浅议地铁车站公共区冷负荷计算

摘 要：随着经济的快速发展，城市规模和人口不断扩大，传统的城市地面交通运输已无法满足城市经济快速发展的需求，越来越多的地下交通运输形式蓬勃兴起，地下车道形式得到越来越多的应用，便利的交通给人们节省了大量出行时间。文章对地铁公共区冷负荷计算的影响因素，对负荷计算中存在问题进行探讨分析。能给客流量较大的换乘车站提供舒适的地铁乘车环境，这至关重要。

关键词：地铁；车站公共区；冷负荷

引言

地铁地下线是一座狭长的地下建筑，除各站出入口和通风道口与大气沟通以外，可以认为地铁基本上是和大气隔绝的。由于列车运行、设备运转和乘客等会散发大量的热量，若不及时排除，地铁内部的空气温度就会升高，同时，由于地铁周围土壤通过地铁围护结构的渗湿量也较大，若不加以排除地铁地下线路内部的空气湿度会增大，这些都会使乘客无法忍受。因此，必须设置通风和空调系统，对地铁内部的空气温度及湿度等空气环境因素进行控制[1]。地铁空调系统设计与民用建筑设计还是存在诸多不同，而且冷负荷计算的合理性直接影响到后期空调设备选型及运营能耗等方面。文章结合某南方城市地下车站公共区冷负荷计算数据，对设计计算不合理及存在问题之处进行分析和探讨。

1 车站空调冷负荷计算方法

根据规范要求，除在方案设计或初步设计阶段可以使用冷负荷指标进行必要的估算外，施工图设计阶段应进行逐时冷负荷计算。在工程设计中，对于方案设计或初步设计阶段，通常采用空调冷负荷指标法估算，以确认设备容量及系统造价。对于一般建筑的空调冷负荷指标为100-250W/m2，对于大型建筑，如百货商场等指标达到350W/m2[2]。在现行设计中，施工图阶段多采用冷负荷系数法或采用设计软件进行负荷计算。以某南方城市地下双层岛式车站为例，施工图阶段，理论计算出站厅公共区空调冷负荷指标约200W/m2，站台公共区约740W/m2。因此，在方案设计或初步设计阶段，不能简单地套用空调冷负荷指标进行冷负荷估算。由于我国地域差异，地铁空调系统还没有统一的空调冷负荷指标，且受列车运行影响，在列车进站时，通过屏蔽门的渗透风带入热量对站台空调环境影响很大，还需进一步研究。且需综合考虑由于空调系统因地域不同、空调制式不同等计算方法存在差异，总结及制定出符合我国地铁车站冷负荷计算特点的计算方法。

2 室内外计算参数

地铁车站的空调尾舒适性空调，根据统计数据资料，乘客完成一个客车过程，从进站、候车到上车，在车站上仅3min-5min，下车出站约需3min，因此，车站的空调有别于一般舒适性空调[1]，由于地铁车站空调仅为乘客提供一个过渡性的热舒适环境，只需考虑乘客由地面进入车站有较凉快的感觉，满足于“暂时舒适”就可以了。每个城市空调室外计算干球温度是一定，从节能角度，就要求车站室内空气计算温度与室外计算干球温度的温差应该较小，即车站室内空气计算温度的设定值要高。但我国各地气候条件差异较大，人们长期生活的环境条件也不同，因此对温度的适应情况不同，对温度的感觉也存在差异。如南方地区的人与北方地区的人相比，更喜欢室内温度低一些。在现行设计中，认为按地铁规范的规定，地下车站站厅的空气计算温度比空调室外计算干球温度低2-3℃，站台比站厅低1-2℃的标准进行设计，灵活处理温差是合理可行的。

