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浅谈地铁车站空调负荷特性
本文以广州地铁为例，分析地下地铁车站的空调负荷。 1空调系统概述 1.1空调系统划分
按照功能特点，地铁车站空调系统可分为:车站站厅、站台公共区空调系统，简称为大系统;车站设备管理用房空调系统，简称为小系统。大系统主要在乘客活动区域内为乘客提供舒适、卫生的过渡性环境，小系统主要为工作人员提供舒适的工作环境和为车站设备提供适宜的运行环境。
1.2空调系统室内设计参数(见表1) 一般地，表1中设备用房的空调室内设计参数可满足地铁车站工艺设备房的运行要求;变电房的降温方式应遵循节能的原则，选择通风降温或空调冷风降温。 2空调负荷分析 2.1大系统空调负荷
大系统空调负荷主要由6部分组成:人体散热、散湿负荷，围护结构散热、散湿负荷，照明负荷，新风负荷，出人口空气渗透负荷，车站公共区设备发热负荷。 2.1.1人体散热、散湿负荷 人体散热、散湿主要是由乘客在车站内的活动造成的，所以车站客流量及乘客在站内停留的时间是人体散热、散湿的决定因素。 非换乘站大系统空调人数计算公式如下。
式中GC，GP分别为站厅、站台的计算人数;A1，A2分别为车站远期高峰时上车、下车客流量，人/h，应根据客流预测报告选择相应车站的客流量;al，a2分别为乘客上车在站厅、站台的停留时间，min，可取2min或根据乘客购票时间、行车间隔决定;b1，b2分别为乘客下车在站厅、站台的停留时间，min，可取1.5min或根据乘客出站所需时间决定。 对于换乘车站计算人数必须根据车站换乘的方式(即换乘客流的行走路线)决定车站站厅、换乘厅和站台的计算人数。 地铁与其他公共交通一样，存在很明显的地域差异及峰谷时间，根据部分车站的客流资料计算，某些客流密集的换乘车站的高峰客流量是客流小的车站的7-8倍，客流密集车站的人员热负荷占该站大系统总负荷的40%以上，客流小的车站则为10%以下;图1为某车站逐时客流比例图，车站客流最高峰时刻为08:00，其次为17:00，车站低谷时刻客流约为高峰时的15%。可见，车站客流是大系统空调负荷的主要影响因素之一，所以必须充分研究客流情况，同时计算空调负荷时必须计算大系统人员的逐时负荷。 2.1.2围护结构散热、散湿负荷 根据专家的研究与分析，地下车站的外围护结构与土壤间的传热不计算到围护结构的散热中，可作为车站空调负荷的裕量，所以大系统围护结构散热主要是车站的内围护结构间温差的传热。对于屏蔽门系统，屏蔽门及车站轨道排热风道对站台的传热为主导因素，其传热量可根据下式计算:
Q=KF(tls，--tn) (2)
式中Q为内围护结构传热量WK为内围护结构传热系数，W/(m2·℃);F为内围护结构传热面积，m2;tls、为相邻房间室内计算温度，℃;tn为空调室内计算温度，℃。
围护结构散湿是指外围护结构与土壤间的散湿量，可通过单位面积的散湿量进行计算，按照经验数据，单位面积散湿量可按2g/(m2·h)进行计算。 2.1.3照明负荷
照明负荷约占大系统空调总负荷的15%，照明逐时负荷可按下式计算: QT:=QsXr-T (3)
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式中QT为照明设备T时刻的计算冷负荷W;QS为照明设备散热量，W;Xr-T为从开灯时刻到计算时刻照明散热的冷负荷系数(可根据文献[1]选择)。 2.1.4新风负荷
对于设置屏蔽门系统的车站，大系统的新风量可取下述三者中的最大值:计算人员新风量;新风量不小于系统总送风量的10%;屏蔽门漏风量。 根据现行屏蔽门系统的应用情况，近、远期屏蔽门漏风量是大系统新风量的决定因素，归纳已有线路的设计数据，新风负荷占车站大系统空调负荷的比例随车站规模的增大而减小，一般为15%--40%。因此，新风负荷是大系统空调负荷的又一主要部分。计算新风负荷时必须根据夏季空调室外计算逐时温度计算，可按下式计算夏季空调室外计算逐时温度: tsh=twp+βΔtr (4)
式中tsh为室外计算逐时温度℃; twp为夏季空调室外计算日平均温度，℃; β为室外温度逐时变化系数;△tr为夏季室外计算平均日较差，℃。
屏蔽门漏风的来源是列车到站时乘客下车，屏蔽门、车门打开，由于受到轨道排风、活塞风的影响，通过屏蔽门两侧的空气发生的质量和热量交换。在实际设计过程中，一般会利用模拟软件进行屏蔽门漏风量的计算。根据一些专家的模拟计算，广州地铁几条线的屏蔽门漏风量大部分在5~13m3/S之间。隧道内的平均温度因线路的长短、列车每小时运行的对数等因素的变化而有较明显的变化，广州已建成的地铁线路中最高39℃左右，最低32℃左右。由于隧道内压力变化的影响因素较复杂且难以测定，所以取值问题尚未有一致的看法。而在计算空调负荷时，一个车站的屏蔽门漏风量一般取值5~8m3/s。由于新风量取决于近、远期屏蔽门漏风量，所以从节能、降低初投资及运营成本等角度出发，对地下车站大系统新风量及屏蔽门漏风量的研究势在必行。 2.1.5出人口空气渗透负荷
屏蔽门系统的设置很大程度上减少了活塞风对车站公共区环境的影响，但由于屏蔽门漏风的存在，使车站公共区某些时刻存在一定负压，因此必须考虑室外热空气通过车站出人口侵人而引起的空调负荷。一般情况下，此部分负荷所占比例很小，计算是为了提高结果的精度。
2.1.6车站公共区设备发热负荷
车站公共区设备一般包括:自动扶梯，垂直升降机，售检票设备，广告灯箱，导向指示牌，银行、商铺设备等，此部分负荷占大系统总空调负荷的15%左右。 2.1.7大系统空调逐时负荷分析 由以上分析可知，新风负荷与人员散热负荷是大系统空调负荷的两个主要部分。由于新风量受屏蔽门漏风量的影响，在空调季节为了避免车站内出现负压，防止室外热风的侵人，要保持一定的新风量，新风负荷随时间变化的幅度较小(见图2)，所以准确确定屏蔽门漏风量是地下车站空调节能的重要环节。人员散热负荷随时间变化的幅度较大(见图3)，作好空调系统逐时的调控对空调节能有比较显著的效果。