孔華彪，周 添，孫兆軍

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308)

引言

隨著高速鐵路建設(shè)的發(fā)展，現(xiàn)代化鐵路客站的建設(shè)也在不斷推進(jìn)?，F(xiàn)代化鐵路客站建筑具有空間高大、人員密集[1]、連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，這些都導(dǎo)致了車(chē)站建筑的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)能耗巨大。

自然通風(fēng)在節(jié)能以及保證室內(nèi)空氣品質(zhì)、排出污染物等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。在綜合考慮建筑朝向、門(mén)窗布置、氣候條件等情況下，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)渡季充分利用自然通風(fēng)，既滿足室內(nèi)環(huán)境要求，又減少了通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

對(duì)于車(chē)站建筑的自然通風(fēng)利用，國(guó)內(nèi)許多專(zhuān)家、學(xué)者做了相關(guān)研究。毛紅衛(wèi)等利用能耗計(jì)算軟件及CFD模擬軟件進(jìn)行計(jì)算模擬，結(jié)合實(shí)地調(diào)研的結(jié)果，認(rèn)為不同氣候分區(qū)內(nèi)過(guò)渡季自然通風(fēng)均有很大的利用潛力[2]。付維綱運(yùn)用CFD軟件Airpak和多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)法模擬工具ContamW，對(duì)昆明南站高架候車(chē)層進(jìn)行了自然通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)利用能耗模擬軟件DesT對(duì)昆明南站自然通風(fēng)節(jié)能潛力進(jìn)行分析[3]。郭旭輝從圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、流場(chǎng)分析、自然通風(fēng)分析等多個(gè)方面，對(duì)新廣州火車(chē)站進(jìn)行了節(jié)能設(shè)計(jì)分析[4]。文獻(xiàn)[5-11]等也分別采用了CFD模擬、能耗模擬的方法，對(duì)車(chē)站建筑的自然通風(fēng)系統(tǒng)的合理利用進(jìn)行了建模分析，但完全通過(guò)數(shù)值模擬指導(dǎo)并優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，在候車(chē)廳內(nèi)過(guò)渡季節(jié)完全利用自然通風(fēng)代替機(jī)械通風(fēng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)研究并不多見(jiàn)。

本文利用CFD計(jì)算軟件STREAM對(duì)北京豐臺(tái)站進(jìn)行了自然通風(fēng)模擬分析，基于豐臺(tái)站雙層車(chē)場(chǎng)的特殊構(gòu)造形式，對(duì)建筑在不同門(mén)窗設(shè)計(jì)方案下的通風(fēng)效果進(jìn)行對(duì)比分析，優(yōu)化并確定了相關(guān)建筑設(shè)計(jì)方案。

1 建筑概況

車(chē)站建筑總面積約40萬(wàn)m2，最高聚集人數(shù)14 000人。其中中央站房區(qū)域總尺寸參數(shù)為：長(zhǎng)313.5 m、寬313.5 m、高36 m，中央候車(chē)大廳面積約為5.95萬(wàn)m2；西側(cè)換乘區(qū)域總尺寸參數(shù)為：長(zhǎng)233.5 m、寬82 m、高23 m，西換乘大廳面積約為0.6萬(wàn)m2；南、北進(jìn)站大廳面積約1.5萬(wàn)m2，為通高區(qū)域：地面高程0 m，上方與中央候車(chē)大廳同屋面。豐臺(tái)站高架層分區(qū)示意見(jiàn)圖1。

圖1 高架候車(chē)層(10 m層)平面示意

中央候車(chē)大廳與西換乘大廳為高架區(qū)域，地面高程10 m，其下方為0 m層室外普速軌道與站臺(tái)，局部上方為23 m層室外高速軌道與站臺(tái)。南、北進(jìn)站大廳通過(guò)幕墻與普速站臺(tái)區(qū)域相隔，幕墻上開(kāi)有通風(fēng)窗。

該車(chē)站作為大型交通樞紐建筑，由于其人員流動(dòng)量較大，候車(chē)廳空間高大且出入口較多，另外由于采用雙層車(chē)場(chǎng)的特殊結(jié)構(gòu)，高架候車(chē)大廳上下各有1個(gè)車(chē)場(chǎng)，室內(nèi)設(shè)直通每個(gè)站臺(tái)的上下出入口。圖1中黑色線框內(nèi)為與高速、普速站臺(tái)相通出入口所在位置。

