吳 進

(中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

1 概述

地鐵車站內(nèi)部按區(qū)域劃分，一般分為公共區(qū)和設(shè)備區(qū)，公共區(qū)為乘客提供服務(wù)的空間，設(shè)備區(qū)為車站運營辦公和設(shè)備用房空間。為公共區(qū)服務(wù)的通風空調(diào)系統(tǒng)簡稱為“大系統(tǒng)”，為設(shè)備區(qū)服務(wù)的通風空調(diào)系統(tǒng)簡稱為“小系統(tǒng)”。

小系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備區(qū)中房間對溫、濕度要求及運行時間的不同，劃分為多個子系統(tǒng)。其中空調(diào)系統(tǒng)用房一般分3類：人員管理、弱電設(shè)備、供電設(shè)備。其余房間一般采用機械通風。

本文通過分析杭州某地鐵車站小系統(tǒng)中弱電設(shè)備用房負荷計算的過程，提出一種熱濕比的選取原則。

2 杭州某地鐵車站設(shè)備用房

某地鐵車站設(shè)備區(qū)布置圖見圖1，圖2，其中公共通信設(shè)備室、信號設(shè)備室、弱電綜合電源室、弱電綜合設(shè)備室、通風空調(diào)電控室、控制室、站臺門控制室、照明配電室等房間為弱電設(shè)備房；會議室、更衣室、站長室、站務(wù)室、值班室、票務(wù)室等為人員管理用房；消防泵房、氣瓶間、備品庫、電纜間等為通風房間；變壓器室、高壓開關(guān)柜室、電能吸收室等為供電房間；衛(wèi)生間、開水間、污水泵房等為獨立排風房間。

3 單風道全空氣系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)介紹

全空氣系統(tǒng)是完全由空氣來擔負房間冷熱負荷的系統(tǒng)，系統(tǒng)通過輸送的冷空氣向房間提供顯熱冷量和潛熱冷量，其空氣的冷卻、除濕由機房內(nèi)空氣機組來完成。單風道系統(tǒng)為機房內(nèi)空氣處理機組只處理出一種送風參數(shù)(溫、濕度)的空氣，供一個房間或多個區(qū)域應(yīng)用的系統(tǒng)。

地鐵地下車站空調(diào)系統(tǒng)基本上采用單風道集中式全空氣一次回風系統(tǒng)。

3.2 計算原理

地鐵規(guī)范[1]和技術(shù)文件規(guī)定弱電房間室內(nèi)溫度為27 ℃，濕度為40%～60%，具體參數(shù)詳見表1，弱電房間空調(diào)系統(tǒng)一般采用露點送風，溫差10 ℃[2]。

表1 地下車站設(shè)備與管理用房空氣計算溫度、相對濕度與換氣次數(shù)

當經(jīng)過空調(diào)機組處理一定量10 ℃溫差的空氣送入各個設(shè)備用房，經(jīng)過吸熱、吸濕后，由回排風機排出至空調(diào)機組混風箱，與室外新風混合，經(jīng)過空調(diào)機組處理之后再次送入室內(nèi)。

房間的送風量計算表達式如式(1)所示：

(1)

其中，Ms,Mw分別為房間送風量和濕負荷，kg/s;Qc,Qcs分別為房間全熱冷負荷和顯熱冷負荷，kW;hR,hs分別為室內(nèi)空氣和送風的比焓,kJ/kg;tR,ts分別為室內(nèi)空氣和送風的溫度，℃;dR,ds分別為室內(nèi)空氣和送風的含濕量，g/kg;cp為空氣定壓的比熱，kJ/(kg·℃)。

送入各個房間的空氣吸熱、吸濕的狀態(tài)變化過程如圖3所示。

其中送入各個房間的空氣吸熱、吸濕的狀態(tài)變化過程的角系數(shù)為：

(2)

角系數(shù)ε又稱為熱濕比，在工程設(shè)計過程中，室內(nèi)冷負荷和濕負荷是已知的，根據(jù)式(2)可計算出各房間的熱濕比數(shù)值。

工程上，一般根據(jù)送風狀態(tài)點、熱濕比、室內(nèi)溫度，通過焓濕圖來確定室內(nèi)狀態(tài)點的具體參數(shù)。

因此，當各狀態(tài)點參數(shù)確定后，可知弱電系統(tǒng)設(shè)備用房空氣狀態(tài)變化過程表達如圖4所示。

根據(jù)以上分析，對于地鐵設(shè)備區(qū)空調(diào)房間的單風道集中式全空氣一次回風系統(tǒng)而言，如何選定熱濕比線和室內(nèi)送風狀態(tài)點，對于負荷計算至關(guān)重要。

