羅焰華

中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司職工住房建設(shè)指揮部

高速鐵路作為我們國(guó)家重要的一張名片，近年來(lái)得到了飛速的發(fā)展。中國(guó)高鐵營(yíng)業(yè)里程超過(guò)2.2萬(wàn)公里，超過(guò)其他國(guó)家總和，高鐵累計(jì)運(yùn)送旅客超過(guò)70億人次，相當(dāng)于全世界每個(gè)人坐過(guò)一次中國(guó)高鐵。高鐵，已成為我們國(guó)家最重要的一種交通工具。站房，鐵路最重要的配套房屋，也已經(jīng)從單一的雨棚站臺(tái)發(fā)展成為集鐵路、公交、地鐵等交通為一體的大型交通樞紐。隨著人民生活水平的提高，人們對(duì)鐵路站房室內(nèi)舒適度的要求也越來(lái)越高，做好鐵路站房的配套設(shè)施，夏季為旅客送去清涼，不僅是旅客的要求，也是鐵路各相關(guān)單位的心愿。

該站投入運(yùn)營(yíng)已有8年的時(shí)間，近兩年空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果不佳，夏季候車(chē)室室內(nèi)溫度偏高，無(wú)法滿足旅客舒適性要求。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)站房候車(chē)區(qū)集中空調(diào)系統(tǒng)展開(kāi)調(diào)研，包括冷凍站和輸配系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)現(xiàn)狀，以及候車(chē)區(qū)冷負(fù)荷特性，從而為空調(diào)系統(tǒng)改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 工程概況

1.1 建筑概況

該工程位于廣州市，是集鐵路、城市地鐵、公交、出租等多種運(yùn)輸方式為一體的大型現(xiàn)代化綜合交通樞紐。站房共有五層，地上三層，地下兩層。地上三層是高架候車(chē)層（含商業(yè)夾層），為主要的旅客候車(chē)區(qū)域；地上二層為站臺(tái)層；地面首層主要為站廳層，設(shè)旅客出站廳、城際旅客候車(chē)室、售票廳、設(shè)備用房、地面停車(chē)場(chǎng)以及出租車(chē)上客區(qū)；地下一層中央為地鐵站廳層，兩側(cè)為車(chē)站停車(chē)場(chǎng)和空調(diào)機(jī)房；地下二層為地鐵2號(hào)線、7號(hào)線站臺(tái)層，站房于2010年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

1.2 集中空調(diào)冷凍站設(shè)備參數(shù)

車(chē)站地面層出站廳、售票廳、車(chē)站辦公區(qū)及高架候車(chē)層（含商業(yè)夾層）候車(chē)室、商業(yè)區(qū)域、售票辦公區(qū)等區(qū)域采用集中空調(diào)系統(tǒng)，冷源采用水冷冷水機(jī)組，以站房8軸為中心劃分為南、北2套獨(dú)立的空調(diào)水系統(tǒng)，南、北兩側(cè)地面出站層分別設(shè)置冷凍站1座。每座冷凍站均設(shè)有4臺(tái)水冷式冷水機(jī)組，整個(gè)站房集中空調(diào)水系統(tǒng)總裝機(jī)容量26.95 MW，冷凍水系統(tǒng)采用一次泵變流量系統(tǒng)。單側(cè)冷凍站主要設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 單側(cè)冷凍站主要設(shè)備規(guī)格表

1.3 高架候車(chē)室空調(diào)末端形式

高架候車(chē)室平面面積較大，層高較高，而人員相對(duì)集中，密度大，空調(diào)負(fù)荷較大，空調(diào)系統(tǒng)采用一次回風(fēng)空調(diào)機(jī)組。采用分層空調(diào)設(shè)計(jì)，劃分多個(gè)送風(fēng)區(qū)域，在候車(chē)大廳中間區(qū)域靠近結(jié)構(gòu)柱設(shè)置多個(gè)“設(shè)備單元”，“設(shè)備單元”3側(cè)送風(fēng)1側(cè)回風(fēng)，候車(chē)大廳兩側(cè)采用遠(yuǎn)程噴口送風(fēng)，集中回風(fēng)，有效的控制距地面2 m高的范圍，使人員的活動(dòng)空間的溫度達(dá)到要求。在27 m標(biāo)高的商業(yè)夾層采用小送風(fēng)單元（高條機(jī)），為循環(huán)送冷風(fēng)空調(diào)方式；高架候車(chē)層及商業(yè)夾層的商業(yè)、辦公用房、衛(wèi)生間設(shè)置風(fēng)機(jī)盤(pán)管送風(fēng)。