基于其出入口尤其是上下連通的出入口較多，且開(kāi)啟時(shí)間較長(zhǎng)，考慮研究高架候車(chē)區(qū)域過(guò)渡季采用自然通風(fēng)系統(tǒng)滿足室內(nèi)舒適性要求的方案。

2 自然通風(fēng)舒適度標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)ASHRAE Standard 55-2004中舒適度評(píng)價(jià)適應(yīng)性理論模型，認(rèn)為在一定溫度范圍內(nèi)，室內(nèi)舒適溫度與室外溫度線性相關(guān)，具體計(jì)算公式如下

Tcomf=0.31Tout+17.8 ℃(10 ℃

式中Tcomf——室內(nèi)舒適溫度(熱中性溫度)，℃；

Tout——室外平均干球溫度，℃。

根據(jù)室內(nèi)舒適溫度與室外溫度線性關(guān)系，給出不同室外溫度情況下室內(nèi)舒適溫度，見(jiàn)表1?？梢钥闯?，隨著室外空氣干球溫度升高，室內(nèi)舒適溫度也不斷升高，但兩者差值逐漸減少，意味著想要達(dá)到室內(nèi)消除余熱的目的需要更多的通風(fēng)量，在室外溫度25 ℃時(shí)，室內(nèi)舒適溫度與室外干球溫度溫差僅為0.55 ℃，達(dá)到27 ℃時(shí)，已無(wú)法通過(guò)通風(fēng)完全達(dá)到舒適溫度。因此自然通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮當(dāng)室外溫度低于24 ℃的情況下利用自然通風(fēng)滿足室內(nèi)舒適性。

表1 不同室外溫度情況下室內(nèi)舒適溫度 ℃

這一溫度標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)舒適溫度26～27 ℃存在差異，主要是因?yàn)檫m應(yīng)性理論模型考慮了人員體溫調(diào)節(jié)等的生理適應(yīng)性，人員以往經(jīng)歷的熱環(huán)境等的心理適應(yīng)性以及室外環(huán)境下的所穿衣物等的行為調(diào)節(jié)。因此，即使室內(nèi)溫度滿足了夏季室內(nèi)的設(shè)計(jì)溫度，但在室外溫度存在差異的情況下，夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度并不一定會(huì)令人滿意。

3 過(guò)渡季室外參數(shù)及負(fù)荷估算

3.1 氣象參數(shù)

室外氣象參數(shù)主要包括室外空氣溫度、濕度、太陽(yáng)輻射及風(fēng)速。北京地區(qū)一般以4月、5月、9月、10月為過(guò)渡季節(jié)，根據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數(shù)據(jù)集》中典型氣象年的氣象參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，室外氣象參數(shù)匯總?cè)缦拢哼^(guò)渡季室外空氣干球溫度≤24 ℃小時(shí)數(shù)共2 573 h，占過(guò)渡季節(jié)小時(shí)數(shù)87.88%；過(guò)渡季室外空氣干球溫度>24 ℃小時(shí)數(shù)共355 h，占過(guò)渡季節(jié)小時(shí)數(shù)12.12%；室外平均風(fēng)速為2.1 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹W，主導(dǎo)風(fēng)向頻率為10.83%；過(guò)渡季內(nèi)最高日太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為水平面總輻射強(qiáng)度1 037.35 W/m2，水平面散射輻射強(qiáng)度490.42 W/m2。

3.2 負(fù)荷估算

對(duì)候車(chē)大廳進(jìn)行自然通風(fēng)模擬需要設(shè)定大廳內(nèi)的負(fù)荷情況，候車(chē)大廳內(nèi)過(guò)渡季負(fù)荷主要包含以下幾部分，燈光、設(shè)備、人員、太陽(yáng)輻射。燈光、設(shè)備負(fù)荷參考文獻(xiàn)[12]中的相關(guān)研究進(jìn)行取值。對(duì)于人員負(fù)荷，考慮按人員輕度活動(dòng)，在舒適溫度情況下的散熱量，其中顯熱負(fù)荷64 W/人。太陽(yáng)輻射負(fù)荷計(jì)算中，輻射強(qiáng)度按水平面總輻射強(qiáng)度1 037.35 W/m2，水平面散射輻射強(qiáng)度490.42 W/m2，遮陽(yáng)系數(shù)取0.35，開(kāi)窗面積按區(qū)域內(nèi)屋面采光天窗比例確定。負(fù)荷估算的匯總結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各區(qū)域負(fù)荷估算

4 送排風(fēng)口位置設(shè)計(jì)

