地鐵空調負荷實驗

地鐵空調負荷實驗研究摘要：地鐵是大城市立體交通體系的重要組成部分，其空調系統(tǒng)耗能巨大，因此地鐵熱環(huán)境詳細的測量與分析對地鐵空調系統(tǒng)節(jié)能具有重要意義。但是目前國內對地鐵空調負荷的實測數(shù)據(jù)較為缺乏，無法系統(tǒng)總結地鐵空調系統(tǒng)的負荷情況。本文通過在典型夏季日地鐵空調系統(tǒng)正常運行工況下，對南方某大城市兩個典型地鐵站的站臺、站廳及隧道進行了多次現(xiàn)場熱環(huán)境參數(shù)測量，計算動態(tài)逐時出入口新風負荷、活塞風負荷、列車負荷、人員負荷以及車站設備負荷。通過研究活塞風分布情況以及車站氣流分布情況，分析活塞風對地鐵熱環(huán)境的影響，由此確定車站冷負荷組成，分析系統(tǒng)能耗的實際應用情況。此外，通過測量空調系統(tǒng)實際運行情況，并對其運行狀況與設計狀況的差異進行了對比分析。本研究獲得地鐵熱環(huán)境的重要實驗數(shù)據(jù)，可為地鐵熱環(huán)境模擬提供指導及實驗驗證。地鐵空調負荷的研究結果對地鐵空調系統(tǒng)設計以及空調系統(tǒng)的節(jié)能運行調節(jié)具有重要的指導意義。關鍵字：活塞風新風負荷運行工況能耗地鐵1研究背景地鐵空間作為典型的地下大空間建筑，其空調運行能耗是地鐵總能耗的重要組成部分。因此，地鐵空調系統(tǒng)的合理設計及優(yōu)化運行對于地鐵的節(jié)能運行具有舉足輕重的影響。由于列車是影響地鐵熱環(huán)境的主要干擾源，列車的往來運動導致地鐵站臺內氣流分布的周期性變化，根據(jù)靜態(tài)平均負荷設計的空調系統(tǒng)在實際運行中可能無法滿足設計要求，因此有必要了解這一動態(tài)變化過程。同時地鐵站作為一個整體，其各部分負荷相差很大，所以有必要分析各部分負荷的實際情況，有針對性的采取節(jié)能措施，以合理減低空調能耗。這些問題的解決，都依賴于對地鐵熱環(huán)境詳細的測量與分析。同時，近年來應用漸廣的地鐵熱環(huán)境模擬手段，也急需大量的實驗驗證。但是由于地鐵熱環(huán)境實地測量的復雜性，目前國內對地鐵空調負荷的的實測數(shù)據(jù)非常缺乏。2負荷分析本文選取中國南方城市的四出口地下雙層島式車站作為地鐵熱環(huán)境測量標準站，以典型夏季日空調系統(tǒng)開啟工況作為主要測量環(huán)境，進行了多次現(xiàn)場熱環(huán)境測量。在所測地鐵站系統(tǒng)中，其設計負荷按照遠期進行設計，包括兩部分：列車運行散熱負荷和公共區(qū)空調負荷。其中，列車負荷包括列車運行負荷和活塞風負荷。公共區(qū)空調負荷包括站廳、站臺人員設備負荷和空調系統(tǒng)新風負荷。以其中某車站為例，根據(jù)設計資料，地鐵系統(tǒng)設計各部分負荷情況為：列車運行負荷1283kW，設備負荷285kW，人員負荷320kW，空調系統(tǒng)新風負荷170kW，設計總負荷2058kW。通過實地測量分析，計算出地鐵系統(tǒng)各部分實際負荷為：列車運行負荷239kW，設備負荷210kW，人員負荷18kW，出入口新風負荷1009kW，活塞風負荷215kW，實際運行總負荷1691kW。設計和實際各負荷比例關系分別見圖1和圖2。按設計目標，現(xiàn)階段為近期工況，負荷應該是設計負荷的40％－50％。但事實上空調系統(tǒng)在近期運行環(huán)境下達到了遠期設計負荷的80%。