為充分利用高大空間通風(fēng)的優(yōu)勢(shì)，候車(chē)層幕墻上部設(shè)置有電動(dòng)調(diào)節(jié)外窗，根據(jù)室外的溫度、風(fēng)速、風(fēng)向，統(tǒng)一控制外窗的開(kāi)啟時(shí)間和開(kāi)啟角度，必要時(shí)可以聯(lián)動(dòng)空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)置換，排除大廳內(nèi)區(qū)余熱和污濁空氣。在候車(chē)層?xùn)|西側(cè)進(jìn)出站口、通向站臺(tái)層入口均設(shè)有貫流式風(fēng)幕機(jī)。

2 高架候車(chē)區(qū)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

夏季該站投入運(yùn)營(yíng)已有8年的時(shí)間，據(jù)旅客反饋，夏季候車(chē)室室內(nèi)溫度較高。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)候車(chē)區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行了調(diào)研。測(cè)試時(shí)間為2017年8月，室外天氣晴朗。測(cè)試時(shí)段候車(chē)室人員活動(dòng)區(qū)域平均溫度為31.5℃，超過(guò)設(shè)計(jì)溫度為27℃，無(wú)法滿足旅客的熱舒適要求。由于為候車(chē)區(qū)服務(wù)的空調(diào)機(jī)組安裝于站臺(tái)層上方吊頂內(nèi)，下部為列車(chē)軌行區(qū)，無(wú)法獲取相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此本次分別對(duì)候車(chē)區(qū)空調(diào)末端送、回風(fēng)參數(shù)及冷凍站空調(diào)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)研測(cè)試。

2.1 空調(diào)末端送、回風(fēng)參數(shù)

1）測(cè)量?jī)x器

調(diào)研過(guò)程涉及到的測(cè)量?jī)x器包括ZDR溫度記錄儀、TSI多功能風(fēng)速儀和紅外測(cè)溫儀，各儀器的技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 測(cè)量?jī)x器技術(shù)參數(shù)

2）高架候車(chē)室設(shè)備單元及兩側(cè)側(cè)送噴口送回風(fēng)參數(shù)

對(duì)候車(chē)室設(shè)備單元及兩側(cè)側(cè)送噴口的空調(diào)送風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、回風(fēng)風(fēng)速進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

表3 高架候車(chē)層送、回風(fēng)口溫度

設(shè)備單元及側(cè)送噴口平均送風(fēng)溫度25.5℃，與設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度19℃、相對(duì)濕度95%相比，溫度偏高，不能有效帶走室內(nèi)余熱。根據(jù)回風(fēng)口尺寸計(jì)算回風(fēng)量，并與機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)量進(jìn)行對(duì)比，得出空調(diào)末端機(jī)組實(shí)際風(fēng)量約為設(shè)計(jì)風(fēng)量70%～105%，部分設(shè)備實(shí)際風(fēng)量小于設(shè)計(jì)值。

3）商業(yè)夾層高條機(jī)送回風(fēng)參數(shù)

候車(chē)室及商業(yè)夾層兩側(cè)商業(yè)區(qū)域均采用高條機(jī)循環(huán)送風(fēng)，對(duì)商業(yè)夾層區(qū)域高條機(jī)送、回風(fēng)溫度、風(fēng)速進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 商業(yè)夾層小送風(fēng)單元送、回風(fēng)參數(shù)

商業(yè)夾層區(qū)域的高條機(jī)平均送風(fēng)溫度20.2℃，與候車(chē)室送風(fēng)單元及側(cè)送噴口相比，送風(fēng)溫度明顯降低，但仍未達(dá)到設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度。根據(jù)測(cè)得的風(fēng)口風(fēng)速和風(fēng)口尺寸，計(jì)算得高條機(jī)的實(shí)際送風(fēng)量為3773 m3/h，設(shè)計(jì)值為3750 m3/h，測(cè)試值與設(shè)計(jì)值基本吻合。

2.2 冷水機(jī)組

針對(duì)冷凍站冷水機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)研測(cè)試，其中冷水機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)如表5所示。

表5 冷凍站冷水機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

每個(gè)冷凍站均有2大1小共3臺(tái)冷水機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行，另外一臺(tái)小機(jī)組暫未開(kāi)啟。北側(cè)冷水機(jī)組冷凍水供水溫度高出設(shè)計(jì)值5.8～6.6℃，回水溫度高出設(shè)計(jì)值5.2～5.4℃；冷卻供回水溫度與設(shè)計(jì)值基本一致。南側(cè)冷水機(jī)組冷凍水溫度高出設(shè)計(jì)值3.5℃～3.7℃，回水溫度高出設(shè)計(jì)值3.5～3.6℃；冷卻水供回水溫度與設(shè)計(jì)值基本一致。目前冷水機(jī)組已滿負(fù)荷運(yùn)行，室內(nèi)負(fù)荷過(guò)大，超出冷水機(jī)組制冷能力。

