楊夢(mèng)輝，張曉靜

(鄭州科技學(xué)院, 河南鄭州 450064)

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變工況鄭州地鐵站空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行溫度的分析

楊夢(mèng)輝，張曉靜

(鄭州科技學(xué)院, 河南鄭州 450064)

【摘要】運(yùn)用相對(duì)熱指標(biāo)分析乘客在設(shè)計(jì)溫度下由室外進(jìn)入鄭州地鐵站內(nèi)熱舒適感覺的變化，同時(shí)運(yùn)用RWI差值的方法計(jì)算在室外溫度變化時(shí)，鄭州地鐵站內(nèi)的空調(diào)運(yùn)行溫度。

【關(guān)鍵詞】相對(duì)熱指標(biāo)；熱舒適；空調(diào)運(yùn)行溫度；變室外溫度

地下軌道交通在安全性、準(zhǔn)時(shí)性、舒適性、載客容量和環(huán)保性能等方面都優(yōu)于私人交通和公共汽車。由于地鐵具有如上的優(yōu)點(diǎn)，使其成為了解決現(xiàn)代交通擁堵的重要方式。但回顧國內(nèi)外早期修建的地鐵，人們對(duì)地鐵內(nèi)部環(huán)境的熱舒適度并沒有得到足夠的重視。但是近些年隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)于環(huán)境的舒適性有了進(jìn)一步的追求，廣泛地受到人們的重視。

地鐵的環(huán)境控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，受到諸多因素的影響，如室外環(huán)境溫度、濕度、氣流速度、客流量、人員活動(dòng)強(qiáng)度、站內(nèi)燈光、設(shè)備等因素的影響。地鐵站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是：使站內(nèi)的環(huán)境與室外環(huán)境的變化能夠相適應(yīng)，室外溫度變化時(shí)，站廳及站臺(tái)廳內(nèi)溫度都能做出相應(yīng)調(diào)整，以滿足人體熱舒適要求，同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的。地鐵站廳及站臺(tái)廳是乘客短暫停留的地方，因此使乘客由室外依次進(jìn)入站廳、站臺(tái)廳能夠得到短暫舒適的感覺即可。

1鄭州地鐵概述

1.1鄭州地鐵概況

鄭州是中原地區(qū)第1個(gè)擁有軌道交通、中部六省第2個(gè)擁有軌道交通、全國第19個(gè)開通地鐵的城市。2009年6月6號(hào)，鄭州地鐵1號(hào)線動(dòng)工，2013年12月28號(hào)鄭州地鐵1號(hào)線1期工程通車運(yùn)營。鄭州市軌道交通共規(guī)劃17條線路，覆蓋鄭東新區(qū)、鄭州西開發(fā)區(qū)、航空港區(qū)等地區(qū)。鄭州市人口密度大，公交車客流量極大，因此城市軌道交通將極大程度緩解路面交通壓力，提高安全系數(shù)，方便市民出行。

1.2鄭州地鐵空調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：地下車站站廳溫度比夏季空調(diào)室外計(jì)算溫度低2 ℃～3 ℃，且不應(yīng)超過30 ℃，站臺(tái)廳比站廳溫度低1 ℃～2 ℃；相對(duì)濕度均在40%～65%之間[1]。因乘客在站廳、站臺(tái)廳停留時(shí)間較短，只需滿足于短暫舒適即可。由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》可知：鄭州市夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度為34.9 ℃，濕球溫度為27.4 ℃，夏季室外平均風(fēng)速2.2 m/s[2]。

2相對(duì)熱指標(biāo)概述及計(jì)算

相對(duì)熱指標(biāo)RWI(Relative Warmth Index)是美國運(yùn)輸部考慮人體在過渡空間時(shí)的熱舒適指標(biāo),為指導(dǎo)確定地鐵車站站臺(tái)、站廳和列車等環(huán)境的空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)而設(shè)置的[3]。相對(duì)熱指標(biāo)是根據(jù)ASHRAE的熱舒適試驗(yàn)結(jié)果得出的。因此本文利用相對(duì)熱指標(biāo)來確定地鐵車站內(nèi)空調(diào)運(yùn)行溫度。

RWI是一個(gè)量綱為一的指標(biāo)，計(jì)算相對(duì)熱指標(biāo)的公式為：

(1)

(2)

式中：M為新陳代謝率， W/m2；t為空氣干球溫度，℃；(t-35)為人感覺到溫度高的不舒服之前，干球溫度和皮膚平均溫度之間的差值；R為除與室溫相同的墻壁外，平均外界輻射熱，W/m2；Pa為空氣中水蒸氣分壓力，Pa。Icw為人員實(shí)際服裝熱阻clo，考慮人員活動(dòng)時(shí)因服裝鼓風(fēng)效應(yīng)及汗?jié)竦纫蛩兀衫靡阎顒?dòng)狀態(tài)熱阻線性插值算；

(3)

Ia為服裝外空氣邊界層的熱阻，clo，如果已知人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的誘導(dǎo)風(fēng)速為Va，則有：

(4)

因此由式(1)～式(4)可以通過計(jì)算得到的RWI值是一個(gè)數(shù)字，具體如何將RWI值與人體的熱舒適感覺結(jié)合起來是需要解決的一個(gè)問題，如表1所示。

