地铁车站公共区冬季温度设计标准探讨

1、地铁车站公共区冬季温度设计标准讨论Designteperaturefundergrundstatinsininter摘要地铁车站冬季环境控制标准是实现舒适、平安与节能必须考虑的问题。以我国不同地区的4个典型城市为例，考虑地铁环境的特殊性及各地的气候状况，讨论了各地地铁车站公共区冬季温度设计标准确实定方法，给出了建议的设计值。关键词地铁空调热舒适冬季热损失率Abstratthedesignteperatureshuldbetreatedasaniprtantissueintheralfrt,safetyandenergyeffiieny.Basedntheappliatinanalysistth

2、etypialliatesindifferentareasinhina,disussestheethdfrdeteriningthedesignteperaturefundergrundstatinsininterandgivesprpsedvaluesfrfurtypialitiesasexaples.Keyrdsundergrundrailayairnditiningtheralfrtinterheatdefiitrate我国越来越多的城市正在或者准备兴建地铁。作为全年运行的公共交通工具，地铁车站和列车需要在全年范围内保持合理的热环境。目前对地铁热环境的研究大多集中在夏季，对于冬季的关注不

3、多。在地下铁道设计标准1中，车站和隧道的夏季温度有明确的规定。冬季那么规定了地铁地面厅的室内计算温度为12，车站各类办公有为设备用房计算温度1218泵房、厕所为5。但对于与乘客关系最为亲密的地下站厅、站台和列车车厢的冬季温度却没有详细规定。这对保证乘客在冬季的热舒适性，实现地铁环控系统的全年优化运行控制是不利的。1地铁冬季热环境的特点冬季室外气温低，冷空气经由车站出入口进入车站，可能使车站温度过低，导致使乘客不舒适的冷感觉。但是，由于地铁正常运行时的发热量很大，假设通风量不够，即使在冬季，也可能出现温度过高的现象。根据北京地铁1985-1986年实测数据2，在当时客流及车流条件下，有一定的机械

4、通风量，车站全年最低温度已达15以上。使用STESS软件3模拟计算也说明，在远期设计客流及车流量下，假设没有足够的机械通风量，北京地铁远期冬季温度将在20，甚至25以上。这对于冬季穿着厚重的乘客来说，其感觉将是热而不是冷。地处华北的北京尚且如此，华中的南京、上海和华南的广州等城市，其地铁的冬季温度显然将会更高。因此，对于我国我数城市来说，其地铁的冬季温度显然将会更高。因此，对于我国多数城市来说，地铁冬季过热的可能性也是不可无视的。地铁冬季温度不仅应当规定最低温度，而且应该规定最高温度。我国的地域辽阔，跨越多种气候类型。冬季的气温差异很大。如哈尔滨和广州的最冷月平均气温相差达33。宏大的气候差异

5、使得不同地区的人们在冬季的穿着惯、生活方式有很大不同。由于乘客进入地铁前后的着装情况不可能有大的变化，因此乘客在室外的着装状况将影响到同气候条件地区，其地铁系统应当采用不同的温度标准。假设都采用一样的设计温度标准，将导致乘客的不舒适和环控系统能耗的无谓增加。本文将主要利用HDRheatdefiitrate指标，以4个城市为代表，讨论我国各城市地铁冬季设计温度的取值。2HDR介绍热损失率HDR4是美国运输部提出的一个针对寒冷环境的热感觉指标。综合考虑了温度、湿度、辐射、风速、人体新陈代谢率、穿着等影响人体热舒适的因素。HDR的单位是/2，其中是2人体皮肤面积单位。人的平均皮肤温度是随着外界环境的

6、变化而变化的，感觉根本舒适的平均皮肤温度范围约为30.635。在冷环境下，人体的体温调节中枢首先会使皮肤血管收缩，皮肤温度降低，从而减少散热量。当平均皮肤温度下降到舒适下限30.6时，假设散热量仍然大于发热量，体温进一步下降，人体出现热债。HDR值即表示人体在较冷环境下，平均皮肤温度为舒适皮肤温度下限时的净热损失速率，即负的人体蓄热率。HDR对时间的积分即热债。HDR0是不出现热债的必要条件。由于人体具有一定的蓄热量，当人体的热债到达约100kJ/2时，才会感到冷不适。相反，当人体蓄热量到达100kJ/2时，将感到热不适。21HDR定义式如下：1式中D为热债heatdefiit，J/2，其中2