4 設(shè)計計算分析

4.1 系統(tǒng)參數(shù)

地鐵地下車站設(shè)備和管理用房空調(diào)室外計算干球溫度35.6 ℃，夏季空調(diào)室外計算相對濕度64%，大氣壓力夏季1 000.9 hPa。新風量標準為30 m3/(h·人)，且新風量不小于總送風量的10%。

地鐵設(shè)計規(guī)范及相關(guān)地鐵線路設(shè)計技術(shù)要求中對地下車站設(shè)備與管理用房的室內(nèi)空氣計算溫度、相對濕度和換氣次數(shù)的要求，如表1所示。

4.2 計算分析

對于地下空間的設(shè)備用房，冷負荷主要是設(shè)備、照明發(fā)熱及人員顯熱和潛熱負荷，濕負荷主要是圍護結(jié)構(gòu)散濕和人員散濕，本站中，站廳層設(shè)備用房側(cè)墻和頂板與圍護結(jié)構(gòu)相鄰，考慮一定的結(jié)構(gòu)濕負荷，站臺層站臺門和變電所控制室未與圍護結(jié)構(gòu)相鄰，故忽略其結(jié)構(gòu)壁面散濕。

弱電系統(tǒng)主要設(shè)備用房冷負荷、濕負荷及熱濕比計算結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2中每個房間的熱濕比分別繪制焓濕圖，確定一個室內(nèi)狀態(tài)點，具體參數(shù)詳見表3。根據(jù)式(1)分別計算不同熱濕比下各房間的總風量見表4。

表2 弱電系統(tǒng)設(shè)備用房負荷、熱濕比計算表

表3 不同熱濕比下室內(nèi)狀態(tài)點參數(shù)

表4 不同熱濕比下室內(nèi)總風量 m3/h

通過分析以上計算結(jié)果，我們可以看出，房間的濕負荷差別不大，影響房間熱濕比的主要是設(shè)備發(fā)熱量，發(fā)熱量越大，熱濕比越大。根據(jù)熱濕比得出的室內(nèi)狀態(tài)點參數(shù)可知，熱濕比越大，室內(nèi)狀態(tài)點相對濕度越小，含濕量越低，焓值越小，所計算的總風量越大。

對于本工程而言，選用不同熱濕比所得到的室內(nèi)狀態(tài)點，其相對濕度在46%～47%之間，滿足規(guī)范規(guī)定40%～60%的要求。理論上，本工程中選用任何房間的熱濕比進行負荷計算，均滿足要求。

對于其他地鐵工程中弱電系統(tǒng)設(shè)備用房而言，各房間的熱濕比一般在30 000～300 000之間，按照10 ℃溫差露點送風原則，所得到的室內(nèi)狀態(tài)點相對濕度在46%～47.5%，基本上滿足規(guī)范要求[3-4]。

5 結(jié)語

對于單風道集中式全空氣一次回風系統(tǒng)而言，最大的優(yōu)點是設(shè)備簡單，初投資較省，管理維護方便，缺點就是因負擔房間較多，各房間負荷變化不一致，無法進行精確調(diào)節(jié)。對于地鐵弱電系統(tǒng)設(shè)備用房來說，對室內(nèi)環(huán)境溫濕度精度要求不高，單風道集中式全空氣一次回風系統(tǒng)可滿足房間溫濕度要求。但此系統(tǒng)缺點有風管較多、尺寸大、占用空間很大，對于地鐵而言，因其系統(tǒng)復雜、管線密集、空間狹小，是個比較棘手的問題。

另外從節(jié)能減排、環(huán)境保護的角度而言，有數(shù)據(jù)表明，通風空調(diào)系統(tǒng)的能耗占地鐵總能耗的50%左右，在碳達峰、碳中和的時代背景下，節(jié)能減排成為大趨勢，因此，在滿足規(guī)范和技術(shù)要求的前提下，在設(shè)計過程中，盡可能的減小系統(tǒng)的送風風量，不僅可縮小系統(tǒng)風管尺寸，節(jié)省工程空間，也可以減小空調(diào)設(shè)備風壓和功率，減小地鐵能耗[5-6]。

綜上所述，在地鐵小系統(tǒng)空調(diào)負荷計算過程中，建議選用該系統(tǒng)中較小的熱濕比數(shù)值進行負荷計算。