深圳地铁地下车站公共区冷负荷计算

■　杨　宁

深圳地铁地下车站公共区冷负荷计算

■杨宁

冷负荷计算是空调设计的前提和基础，地铁车站作为一类特殊的建筑形式，其考虑因素、计算方法与一般民用及公共建筑不同。由于地铁行业尚未制定专业设计手册，地铁冷负荷计算无规范和标准可遵循，导致设计人员在工作中十分迷茫和困惑。以深圳地铁11号线碧海站为例，论述地下车站屏蔽门系统公共区冷负荷计算的方法和过程，包括冷负荷组成、考虑因素、参数选取及确定等，为同类工程设计提供参考。

屏蔽门；客流；换乘客流；冷负荷；超高峰系数；传热；渗透冷负荷

0　引言

碧海站是深圳地铁11号线的第8座车站，为地下标准岛式车站，车站通风空调系统采用屏蔽门制式，站厅层设计温度30 ℃，站台层设计温度28 ℃。地下车站的负荷不受外界环境的影响，不需要考虑建筑物围护结构对负荷的影响，其主要来源于车站的人员、设备、车站与隧道区间的热交换、车站与出入口之间的热交换等。

1　人员散热

1.1人员数量的确定

人员数量确定的基本依据是客流资料，需将客流资料折合成同时出现在站厅、站台的人数，一般来说远期晚高峰小时客流量为最大客流，通常作为人员计算的依据。但由于近期的行车对数较低，往往出现近期人员高于远期的情况，因此对近期人员也要进行校核。一般远期高峰小时的上下车客流已经包含了换乘客流，碧海站远期晚高峰小时客流量见表1。

1.1.1人员停留时间

一般乘客在车站内逗留时间按以下数据计算：上车乘客站厅逗留时间2.0 min，在站台逗留时间为一个行车间隔；下车乘客在车站逗留时间3.0 min（其中站厅逗留时间1.5 min，站台逗留时间1.5 min）。换乘站换乘乘客在上车站台逗留时间为一个行车间隔，在下车站台或站厅停留时间为1.5 min，当通过站厅等其他换乘空间换乘时，尚需考虑在其他换乘空间停留1.5 min。由于换乘形式复杂多样，需根据具体情况确定。碧海站站厅、站台停留时间见表2。

1.1.2超高峰系数

超高峰系数是指车站高峰小时乘降量中最大15 min乘客乘降量占高峰小时乘降量的比值，因此在人员计算时，需对高峰小时人数进行附加。这个值是根据城市出行特征及既有条件等因素确定，各线取值不同。一般按照客流专业提供的数据选取，没有相关资料可根据《地铁设计规范》9.1.3规定，按1.1—1.4选取［1］。换乘站、商业中心、短期会发生大客流的车站（如体育场馆等）取上限，一般车站取下限。

表1　碧海站远期晚高峰小时客流量　　　　　　　　　　　　　人次/h

表2　碧海站站厅、站台停留时间　　　　min

1.1.3人员数量

人数=（客流/60）×停留时间×超高峰系数［2］，碧海站人数计算见表3。

1.2人员散热量

基本计算公式：

式中：q为不同室温和劳动性质时成年男子的散热量；N为室内全部人数；n'为群集系数，地铁车站取1。碧海站单位人员散热、散湿统计见表4。

2　车站设备冷负荷

设备的冷负荷主要由照明、电梯、扶梯、售检票设备、屏蔽门设备等散热构成，各设备系统应提供设备发热量供计算使用，当缺乏数据时，可参考以下数据进行计算。

（1）自动扶梯散热量（50 Hz）见表5。

（2）机房垂直电梯主机散热量：3 500 W/台。

（3）照明灯具：20 W/m2车站、5 kW/km区间隧道（LED照明应根据功率折减）。

（4）广告牌：大型720 W/台、小型320 W/台（LED照明应根据功率折减）。

（5）导向牌、指示牌：100 W/ 块。

（6）屏蔽门电机发热量：11 kW/两侧。

（7）自动售货机：2 500 W/台（有制冷功能）。

（8）自动售检票设备中，进/出闸机为550 W/台、自动售票机为1 200 W/台、验票机为130 W/台、ATM柜员机为400 W/台。

表3　碧海站人数计算 人

表4　单位人员散热、散湿量

表5　自动扶梯散热量　　　　　　　　　　　　　　 kW

表6　风道传热系数　　　　　　　　　W/（m2·K）

3　车站与隧道区间的热交换

3.1轨顶及轨底风道传热

轨顶风道与站厅层地面及站台层公共区相邻，设计应考虑其向站厅、站台的散热量。轨底风道只需计算风道顶板向站台层的传热，计算方法同轨顶风道［3］。

3.1.1轨顶（底）风道温度

列车进站时，由于列车冷凝器散热，使车站隧道温度升高，此时的排风温度按照38 ℃考虑，列车驶离后的车站区间温度按照SES系统模拟计算结果取值，根据列车的停站时间计算轨顶（底）风道内平均温度。

例如：行车对数30对，停站时间30 s，则每小时停站15 min，计算温度38 ℃，其余45 min计算温度33 ℃（按照SES系统模拟计算结果取值），计算平均温度为34.25 ℃。