7、是人体皮肤面积单位；H为暴露时间，s；为新陈代谢率，/2，其中2是人体皮肤面积单位；t为干球温度，；I为为服装热阻，l；Ia为服装外空气边界层热阻，l；R为平均辐射得热，/2，其中2是人体皮肤面积单位。22新陈代谢率的取值根据文献5，6，我国成年人几种活动强度下的新陈代谢率全热如表1所示。表1我国成年人新陈代谢率根底代谢静坐写字办公站立行走3k/h4.8k/h6.5k/h42.458.169.798.9116.1151.3220.6乘客在室外活动量按以4.8k/h速率行走考虑。在站台的活动量为站立并不时走动，新陈代谢率与行走速率3k/h一样。23空气边界层热阻Ia的计算根据文献5，考虑到低温时

8、的辐射和对流修正2式中Ia为服装外边界层热阻，l；v为相对风速，/s；T为空气温度，K。3HDR的计算结果31乘客穿着量乘客通常是从室外直接进入地铁车站的，可以认为乘客进站前后穿着情况不变。乘客的室外穿着量主要是由室外气象状况决定的。在冬季，可以认为乘客在室外的穿着量可以满足根本的热舒适性要求，即乘客在室外的HDR=0。室外相对风速由自然风及行走速度引起，由于各地冬季平均自然风速均明显在于行走速度，且乘客行走方向各异，因此采用平均自然风速作为室外相对风速。忽略辐射的影响，那么根据式1可以计算出乘客穿着量，如表2。表各城市冬季乘客穿着量城市室外温度/风速/sIa/l新陈代谢率/2室外HDR/2服

9、装热阻室外I/l服装热阻站内I/l哈尔滨-203.80.21151.322.432.55北京-52.80.25151.321.611.73南京22.60.26151.321.231.35广州132.40.28151.320.640.76在表2中，I是乘客当时活动情况下的实际服装热阻。由于人在活动时会引起服装的鼓风效应以及汗湿等因素影响，因此穿着的服装的实际的热阻与服装的原始热阻有较大的区别。即使穿着情况不变，乘客活动状况的变化也会导致服装热阻的变化。由于乘客在站内的活动量小于站外，因此站内的服装热阻要大于站外。不同活动量下的服装热阻可按式3估算7；I2=I1+0.246(v1-v2)3式中，v

10、1、v2分别为两种活动量下的等效行走速度，/s。由表2可以看出，由于室外气温的宏大差异，南北方冬季室外穿着量的差异是很大的。哈尔滨的服装热阻远大于广州。广州冬季的外温在10以上，穿着大致相当于西服套装加毛衣绒裤，而冬季哈尔滨的室外温度低至-20，这种环境下在户外需要着多厚毛衣，外套棉大衣或羽绒服，还要加上帽子围巾等等，远比广州最重得多。32地铁工作人员穿着量地铁内工作人员长时间在地铁内停留，为了方便正常工作，着装量不能太厚重。工作人员最大冬季着装量估算如表3。着装原始热阻约为2.69l，考虑工作人员活动强度1.22l。此穿着量接近南京的乘客衣裳着量，但明显小于北京和哈尔滨的乘客穿着量。因此，在

11、华南的城市，地铁工作人员的着装量可以和乘客一样，但在华中、华北及更冷的地方，工作人员的正常工作着装比乘客的着装要少。表3工作人员最大穿着量服装热阻l长内衣衬衫毛衣背心厚茄克内裤绒裤外裤厚袜厚鞋合计0.20.340.360.170.480.150.30.280.050.062.393.3温度范围乘客是地铁的效劳对象，地铁车站环境必须以满足乘客要求为主。由于地铁车站是公共场所，乘客在车站内只是短期逗留，没有必要提供非常舒适的环境。因此，对乘客来说，车站温度满足以下要求即可。温度下限：乘客在地铁内时，对热环境的最低要求是不再继续散失热量，即以乘客在室外的穿着量情况，进入地铁后满足条件HDR=0。温度

