地铁站厅通风加冷却顶板系统的数值模拟

专业专业知知识识分享版分享版 使命 加速中国职业化进程使命 加速中国职业化进程 摘摘 要要 针对层高较高的地铁站厅提出了置换通风加冷却顶板的空调方案 通过数值模拟分析 考察了 室内流场 温湿度分布及热舒适度分布情况 结果表明 该系统在不影响热舒适性问题的前提下 可满足 站厅内的环控要求 关键词关键词 地铁站厅 数值模拟 热舒适性 0引言引言 地铁站厅为较封闭的地下空间 具有空气流通性差 人流量大等特点 设计不合理的气流组织形式 很容易造成站厅内空气环境恶化 目前 站厅空调常用的气流组织形式为上送下回或上送上回 若站厅层 高较高 上送风形式容易造成冬季热风难以送达人员活动区 通风换气效率低下 且对全部室内环境控制 的做法也会造成能源浪费 相对而言 置换通风分层空调的特性无疑具有明显的节能优势 本文以天津地铁三号线解放北路站厅为研究对象 针对站厅的建筑特点 提出了置换通风加冷却顶 板的空调方案 并通过数值计算对室内环境进行了考察 该站厅层高较高 属地下高大空间 在国内尚不 多见 置换通风结合冷却顶板的系统在热湿负荷较大的场合 可弥补置换通风制冷能力小 辐射顶板不除 湿 易结露的问题 实现优势互补 1 为今后类似工程的空调设计提供了一个新思路 1模型建立模型建立 该站厅 图 1 位于地下一层 面积约 4300m2 层高 8 65m 吊顶高度 7 4m 模型采用天津地 区夏季室外参数为依据 空调室外干球温度 33 4 湿球温度 26 9 根据 地铁设计规范 GB50157 2003 2 夏季室内设计温度 30 相对湿度 40 65 为便于计算及建模 对所建模 型做了以下简化 1 一些面积较小的门洞及不规则轮廓忽略不计 2 出于计算成本考虑 人体热源简化为立方体代替 每个立方体代表两人 3 相距较近的送风口 合并为一个大风口考虑 专业专业知知识识分享版分享版 使命 加速中国职业化进程使命 加速中国职业化进程 1 1风口风口 图 2 所示的出入口为站厅与外部的通道 这些风口为建筑本身的通风口 模型中按压力入口处理 入口参数同室外环境 站厅中部检票区内有两组自动扶梯接往地下站台层 该处通道的风量主要受地铁活 塞风影响 3 可按屏蔽门漏风量每站36000m3 h 折算 4 入口空气参数为站台室内设计参数 置换通风系统的送风口根据建筑特点 大部分布置于站厅四周壁面近地面处 考虑到站厅跨度较大 为保证室内中间区域的温度控制 设置 30 个高 1 2m 边长 0 6m 的多面出风散流柜于检票区周围 系 统的回风口则位于站厅吊顶中部区域 具体布置如图 2 所示 专业专业知知识识分享版分享版 使命 加速中国职业化进程使命 加速中国职业化进程 1 2冷却顶板冷却顶板 为达到均匀辐射效果 冷却顶板整体交错布置于站厅吊顶 冷顶板总面积 1050m2 表面温度 20 1 3人体热源人体热源 人体散热是室内冷负荷的主要组成部分 但目前资料尚无权威的地铁站厅人员密度数据可查 根据 文献 4 上车客流在车站停留时间为 4 分钟 其中集散厅停留 1 5 分钟 站台停留 2 5 分钟 下车客 流车站停留时间为 3 分钟 集散厅 站台各停留1 5 分钟 以地铁车站客流 12800 人 小时算 再考虑 室内常驻的工作人员 乘以 1 2 的安全系数和0 89 的群集系数 则站厅内人员数为 342 人 人体全热 散热量按 150W 计 散湿量 0 06g s 5 数值计算中 为节约计算成本 人体模型以每两人一个立方体 代替 散湿量的模拟则以一置于立方体前的源项模块代替 站厅内人员分布基本随机布置 但根据常理 主要集中于检票机附近 1 4室内设备室内设备 室内发热设备主要为照明灯具 电梯和检票机 灯具置于站厅天花板处 照明总负荷 107 5kW 电梯发热量为 3000kW 检票机发热量 150kW 共28 台 具体布置如图 2 2模拟结果与分析模拟结果与分析 