建筑內(nèi)的每個(gè)門(mén)窗是進(jìn)風(fēng)口還是排風(fēng)口是相對(duì)的，但也應(yīng)滿足客觀規(guī)律。

自然通風(fēng)條件下，根據(jù)GB50019—2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)要求，進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口面積應(yīng)滿足公式(2)、公式(3)。

(2)

(3)

式中Gj——進(jìn)風(fēng)量，kg/s；

Gp——排風(fēng)量，kg/s；

hj——進(jìn)風(fēng)口中心與中和面的高差，m；

hp——排風(fēng)口中心與中和面的高差，m；

ρwf——室外通風(fēng)溫度下空氣密度，kg/m3；

ρnp——室內(nèi)平均溫度下空氣密度，kg/m3；

ρp——室內(nèi)排風(fēng)溫度下空氣密度，kg/m3；

g——重力加速度，取9.81 m/s2；

本次設(shè)計(jì)中建筑的送風(fēng)窗、排風(fēng)窗為單層上懸窗，見(jiàn)表3，本次設(shè)計(jì)按開(kāi)啟角度30°考慮。

表3 單層上懸窗局部阻力系數(shù)

根據(jù)對(duì)公式(2)、公式(3)的分析，可以得出3個(gè)進(jìn)排風(fēng)口設(shè)計(jì)的主要原則。

(1)提高下方風(fēng)口與上方風(fēng)口的高度差。

(2)可能的情況下，盡量增加風(fēng)口面積，但文獻(xiàn)[13]研究結(jié)果表明，增加風(fēng)口面積雖然改善了過(guò)渡季的通風(fēng)效果，但是增加了非過(guò)渡季的冷熱負(fù)荷，因此應(yīng)綜合考慮。

(3)門(mén)窗的流量系數(shù)，根據(jù)相關(guān)研究，窗戶開(kāi)度越大，流量系數(shù)越大，對(duì)于懸窗，窗戶的寬高比越小，窗的流量系數(shù)越大，因此在門(mén)窗設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮[14-15]。

5 方案與模型建立

本工程采用STREAM軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。本次自然通風(fēng)對(duì)流換熱模擬中，考慮風(fēng)壓與熱壓，考慮溫差引起的浮升力作用。以建筑的門(mén)窗設(shè)計(jì)方案為初始方案；經(jīng)過(guò)多次的模擬計(jì)算，優(yōu)化調(diào)整建筑門(mén)窗設(shè)計(jì)，綜合考慮外立面裝飾效果后，確定的理想方案為優(yōu)化方案。初始方案與優(yōu)化方案的對(duì)比分析見(jiàn)表4。優(yōu)化方案在初始方案的基礎(chǔ)上調(diào)整了開(kāi)窗位置、面積，降低了下層區(qū)域開(kāi)窗的高度。

表4 自然通風(fēng)模擬方案對(duì)比

6 邊界條件及網(wǎng)格劃分

室外主要風(fēng)向西北風(fēng)，主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)速為2.1 m/s，室外環(huán)境溫度為24 ℃，對(duì)于各出口設(shè)定為自由出流；室內(nèi)各區(qū)域負(fù)荷按表2中計(jì)算結(jié)果確定。

本次模擬計(jì)算，網(wǎng)格采用的是指定網(wǎng)格間距的劃分方法，網(wǎng)格間距為1.5 m×1.5 m×1 m，建筑模型的計(jì)算空間網(wǎng)格劃分如圖2所示，整個(gè)計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格單元數(shù)為574.59萬(wàn)個(gè)。在完成條件設(shè)置后用STREAM進(jìn)行迭代求解。