12、上限：HDR=-56/2。由于产生热不舒适感觉时的人体蓄热约为100kJ/2。此时一个热债为0的乘客可以在站内停留约30in，身体的蓄热量才会使他感觉热不适。对于多数乘客来说，30in已经足够完成地铁旅行了。在确定车站冬季温度的时候，还必须同时考虑到车站工作人员的需求。由于工作人员长期在车站环境中工作，可以较灵敏地调整服装热阻以适应车站环境。但如前所述，工作人员的服装热阻是有上限的，因此车站温度的下限必须满足工作人员的要求。表4为按此标准计算的结果。括号中的数据为按照工作人员穿着量考虑的值。由于必须同时满足乘客和工作人员的热舒适要求，因此除广州外，各城市地铁冬季温度范围应取两个温度范围的交集，

13、哈尔滨为9.616.4，北京为9.620.5，南京为9.622.3。表4温度范围计算值城市I/l风速/sIa/l新陈代谢率/2温度下限/温度上限/哈尔滨2.55(1.22)1.80.30116-8.4(9.6)16.4(23)北京1.73(1.22)1.80.311162.8(9.6)20.5(23)南京1.35(1.22)1.80.321167.8(9.6)22.3(23)广州0.761.80.3211615.825.24讨论41上面的计算从人体总热平衡角度给出了一个温度范围。但是，人体即使在总体热平衡的情况下，裸露部位和保温薄弱部位如手、脚、脸、耳廓等仍然可能由于环境温度过低而引起不适，甚

14、至影响正常活动和工作的才能。文献8指出，脸面部等人体裸露部的皮肤温度出现显著下降的环境气温界限为10。国家低温作业分级标准GB/T1444-93规定环境温度5以下即属于低温作业。因此站内温度不宜过低，笔者认为最低应在10左右，这对于保证站内工作人员的安康和正常工作，以及乘客的正常活动是必要的。42乘客穿着量受多种因素影响，很难准确计算。上面计算中认为乘客的着装量在车站内外均一样，然而乘客是有可能主动调整自己的实际穿着量的。一般来说，在地铁这类公共场所，乘客将根本维持室外的穿着着量，但是通过解开衣襟、松开钮扣等简单方法，人们仍然可以有一定范围内减小服装热阻。当然在顶峰期拥挤时，又可能由于互相挤靠

15、增加附加热阻，抵消这部分减少量。另外，在北方冬季，由于生活习惯上的原因，人们在室外的穿着量往往偏少。太阳辐射也对人在室外的穿着有一定影响，导致实际室外穿着量偏少数少，而在上述室外穿着量计算中并没有考虑太阳辐射的作用。综合考虑，北方冬季站内温度在计算的温度范围内偏高取值较好。从节能角度看，对我国大部地区的城市，由于地铁冬季仍有过热的危险，因此冬季设计温度高一些是有利的。43上面的计算中室外温度采用的最冷月平均温度，但人们的作息周期是按天计算的，而冬季的外温变化很大，尤其是北方，一次寒潮的来袭就可能使气温下降10以上。因此乘客的着装量是根据当日气象条件决定的，可能每天都不同。以上给出的是按冬季通风

16、计算温度计算的设计标准，地铁环控系统实际运行时的设定温度应根据当日气象情况，按当日均温计算确定。5结论我国各地冬季气候差异很大，地铁公共区的冬季设计温度应与当地气候及气象条件相适应，不能采用统一的标准。寒冷地区地铁车站公共区温度在满足乘客热舒适要求的同时，也必须满足工作人员的根本热舒适要求，并不应低于10。本文利用HDR指标，对我国不同气候区的4个典型城市进展计算分析，得出其地铁车站公共区冬季设计温度范围如表5。假设对热舒适性有较高要求，可以取值范围的中值温度为中心，适当缩小温度范围。表5地铁车站设计温度城市温度下限/温度上限/中值值温度/哈尔滨10.016.413.2北京10.020.515.2南京10.022.316.2广州15.825.220.5参考文献1GB50157-92地下铁道设计标准2清华大学热能系，北京地铁公司环境处，北京地下铁道热环境状况的测定与分析总结报告，1986。3清华大