3 候車(chē)區(qū)溫度升高原因分析

根據(jù)站房原空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合高架候車(chē)區(qū)調(diào)研結(jié)果，初步分析導(dǎo)致候車(chē)區(qū)室內(nèi)溫度偏高的原因主要是空調(diào)冷負(fù)荷發(fā)生較大變化，包括以下幾方面：

1）候車(chē)區(qū)發(fā)熱量增多

①車(chē)站投入使用后，候車(chē)室內(nèi)增設(shè)了大量的廣告設(shè)施。根據(jù)車(chē)站管理單位提供數(shù)據(jù)，廣告燈箱的發(fā)熱量約為800 kW，這部分熱量直接散發(fā)至候車(chē)室，增加候車(chē)室的空調(diào)負(fù)荷。

②候車(chē)室兩側(cè)商業(yè)區(qū)域、商業(yè)夾層商業(yè)區(qū)域雖預(yù)留了空調(diào)水系統(tǒng)，但受商業(yè)布局影響，目前均采用多聯(lián)機(jī)、分體空調(diào)等獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)，其空調(diào)室外機(jī)直接設(shè)置于室內(nèi)，室外機(jī)散熱直接排至室內(nèi)公共區(qū)，增大了候車(chē)區(qū)的空調(diào)負(fù)荷。實(shí)地調(diào)研表明，高架候車(chē)層+21.00 m和+27.00 m標(biāo)高兩側(cè)商業(yè)區(qū)域新增空調(diào)設(shè)備導(dǎo)致的空調(diào)負(fù)荷增量約為497 kW。

2）冷風(fēng)滲透

對(duì)于鐵路旅客站房，出于旅客進(jìn)站需求考慮，候車(chē)室主要出入口全天處于開(kāi)啟狀態(tài)，雖然門(mén)洞上方設(shè)置了風(fēng)幕機(jī)，但是冷風(fēng)滲透依然嚴(yán)重，采用熱線風(fēng)速儀對(duì)候車(chē)室西側(cè)出入口的滲透風(fēng)量進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表6所示。

表6 候車(chē)室西側(cè)出入口滲透風(fēng)測(cè)試參數(shù)

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，西出入口總的滲透風(fēng)量達(dá)68.77萬(wàn)m3/h，與原設(shè)計(jì)滲透風(fēng)量4.33萬(wàn)m3/h存在很大差異。室內(nèi)冷空氣由候車(chē)室滲透至室外，進(jìn)一步考慮商業(yè)餐飲和公共衛(wèi)生間的排風(fēng)，勢(shì)必造成了空調(diào)區(qū)域大量冷量的散失，該部分風(fēng)量最終由未經(jīng)處理的室外新風(fēng)作為補(bǔ)充，如此大的滲透風(fēng)量，使得候車(chē)區(qū)很難保證舒適性要求。

3）客流量

客運(yùn)站的設(shè)計(jì)客流量是影響其空調(diào)負(fù)荷的一個(gè)至關(guān)重要的因素[1]。該站為華南地區(qū)最大的鐵路交通樞紐之一，目前日發(fā)送客流量為20萬(wàn)人左右，由于日逐時(shí)客流分布數(shù)據(jù)難以獲取，參考國(guó)內(nèi)大型鐵路旅客站房的調(diào)研結(jié)果，取高峰小時(shí)客流系數(shù)為日客流量的13%～14%左右，保守起見(jiàn)，按照取14%取值，計(jì)算得高峰小時(shí)旅客發(fā)送量為2.8萬(wàn)人/小時(shí)，客發(fā)送高峰期高架候車(chē)區(qū)內(nèi)人員聚集密度及對(duì)應(yīng)的人員負(fù)荷超出原設(shè)計(jì)工況。

4）氣流組織

鐵路站房候車(chē)室為高大空間，合理的氣流組織對(duì)空調(diào)制冷效果的保證非常重要[2]。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，候車(chē)室在通車(chē)后增設(shè)商務(wù)候車(chē)區(qū)，實(shí)體圍擋遮擋設(shè)備單元?dú)饬鹘M織，空調(diào)風(fēng)無(wú)法有效送到候車(chē)區(qū)域；候車(chē)室兩側(cè)商業(yè)區(qū)域高條機(jī)則被商鋪遮擋，部分甚至被密閉在商鋪的儲(chǔ)藏室內(nèi)；商業(yè)夾層部分高條機(jī)則位于商鋪墻體后方，無(wú)法向公共區(qū)送風(fēng)，導(dǎo)致候車(chē)室總送風(fēng)量無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響既有空調(diào)設(shè)備充分發(fā)揮其制冷能力。