圖2 建筑模型與網(wǎng)格劃分

7 計(jì)算結(jié)果分析與調(diào)整

7.1 模擬結(jié)果

圖3～圖6分別為南北進(jìn)展廳區(qū)域地面高程1.2 m處初始方案速度云圖、初始方案溫度云圖、優(yōu)化方案速度云圖、優(yōu)化方案溫度云圖。

注：除南北進(jìn)站大廳范圍內(nèi)，其余位置所示均為高架層下方室外情況

注：除南北進(jìn)站大廳范圍內(nèi)，其余位置所示均為高架層下方室外情況

注：除南北進(jìn)站大廳范圍內(nèi)，其余位置所示均為高架層下方室外情況

注：除南北進(jìn)站大廳范圍內(nèi)，其余位置所示均為高架層下方室外情況

根據(jù)圖3、圖4可以看出：在初始方案中，北進(jìn)站大廳人員活動(dòng)區(qū)風(fēng)速整體較為均勻，基本維持在0.51 m/s左右，南進(jìn)站大廳北側(cè)入口處風(fēng)速較大，變化也較大；對(duì)于溫度的模擬結(jié)果，北進(jìn)站大廳角落有較大熱量集聚區(qū)域，溫度26.37～26.96 ℃，人員主要進(jìn)出口區(qū)域溫度則較為正常，其溫度在24.3～25.33 ℃。根據(jù)圖5、圖6可以看出：優(yōu)化方案中南北進(jìn)站大廳風(fēng)速相對(duì)于初始方案更為均勻；對(duì)于溫度的模擬結(jié)果，南進(jìn)站大廳僅入口局部區(qū)域溫度較高，達(dá)到了26 ℃以上，其余人員主要進(jìn)出口區(qū)域溫度在24.14～24.55 ℃。

圖7～圖10分別為初始方案11.2 m處風(fēng)速云圖、初始方案11.2 m處溫度云圖、優(yōu)化方案11.2 m處風(fēng)速云圖、優(yōu)化方案11.2 m處溫度云圖。根據(jù)圖7和圖8可以看到：初始方案中，大部分人員活動(dòng)區(qū)風(fēng)速達(dá)到0.27～0.53 m/s，西換乘大廳人員活動(dòng)區(qū)風(fēng)速為0.26 m/s；中央候車(chē)大廳人熱集聚空間較大，溫度25.36～25.60 ℃，人員活動(dòng)區(qū)域溫度在24.08～24.72 ℃，西換乘大廳整體風(fēng)場(chǎng)均勻，風(fēng)速較小，人員活動(dòng)區(qū)域溫度為24.08 ℃。根據(jù)圖9、圖10可以看出：優(yōu)化方案中，中央候車(chē)大廳速度分布均勻，大部分人員活動(dòng)區(qū)風(fēng)速為0.28 m/s；溫度分布也相對(duì)均勻，人員活動(dòng)區(qū)域溫度在24.08～24.76 ℃，少量局部熱集聚溫度在25.34～25.51 ℃。

圖7 初始方案11.2 m處風(fēng)速云圖

圖8 初始方案11.2 m處溫度云圖

圖9 優(yōu)化方案11.2 m處風(fēng)速云圖

圖10 優(yōu)化方案11.2 m處溫度云圖

7.2 方案對(duì)比分析

綜合對(duì)比兩個(gè)方案下的模擬結(jié)果，分析如下。

(1)初始方案中，北進(jìn)站大廳存在明顯的渦流區(qū)，且渦流區(qū)局部溫度偏高。優(yōu)化方案通過(guò)增加南北進(jìn)站大廳開(kāi)窗面積消除了渦流區(qū)，大大改善了室內(nèi)的環(huán)境。優(yōu)化方案南進(jìn)站大廳也存在局部溫度偏高區(qū)域，但該處為人員進(jìn)出口處，并非人員停留區(qū)域。

(2)初始方案中，中央候車(chē)大廳存在較為明顯的大區(qū)域熱集聚效應(yīng)。優(yōu)化方案降低了中央候車(chē)大廳東西兩側(cè)下方的開(kāi)窗高度，由17.5 m降至12.5 m，增加了人員活動(dòng)區(qū)的通風(fēng)量的同時(shí)，增強(qiáng)熱壓作用；同時(shí)由于南北進(jìn)站大廳增加了開(kāi)窗面積(開(kāi)窗高度2.5 m)，也起到了增加人員活動(dòng)區(qū)風(fēng)量，提升熱壓的作用。結(jié)果表明，優(yōu)化方案明顯改善了自然通風(fēng)效果，減少了渦流區(qū)，降低了熱集聚區(qū)域的溫度，削減了熱集聚區(qū)域的面積。

舒適度評(píng)價(jià)適應(yīng)性理論模型認(rèn)為，Tcomf±2.5 ℃為90%舒適區(qū)，Tcomf±3.5 ℃為80%舒適區(qū)。優(yōu)化方案主要人員集中區(qū)域中央候車(chē)大廳人員活動(dòng)區(qū)域高度(高程11.2 m)處的最高溫度為25.51 ℃，處于90%舒適區(qū)范圍內(nèi)，且相較于初始方案模型更接近熱中性溫度。