本例设计工况为送风量 114796m3 h 送风温度为 24 相对湿度 54 送风风速 0 25m s 模 型采用 HEX 结构化网格 网格数 1109623 湍流模型为零方程模型 6 2 1温度分布温度分布 由图 3 可看出 室内温度分布热分层明显 基本实现了置换通风的效果 人员活动区温度基本控 制在 28 以内 通往地下站台层的扶梯口处有一股较热空气 28 进入站厅 该热气流进入室内后 受热浮升力作用直接到达室内上部区域 并未在人员活动区扩散 专业专业知知识识分享版分享版 使命 加速中国职业化进程使命 加速中国职业化进程 在站厅通往首层的通道口处 由于压差的作用 室外的热空气被引入室内 热空气进入室内后 升 入上部区域 并在天花板附近扩散开来 因风量较大 通道口附近温度明显高于室内其他区域 对人员活 动区也有一定影响 可考虑在出入口设置空气幕以减少室外空气对站厅温度的影响 2 2速度分布速度分布 图 4 为离地 0 1m 处速度分布 在近地处 除风口附近 水平方向上的气流无明显趋势 进入站 厅的气流对人员活动区的影响基本不大 由云图还可看出 在 0 1m 水平面上 风速基本小于 0 15m s 根据热舒适性的研究结果 7 在 24 的送风下 该风速对室内人体舒适性不会产生影响 专业专业知知识识分享版分享版 使命 加速中国职业化进程使命 加速中国职业化进程 图 5 为离地 6m 处站厅流速分布云图 站厅上部区域的气流明显受出入口通风气流的影响 相对 人员活动区 上部空气流动相对较剧烈 流动主要受通风气流影响 从出入口侧剖面图可以看出 图6 从通道口进入到站厅的热空气 在垂直热压差的影响下直接上升到室内上部区域 大大减小了其对站厅人 员活动区的干扰 2 3湿度分布湿度分布 图 7 为站厅内相对湿度分布图 因室内余湿主要来源于人体 余湿散发后即被人体产生的热羽流 带入室内上部区域 使得相对湿度分层分布 而人员稀少的站厅角落 因缺少热羽流带动 湿气聚集 相 对湿度大 但仍主要集中于上部区域 对人员活动区无影响 人员活动区相对湿度平均值为 52 满足 规范设计要求 专业专业知知识识分享版分享版 使命 加速中国职业化进程使命 加速中国职业化进程 2 4热舒适性分分析热舒适性分分析 PMV 指标代表对同一环境大多数人的冷热感觉 PMV 0 时意味着室内热环境为最佳热舒适状态 8 数值越小 冷感觉越强 图 8 给出了离地 0 1m 和 2m 处室内 PMV 分布 在 0 1m 的高度上 脚踝处 PMV 值基本不超过 1 属于适中偏微暖感觉 而在 2m 高度上 PMV 值增幅不大 受温度分布的影响 图中左侧 PMV 稍高 整个平面基本在 1 左右浮动 属于微暖感觉 作为夏季工况 人体感觉微暖并不 是最理想的状态 但是地铁站厅作为乘客从外界进入地铁站的一个过渡区 停留时间较短 这样的环境是 可以接受的 专业专业知知识识分享版分享版 使命 加速中国职业化进程使命 加速中国职业化进程 由于每个人对冷热程度的感知不同 PMV 不能作为唯一的指标评价室内热舒适性 还应引入 PPD 指标来表示对环境不满意的百分数 ISO7730标准对 PPD 指标的推荐值为 PPD 10 9 相当于在人群 中允许有 10 的人感觉不满意 图 9 为离地 0 1m 和 2m 处室内 PPD 分布 在两个不同高度的水平面上 受温度的影响 检票 区和靠近通道口的区域 PPD 值较高 而其他区域如靠近送风口的部位则较小 PPD 值总体较高 但由于 站厅环境要求本身不是太高 PPD 要求等级可以相应提高 如需达到更好的室内环境 可在靠近通道口 和检票区周围增设送风口 或适当降低送风温度来达到 3结论结论 通过对站厅在置换通风加冷却顶板系统下的环境模拟 可以得出以下结论 1 站厅内温度分层现象明显 可达到分层空调的节能效果 人员活动区平均温度控制在 28 以 内 下部的低速送风 0 25m s 对人员活动区