5）采光屋面遮陽(yáng)及高側(cè)窗

候車(chē)區(qū)中央通廊上方為ETFE膜采光屋面，ETFE膜屋面實(shí)際透光率為49%，導(dǎo)熱系數(shù)2.5～3.5 W/(m2K)，與原透光率設(shè)計(jì)值23%也存在很大出入。設(shè)定透過(guò)ETFE膜的太陽(yáng)輻射得熱有70%分配在候車(chē)室人員活動(dòng)區(qū)[3]，形成瞬時(shí)冷負(fù)荷，該部分冷負(fù)荷相對(duì)原設(shè)計(jì)增大1.13倍。調(diào)研時(shí)對(duì)該區(qū)域的地面溫度，+1.5 m高度室內(nèi)溫度和天窗附近溫度進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明天窗下部地面溫度為40.5℃，+1.5 m高度的室內(nèi)溫度為33.5℃，天窗附近溫度則達(dá)到43.0℃以上。

夏季開(kāi)啟高大空間上部天窗或高側(cè)窗可以有效利用熱壓作用促進(jìn)自然通風(fēng)，帶走室內(nèi)余熱[4]。高架候車(chē)層幕墻上部設(shè)置有電動(dòng)調(diào)節(jié)外窗，設(shè)計(jì)階段考慮可根據(jù)室外氣象條件開(kāi)啟通風(fēng)，排除候車(chē)室上部的余熱和污濁空氣。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于電動(dòng)窗下方為車(chē)站軌行區(qū)，窗戶如果頻繁開(kāi)啟，存在玻璃脫落、破碎等隱患，直接影響列車(chē)的運(yùn)營(yíng)安全，風(fēng)險(xiǎn)較大，因此電動(dòng)窗未實(shí)現(xiàn)通風(fēng)功能。候車(chē)室頂部聚集的熱量無(wú)法排至室外，導(dǎo)致熱空氣不斷向候車(chē)室人員活動(dòng)區(qū)傳遞熱量，加大人員活動(dòng)區(qū)空調(diào)負(fù)荷，影響旅客的舒適感。

6）空調(diào)設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)

空調(diào)系統(tǒng)能否長(zhǎng)久的發(fā)揮其良好的制冷效果，不僅與設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備有關(guān)，還與系統(tǒng)日常的運(yùn)營(yíng)維護(hù)息息相關(guān)。為高架候車(chē)區(qū)服務(wù)的空調(diào)末端位于高架層候車(chē)室樓板下，站臺(tái)上方吊頂內(nèi)，設(shè)備檢修、維護(hù)比較困難，導(dǎo)致部分設(shè)備不能充分發(fā)揮其功效，風(fēng)量偏小，制冷效果較差，部分機(jī)組甚至故障無(wú)法開(kāi)啟。候車(chē)區(qū)設(shè)備單元內(nèi)環(huán)境較差，灰塵、雜物較多，造成空調(diào)機(jī)組過(guò)濾器堵塞、降低換熱器效率。影響了候車(chē)區(qū)空調(diào)末端的制冷能力。

4 結(jié)論與建議

站房空調(diào)系統(tǒng)調(diào)研結(jié)果表明，南/北兩側(cè)冷凍站均為2大1小3臺(tái)冷水機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，冷水機(jī)組冷凍水供水和回水溫度均高于設(shè)計(jì)值。高架候車(chē)室的空調(diào)末端送、回風(fēng)溫度均高于設(shè)計(jì)值，部分空調(diào)末端被商業(yè)遮擋無(wú)法運(yùn)行，無(wú)法滿足候車(chē)室送風(fēng)要求。室內(nèi)負(fù)荷已超過(guò)空調(diào)機(jī)組制冷能力，導(dǎo)致候車(chē)室室內(nèi)溫度偏高，達(dá)到31.5℃。

對(duì)比原設(shè)計(jì)可知，站房實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程候車(chē)室室內(nèi)新增設(shè)備發(fā)熱1297 kW、無(wú)組織滲透風(fēng)量增大至68.77萬(wàn)m3/h、天窗太陽(yáng)輻射引起的冷負(fù)荷則增加1.13倍，此外實(shí)際客流量也相比預(yù)期也顯著增多，以上因素導(dǎo)致候車(chē)室冷負(fù)荷明顯增加，候車(chē)室實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程冷負(fù)荷在250 W/m2左右。

根據(jù)車(chē)站空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，建議采光屋面設(shè)置遮陽(yáng)措施，減少太陽(yáng)輻射得熱；為便于候車(chē)室夏季通風(fēng)，建議幕墻高側(cè)窗常開(kāi)或者設(shè)置常開(kāi)防雨百葉，加強(qiáng)室內(nèi)空氣流動(dòng)；候車(chē)室滲透風(fēng)量已超過(guò)室內(nèi)所需新風(fēng)量，空調(diào)機(jī)組可關(guān)閉新風(fēng)閥，同時(shí)建議候車(chē)室主要出入口設(shè)置門(mén)斗，減少冷風(fēng)滲透。