利用活塞风降低地铁站通风空调系统能耗的潜力研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文利用活塞风降低地铁站通风空调系统能耗的潜力研究专业：供热、供燃气、通风及空调工程硕士生：吴嘉钰指导教师：赵蕾教授摘要[1]地铁作为城市公共交通的重要方式迅速发展，但也带来了巨大的能耗问题。地铁地下车站环控系统运行能耗在南方城市约占地铁运营总能耗的50%，在北方城[2]市也达到了近30%。可见降低地铁环控系统能耗是地铁地下车站节能的主要途径之一。近年来，已有很多学者对降低地铁地下车站环控系统能耗进行了许多探索和研究，尤其是在直接利用隧道活塞风所携带的能量来降低通风空调系统能耗方面。采用嵌有可控风口的全高安全门虽是研究的热点之一，但在实际应用中

2、却存在许多问题。对于采用全封闭式站台门系统的双层岛式地下车站，由于站台层上、下行线隧道两端各有6㎡左右的端门，即共有24㎡/站，因此若采用可换气式结构的端门，可为全封闭式站台门系统的地铁站利用活塞风的能量、改善站台候车环境提供新途径。本文采用理论分析、实测数据分析与CFD数值模拟相结合的方法开展研究。选取西安市地铁2号线地下典型车站——市图书馆站的隧道及站台、站厅温、湿度的实测数据与实测西安市气象数据进行对比分析，得出地铁站内温、湿度随室外变化的规律。利用实测数据，通过计算相对热指标（RWI）与热损失率（HDR）等“暂时热舒适”指标来探究地铁站内乘客的热舒适规律，分析

3、乘客在西安由室外进入地下双层岛式车站站厅及站台层过程中的热舒适感变化特点；基于“相对热指标”对地铁站温、湿度运行参数给出了建议，提出了建议的空调、通风系统运行模式，并将其与现行方案的能耗进行了对比，以冷负荷的变化量来量化节能效果。此外，还根据实测数据探究了地铁运行过程中站台及隧道内温、湿度变化规律，摸清了直接利用活塞风的可行性及时效性。研究发现，西安地铁二号线市图书馆站夏季乘客在站内感到凉爽，但室内、外温差较大，可能会造成乘客的不舒适及能源的浪费，因此建议适当提高站台空调运西安建筑科技大学硕士学位论文行温度。计算结果表明，采用建议温度可以在保证乘客热舒适的前提下起到节

4、能的效果。冬季站内乘客基本感觉热舒适。隧道内的空气状态几乎全年与站台内相差较小，且在测试期间无明显温升。最后，采用西安地铁2号线活塞风实测温度及速度结果作为边界条件，利用CFD软件模拟了一个列车运行周期内（驶出上一个车站→进入站台→停靠站台→驶出站台→驶入下一个站台）单侧列车的工况，分析在不同端门开启方案下，因列车活塞效应而通过端门的换气量及站台内速度场分布特征。模拟结果分析表明，在西安地铁中应用可通风型端门具有可行性，上、下行线隧道入口处两个端门同时开启的工况下站台内气流组织更均匀。关键词：现场实测相对热指标节能CFD模拟可通风型端门西安建筑科技大学硕士学位论文St

5、udyonthePotentialofImplementingPistonWindtoMinimizeHVACEnergyConsumptioninSubwayStationSpecialty:Heating,VentilationandAirConditioningDegreeCandidate:WuJiayuSupervisor:Prof.ZhaoLeiABSTRACTRapiddevelopmentofMetroandotherrailtransithasimprovedtheoveralldevelopmentlevelofcities.Butithasals

6、obroughtabouthugeenergyconsumptionatthesametime.Theventilationandairconditioningsystemofundergroundrailwaystationisveryhighinenergyconsumption,whichaccountsforabout50%ofthetotalenergyconsumptioninthesoutherncities,andnearly30%inthenortherncitiesofChina.Therefore,oneoftheeffectivewaystor

7、educethepowerconsumptionofundergroundstationsistoreducetheenergyconsumptionofthesubwayenvironmentcontrolsystem.Inrecentyears,manyscholarshavedonealotofresearchonreducingtheenergyconsumptionofventilationandairconditioningsysteminundergroundstations,especiallyinthedirectuseofthet