(3)優(yōu)化方案中由于裝修要求，在降低了中央候車(chē)大廳兩側(cè)開(kāi)窗高度的基礎(chǔ)上削減了開(kāi)窗面積，但由于建筑阻擋作用，東西兩側(cè)室外11.2 m高度處為均流區(qū)，對(duì)比兩個(gè)方案的11.2 m處速度云圖及溫度云圖中可以看出：中央候車(chē)大廳西側(cè)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速相對(duì)較低，對(duì)整體的進(jìn)風(fēng)量影響較小，但東西兩側(cè)風(fēng)口高度降低，更接近人員活動(dòng)區(qū)的高度，這對(duì)于室內(nèi)環(huán)境改善作用要明顯大于開(kāi)窗面積減少造成的削弱作用。

(4)西換乘大廳由于連通室外的出入口相對(duì)較多，雖然對(duì)外開(kāi)口的門(mén)窗數(shù)量少，但由于熱壓作用明顯，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的自然通風(fēng)降溫效果，室內(nèi)環(huán)境理想。

綜上所述，優(yōu)化方案利用自然通風(fēng)能夠滿足室內(nèi)舒適性要求，且相較于初始方案更為合理有效。

7.3 節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性分析

當(dāng)前，暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能越來(lái)越傾向于借助建筑結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，從優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)這一負(fù)荷產(chǎn)生的源頭實(shí)現(xiàn)節(jié)能。例如，通過(guò)新型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選取減少建筑能耗。李建忠對(duì)外墻、屋面、外窗和遮陽(yáng)等維護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造進(jìn)行了研究并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析[16]，雷鵬以齊齊哈爾南站為例，研究了新型節(jié)能材料的節(jié)能效果[17]，于杰以調(diào)度樓為例，對(duì)建筑節(jié)能與結(jié)構(gòu)一體化進(jìn)行了研究[18]。本文通過(guò)數(shù)值模擬指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)過(guò)渡季高架候車(chē)廳區(qū)域采用自然通風(fēng)代替機(jī)械通風(fēng)，其節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用，二是節(jié)省了機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的初投資。

若過(guò)渡季通風(fēng)使用機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)量需要同時(shí)滿足以下要求。

(1)根據(jù)GB50226—2007《鐵路旅客車(chē)站建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，系統(tǒng)風(fēng)量需滿足人員活動(dòng)區(qū)每小時(shí)2～3次換氣次數(shù)要求。

(2)規(guī)范GB50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的人員新風(fēng)需求。

(3)通風(fēng)消除余熱需求。

依據(jù)上述三點(diǎn)通風(fēng)量要求：人員活動(dòng)區(qū)按3 m以下區(qū)域考慮，滿足每小時(shí)3次換氣次數(shù)所需風(fēng)量為70萬(wàn)m3/h；人員新風(fēng)需求依據(jù)GB50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》取19 m3/(h·人)，總計(jì)29.5萬(wàn)m3/h；利用溫度梯度法對(duì)排風(fēng)溫度等進(jìn)行估算，具體見(jiàn)表5，考慮進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口的設(shè)計(jì)平均高度按10 m計(jì)算，候車(chē)廳平均散熱量56.6 W/m2，溫度梯度取0.8 ℃/m，進(jìn)排風(fēng)溫差為8 ℃，據(jù)此求出利用通風(fēng)消除余熱的通風(fēng)量為193萬(wàn)m3/h。因此系統(tǒng)最小設(shè)計(jì)風(fēng)量取193萬(wàn)m3/h。

表5 機(jī)械通風(fēng)條件下室內(nèi)溫度梯度 ℃

若完全采用機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，可以通過(guò)風(fēng)機(jī)變頻控制以及增減風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)來(lái)進(jìn)行控制。其中風(fēng)機(jī)變頻控制是能夠最大限度實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方法，現(xiàn)今已有諸多學(xué)者對(duì)風(fēng)機(jī)變頻的節(jié)能潛力進(jìn)行了相關(guān)研究，例如，王春等人通過(guò)對(duì)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，通過(guò)風(fēng)水系統(tǒng)的變頻調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)18.3%的空調(diào)節(jié)能[19]。但也根據(jù)相關(guān)研究，如果負(fù)荷的變化較為頻繁，設(shè)備變頻次數(shù)過(guò)于頻繁可能導(dǎo)致設(shè)備故障[20]。同時(shí)，采用變頻設(shè)備的初投資也相對(duì)較大，對(duì)于體量較大的系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)數(shù)量調(diào)整是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方法。若能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)的加減控制，根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果，在滿足人員新風(fēng)要求的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行裝載、卸載控制，風(fēng)機(jī)過(guò)渡季能耗僅為風(fēng)機(jī)全啟動(dòng)運(yùn)行模式下的41%～56%[21]。