3.1.2传热系数

式中：Rn为内表面换热热阻，取0.036 m2·K/W（考虑到风道内风速较高，内表面换热热阻参照建筑室外选取）；Rw为外表面换热热阻，取0.110 m2·K/W（参照建筑室内选取）；δ为围护结构厚度，m；λ为围护结构导热系数，W/（m2·K）；K为传热系数，W/（m2·K）。碧海站风道传热系数见表6。

3.1.3传热量

式中：Q为传热量，W；F为传热面积，m2；Δt为风道两侧温差，℃。

3.2屏蔽门传热

屏蔽门采用8 mm无色钢化玻璃，传热系数按照5.83 W/（m2·K）计算，车站隧道温度按照SES系统模拟计算结果取值。

屏蔽门高度可近似按轨顶风道下全部高度计算（约3.5 m），含屏蔽玻璃（2 m）、门机、部分风道侧墙下沿的混凝土。

3.3隧道进风冷负荷

当列车进站时，屏蔽门开启，车站与区间形成空气对流。广州、深圳等地的测试表明，在列车进站的惯性作用下，在屏蔽门尾部，部分隧道空气涌入车站；同时，由于轨排风机的作用，更多的空气由车站进入隧道，进出的差值即屏蔽门漏风量。大部分研究结果表明：6辆编组车站在屏蔽门开启时，区间隧道进入车站的风量约1 m3/s；停站时间30 s，30对/h车站，折合到一小时的平均进风量0.25 m3/s；屏蔽门净漏风量数值约为30 m3/s，对于停站时间30 s，30对/h车站，折合到一小时的平均漏风量为7.5 m3/s。

由于隧道温度高于车站，由隧道进入车站的空气造成的冷负荷即隧道进风冷负荷。

式中：G为风量，m3/s；ρ为空气密度，取1.2 kg/ m3；iw为室外空气焓值，kJ/kg；in为室内空气焓值，kJ/kg。

按照隧道空气温度38 ℃、相对湿度90%，站台空气温度28 ℃、相对湿度55%考虑，该冷负荷为Q=0.25×1.2×（138-62）=23 kW。

4　车站与出入口间的热交换

渗透风冷负荷是指由出入口进入车站的渗透风量造成的冷负荷，当新风机的新风量大于等于屏蔽门漏风量时，该负荷按4.1章节计算，反之，按照4.2章节计算，两项不重复计算。

4.1正常情况出入口渗透冷负荷

车站出入口渗透风的热量为0.2 kW/m2，面积按照出入口实际面积计算。

4.2自然进风冷负荷

当屏蔽门漏风量大于新风机风量时，列车进站停车会造成车站短时间出现负压，使得空气由出入口补充进入车站，造成自然进风负荷。这部分不同于新风机新风负荷，需要放在车站冷负荷内一并考虑，建议按照站厅60%、站台40%的比例分别分摊至站厅、站台负荷内。

（1）自然进风量=屏蔽门漏风量-新风机新风量。

（2）自然进风负荷。

4.2.1确定室内外计算参数

室内空气状态点为站厅、站台混合后空气状态，按照空气温度29 ℃、相对湿度55%设置。碧海站室内外空气状态参数见表7。

4.2.2计算冷负荷

为便于进行下一步风量计算，分别计算显热和全热负荷。

式中：G为自然进风量，m3/s；ρ为空气密度，取1.2 kg/m3；iw为室外空气焓值，kJ/kg；in为室内空气焓值，kJ/kg；dw为室外空气含湿量，g/kg；dn为室内空气含湿量，g/kg干；d为散湿量，g/s。

4.2.3碧海站算例

碧海站屏蔽门漏风量7.5 m3/s，新风机风量7.6 m3/s，不再考虑自然进风负荷。当有自然进风负荷时，可按表8进行统计，并记录于表9。

5　湿负荷

车站湿负荷主要由人员、屏蔽门渗透风、出入口渗透风、围护结构壁面产湿量构成。其中人员及渗透风产生的湿负荷在上述章节已经述及，围护结构壁面产湿量按2 g/（m2·h）计。

6　冷负荷及湿负荷汇总

汇总站厅站台热、湿负荷，形成冷负荷汇总表。为方便下阶段利用温差计算风量，一般将显冷负荷单独统计。碧海站车站冷负荷汇总见表9。

表7　室内外空气状态参数

表8　自然进风热湿负荷计算表

表9　车站冷负荷汇总　kW

7　结束语

近年来全国地铁建设蓬勃发展，与之不相匹配的是地铁暖通空调设计并没有形成完整的计算体系，造成设计水平参差不齐的粗放型现状。以深圳地铁碧海站为例对地铁空调系统冷负荷计算进行了梳理，列出常用的经验数据，供设计人员参考，对需要注意的各个环节予以说明，为同类工程设计提供参考。

［1］ GB 50157—2003 地铁设计规范［S］.

［2］ 陆耀庆.实用供热空调设计手册［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［3］ 住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施［M］.北京：中国计划出版社，2009.

杨宁：深圳市市政设计研究院有限公司，高级工程师，广东 深圳，518000

责任编辑李葳

U231+.5

A

1672-061X（2016）04-0020-04