分析其各部分負荷情況，設計設備負荷略大于實際設備負荷，比較合理；設計列車對數(shù)約為實際列車對數(shù)的2.5倍，設計列車負荷為實際列車運行負荷與活塞風負荷的2.9倍，因此設計列車負荷也比較合理；設計人員負荷為實際人員負荷的17.8倍，在遠期列車對數(shù)增加的情況下，列車上平均人員密度為現(xiàn)在的7倍，該結果被認為略大，但仍然可以接受，因此人員負荷設計基本合理。設計新風負荷占總負荷比例較小，而近期階段實際運行時，出入口的新風負荷成為主要部分,為設計新風負荷的6倍。如此巨大的新風負荷是由于送排風不平衡（送風量24萬m3/h，排風量37萬m3/h）引起出入口新風量13萬m3/h，加上活塞風引起車站出入口新風量8萬m3/h，合計總新風量21萬m3/h，遠大于設計值5萬m3/h。因此設計中未考慮出入口新風負荷是導致空調系統(tǒng)實際運行情況和設計不吻合的主要原因。圖1設計各負荷比例關系圖圖2實際各負荷比例關系圖進一步研究各部分負荷變化的逐時變化圖（見圖3），出入口新風負荷不僅所占比例較大，且隨時間變化較為明顯。因此在其余各負荷變化不大的情況下，出入口新風負荷變化成為導致空調總負荷波動的主要因素。圖3實際測量工況下車站各部分圖4理想狀態(tài)下車站各部分負荷比例逐時變化圖負荷比例逐時變化圖3改進和建議3.1對于新建的地鐵站在設計上首先應考慮地鐵站作為特殊的地下空間，其負荷特性不同于一般的民用建筑。設計過程中，地鐵活塞風導致的出入口的顯著新風負荷是不可忽略的重要影響因素，如何減小活塞風對地鐵熱環(huán)境的影響，是否仍然需要從空調箱引入新風和機械排風都是值得考慮的問題。3.2對于已建成的地鐵站由于在設計上未考慮活塞風影響（或考慮活塞風影響較?。?，可通過調整運行模式，以達到一定的節(jié)能效果?？蓪⒖照{箱的排風閥及新風閥完全關閉，依靠活塞風作用誘導出入口新風來滿足人員衛(wèi)生要求。以本文實測車站為例，由送排風不平衡造成出入口新風量約是出入口總新風量的2/3。關閉排風閥和新風閥后，車站的新風量為8萬m3/h，大于5萬m3/h新風量的設計要求，完全能夠滿足人員的衛(wèi)生需要。這樣可以將新風量減小60％（減少13萬m3/h），減小新風負荷約600kW，從而將總負荷減小為約1000kW，為設計遠期負荷的50%。研究出入口進入站廳的新風流動過程（見圖5），可以看到出入口的新風完全可以進入站臺以滿足衛(wèi)生要求。因此一般情況下地鐵站的空調箱可運行在無新風工況下，減少了經過空調箱引入車站的新風，從而達到一定的節(jié)能效果。手圖敬5屯違出入口新風在強車站流動過程們在實測日牽工況下，假定展關閉空調系統(tǒng)說排風的狀況下至，可以得到理瘡想狀況下車站訂全天負荷變化鍋情況（見歌圖飄4翁）。在這種工坐況下的車站負黑荷約為設計負偉荷挪的加5刻0其％，可達到設存計要求。因此首關閉空調系統(tǒng)余新風與排風，白有效降低負荷鋪，在實際工程顯中是可以采用遞的方法之一。4結論炕地鐵空調膊系統(tǒng)負荷實驗刺研究通過地鐵幟熱環(huán)境實際測崗量所得數(shù)據(jù)進江行深入分析，撫為地鐵熱環(huán)境媽模擬及空調體綠統(tǒng)運行管理提柳供一定的指導隔作用。通過南扛方某大城市地維鐵站的實測發(fā)陜現(xiàn)，其新風負賓荷占總負荷易的疾60絕%猶以上，成為地歪鐵空調系統(tǒng)運輔行偏離設計狀各態(tài)、耗能過大載的主要原因，莊也是導致地鐵害站內負荷大幅慕波動的決定性沒因素。站地鐵站的憤設計不同于民社用建筑設計，容設計時應該考立慮到活塞風對錫地鐵熱環(huán)境的佛影響。針對地纏鐵站空調負荷付的特殊性，利評用活塞風引起放出入口新風進證入車站，可在舍實際運行