除在過(guò)渡季代替機(jī)械通風(fēng)減少運(yùn)行費(fèi)用之外，在空調(diào)季亦存在室外溫度低于24 ℃的情況，此時(shí)亦可使用自然通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行降溫，因此可在操作層面增加過(guò)渡季時(shí)間。根據(jù)典型氣象資料，空調(diào)季時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：空調(diào)季室外溫度≤24 ℃時(shí)間為765 h，>24 ℃時(shí)間為1 443 h，分別占空調(diào)季時(shí)間比例的34.6%和65.4%。本項(xiàng)目過(guò)渡季自然通風(fēng)可用時(shí)間2 573 h，空調(diào)季765 h。由于原有空調(diào)機(jī)組新風(fēng)量按滿足人員新風(fēng)需求設(shè)計(jì)，因此若要滿足過(guò)渡季需求，需增補(bǔ)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，系統(tǒng)風(fēng)量163.5萬(wàn)m3/h。在此結(jié)論基礎(chǔ)上，采用自然通風(fēng)相較于機(jī)械通風(fēng)經(jīng)濟(jì)節(jié)能效果見(jiàn)表6。

綜上所述，使用機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)滿足的通風(fēng)量應(yīng)≮163.5萬(wàn)m3/h，自然通風(fēng)相比于該工況下預(yù)計(jì)每年可節(jié)省電費(fèi)135.07萬(wàn)元，節(jié)省初投資245.25萬(wàn)元。

8 結(jié)論與探討

8.1 結(jié)論

通過(guò)不同方案的模擬分析得到以下結(jié)論。

(1)初始方案與優(yōu)化方案對(duì)比下，優(yōu)化方案的自然通風(fēng)效果更好，因此建筑門(mén)窗設(shè)計(jì)應(yīng)采用優(yōu)化方案。特別指出，優(yōu)化方案并不是單純?cè)黾娱T(mén)窗開(kāi)口面積。例如，將進(jìn)風(fēng)口的位置下移至人員活動(dòng)區(qū)高度，中央候車(chē)大廳甚至減少了開(kāi)窗面積，也能達(dá)到更好的自然通風(fēng)效果。

(2)過(guò)渡季87.88%的時(shí)間，空調(diào)季34.6%的時(shí)間均有條件利用自然通風(fēng)滿足室內(nèi)舒適度的要求，該結(jié)論可為后期的設(shè)計(jì)乃至運(yùn)營(yíng)提供借鑒。

(3)高架候車(chē)廳區(qū)域利用自然通風(fēng)系統(tǒng)，相較于機(jī)械通風(fēng)節(jié)省初投資245.25萬(wàn)元，在滿足通風(fēng)要求的情況下預(yù)計(jì)每年可節(jié)省電費(fèi)135.07萬(wàn)元。

(4)對(duì)于高大空間自然通風(fēng)設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量增加上下風(fēng)口的高差，以最大程度利用熱壓作用，且下方的風(fēng)口高度應(yīng)考慮與人員活動(dòng)區(qū)的高度一致，以充分利用進(jìn)風(fēng)的降溫效果。

(5)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，高架候車(chē)廳內(nèi)的眾多連接站臺(tái)的出入口在熱壓作用下起到了良好通風(fēng)效果，運(yùn)營(yíng)期內(nèi)應(yīng)合理利用。

8.2 探討

通過(guò)本文的研究及設(shè)計(jì)實(shí)踐，總結(jié)出以下3方面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

(1)空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)方案選擇應(yīng)充分利用建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本項(xiàng)目就充分考慮了豐臺(tái)火車(chē)站雙層車(chē)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，優(yōu)化了自然通風(fēng)方案。

(2)自然通風(fēng)模擬應(yīng)從設(shè)計(jì)初期階段開(kāi)始正向介入，對(duì)建筑門(mén)窗的方案設(shè)計(jì)可以起到指導(dǎo)作用。在相關(guān)的門(mén)窗方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)通過(guò)合理的位置調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)化，而不應(yīng)單純依靠門(mén)窗面積的增加。

(3)應(yīng)考慮到空調(diào)季部分時(shí)間段也可以合理應(yīng)用自然通風(fēng)，這樣可以充分延長(zhǎng)過(guò)渡季的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能效果，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮為運(yùn)營(yíng)期模式切換設(shè)置焓值表、有效的自控措施等工具和手段。