)計(jì)研究院，高級(jí)工程師，廣?東?深圳，518000

責(zé)任編輯李葳

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