表1　RWI和ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)分類的關(guān)系

3鄭州地鐵站RWI值的應(yīng)用

對(duì)于地鐵站而言，需要計(jì)算RWI值的地方是站廳和站臺(tái)廳，根據(jù)GB 50157-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，可以得到站廳設(shè)計(jì)溫度為30℃，站臺(tái)廳設(shè)計(jì)溫度為29℃，列車內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為27℃，平均相對(duì)濕度取50%。根據(jù)站臺(tái)和站臺(tái)廳的平均溫度為29.5℃，相對(duì)濕度50%，依據(jù)焓濕圖可以查得該狀態(tài)下空氣的其他狀態(tài)參數(shù)值，得到空氣中水蒸氣分壓力Pw=2062.8 Pa。表2、表3給出人在不同狀態(tài)下的新陳代謝率和相應(yīng)的服裝熱阻，因此可依據(jù)式(1)～式(4)計(jì)算出人在不同地點(diǎn)不同狀態(tài)下的RWI值(表4)。

表2　不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下被汗液潤濕后的服裝熱阻　clo

表3　成年男子在不同活動(dòng)強(qiáng)度下的能量代謝率　(W/m2)

表4　不同活動(dòng)狀態(tài)不同溫度下的RWI值

由表4可以得知：一名乘客以4.8 km/h的速度搭乘鄭州地鐵，由室外34.9℃的環(huán)境中進(jìn)入設(shè)定溫度為30℃的站廳中，RWI值由0.39下降至0.27，人會(huì)由一個(gè)不舒適的環(huán)境進(jìn)入一個(gè)較為舒適的環(huán)境。之后乘客在站廳駐足買票，由于乘客步速由3.7 km/h降低至0，人體的新陳代謝率降低，但是站廳空氣流動(dòng)速度降低，空氣邊界層的熱阻增加，RWI值會(huì)有一定程度的升高。幾分鐘之后，人會(huì)進(jìn)入到29℃的站臺(tái)廳，RWI值進(jìn)一步下降至0.2，站立1～3 min進(jìn)入列車內(nèi)，進(jìn)入列車之后，環(huán)境溫度由29℃降低至27℃，空氣流速升高，因此空氣邊界層熱阻減小，RWI值進(jìn)一步下降。

從上述分析可知：乘客在進(jìn)站過程中，RWI總體是一個(gè)逐步降低的趨勢(shì)，人的熱感覺逐漸由熱過渡到舒適；而出站過程中，則是相反的趨勢(shì)。

4運(yùn)用RWI差值確定鄭州地鐵站空調(diào)運(yùn)行溫度

由圖1可知，在室外溫度發(fā)生變化時(shí)，如果站廳設(shè)定溫度不變，則在室外溫度低于30℃時(shí)，人由室外進(jìn)入站廳時(shí)，RWI值則由小變大，人由一個(gè)較為舒適的環(huán)境進(jìn)入到另外一個(gè)不舒適的環(huán)境，這樣做不能滿足乘客的熱舒適要求。若室外溫度高于30℃，人由溫度較高的環(huán)境進(jìn)入設(shè)定溫度為30℃的站廳，RWI值下降，能夠滿足乘客的熱舒適要求。

圖1　不同室外溫度下的RWI

有關(guān)研究表明：在過渡環(huán)境中，適宜的溫差為1.7℃，一般溫差達(dá)到2℃以上，RWI差值為0.04時(shí)，人會(huì)有明顯感覺[4]。因此按照該要求，站廳及站臺(tái)廳的運(yùn)行溫度應(yīng)隨著室外溫度的變化而變化。以鄭州市2015年7月12日的氣象數(shù)據(jù)為例，運(yùn)用相對(duì)熱指標(biāo)差的方法計(jì)算地鐵站空調(diào)運(yùn)行溫度(表5)。

表5　鄭州地鐵站夏季空調(diào)運(yùn)行溫度

由表5可知，在室外溫度高于33℃時(shí)，站廳及站臺(tái)廳空調(diào)運(yùn)行溫度高于設(shè)計(jì)溫度，能夠達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)能夠滿足人體短暫舒適的要求。在室外溫度低于33℃時(shí)，站內(nèi)空調(diào)運(yùn)行溫度低于設(shè)計(jì)溫度值，雖能滿足人體熱舒適要求，但是不能實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能的目的。

由上述分析可知，為了滿足人體熱舒適要求，夏季地鐵站內(nèi)空調(diào)運(yùn)行溫度應(yīng)隨著室外溫度的變化而變化。

5結(jié)論

本文運(yùn)用相對(duì)熱指標(biāo)計(jì)算在設(shè)計(jì)溫度下，乘客由站外進(jìn)入站內(nèi)熱舒適感覺的變化，根據(jù)RWI值和ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)分類的關(guān)系，得出在設(shè)計(jì)溫度下，乘客進(jìn)站的過程是一個(gè)逐步舒適的過程。同時(shí)運(yùn)用RWI差的方法計(jì)算出不同室外溫度下站內(nèi)空調(diào)的運(yùn)行溫度。

參考文獻(xiàn)

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

[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]黃晨. 建筑環(huán)境學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4]樊玲，馮煉. 利用“相對(duì)熱流指標(biāo)”對(duì)地鐵設(shè)計(jì)溫度的探討[J]. 城市軌道交通研究，2002(1):50-52.

[作者簡介]楊夢(mèng)輝(1989～)，女，碩士研究生，助教，研究方向：變頻多聯(lián)機(jī)的運(yùn)行特性研究。

【中圖分類號(hào)】TU111.3

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

[定稿日期]2015-12-18