地铁站厅通风加冷却顶板系统的数值模拟

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1、专业知识分享版【摘要】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】地铁站厅；数值模拟；热舒适性0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

2、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

3、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。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版1.1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

4、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。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版1.2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2

5、0℃。1.3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

6、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

7、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℃使命：加速中国职业化进程专业知识分享版）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。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

8、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。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版图5为离地6