3 空调冷负荷计算组成

城市轨道交通通风空调系统分为三种制式：开式系统、闭式系统、屏蔽门系统。现在地下车站设置基本都采用屏蔽门系统，以下讨论亦以屏蔽门系统为例。采用屏蔽门系统后，屏蔽门将隧道分隔在站台之外，车站空调负荷受隧道的影响相对较小，车站内公共区散热已不含列车驱动设备发热量、列车空调设备及机械设备发热量，仅有站内人员散热量、照明设备散热量、站台内外温差传热量、渗透风带入热量[3]。由于地铁车站内的照明、广告灯箱等散热量可以通过各用电设施的实际功率很方便的计算，不在详述。以下主要对车站冷负荷计算占比较大的人体热负荷及渗透风带入热量进行讨论。

3.1 人体热负荷

因人体热负荷的确定，关键在于地铁客流量的确定上，而这一数据一般源自当地交通规划部门的客流预测报告，而且客流预测中上下车客流量的合理性直接关系到同时在站人数的准确性，同时在站人数为站厅及站台人员热负荷（包含显热及潜热）的计算基数。以某南方城市地下双层岛式车站为例，车站此负荷约占车站公共区总冷量的40.5%。

那么客流预测的准确性及合理性就显得尤其重要。客流预测是通过建立现状社会经济、土地利用、人口、车辆拥有、交通网络等与现状交通需求及特征之间的定量关系（四阶段模型），并结合规划前景的假设与输入、获得预测年的交通需求与特征，包括轨道客流需求与特征数据。在轨道客流需求的基础上，通过客流分配，得到研究线路的客流详细指标。客流预测年限分为初期、近期和远期[4]。

既然客流预测是在建立模型的基础对未来的客流进行预测，本身就对边界输入条件进行假设，其准确性受到诸多因素的影响。根据作者所在南方城市现行开通的运营地铁，开通运行两年，即使开通区间小交路的运营模式，其早晚高峰期还是大大高于初期预测客流，而且在客流量较大的换乘车站，矛盾更加明显。那么如何在客流预测数据的基础上，确定上下车客流量，是值得设计人员研究的问题[5]。

3.2 渗透风带入热量

以某南方城市地下双层岛式车站为例，此部分热量在车站公共区冷量中约占30%，此部分热量分为出入口渗透风和屏蔽门开启时的渗透风，其中以屏蔽门开启时的渗透风最大。在设计中，一般都是通过设计经验，按估算指标进行计算，出入口为200W/m2，屏蔽门按每站5-10m3/s估算漏风量。针对上述经验数据，如出入口数量，通常一个地下车站设置2-4个出入口，但随着城市线网的扩展，车站出入口的数量不断增加；屏蔽门如按上述指标进行估算，那么上下限值相关的风量相差为18000m3/h。而且随着运营年份的不同，即使同一位置处的热量也随之改变。结合运营实例，区别标准车站、换乘站以及站台形式等对上述经验数进行修改完善，必要时可结合采用仿真模拟计算。

4 结束语

综上所述，地铁车站冷负荷计算有别于民用建筑计算，其计算影响因素多，而且通风空调的能耗在车站总能耗中占比很大，如何结合基础数据、经验数值，准确合理地进行负荷计算，与后期的设备选型及运营能耗关系密切，同时也是地铁设计值得研究的方向。

另外车站冷负荷除公共区冷负荷外，还应包含设备区的冷负荷，其负荷计算又有别于公共区，特别是对于重要设备房间（如信号设备室）需按24小时不间断空调进行设计，如何合理确定此类房间设备发热量，并区分考虑运营和非运营时段设计，亦是冷负荷计算的难点，文章不作详述，作为作者后期研究方向。文章的宗旨是探讨合理计算车站冷负荷，以便更好地控制后期空调运营能耗。那么作为地铁设计人员更不应墨守成规，应采用各种计算手段，结合地铁设计特点，必要时可进行设计及技术创新。

参考文献

[1]GB50157-2003.地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013：468+477.

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册第二版[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：1492.

[3]周顺华.城市轨道交通设备系统[M].北京：人民交通出版社，2009，6：152-153.

[4]王遇川，刘东.屏蔽门地铁车站公共区空调系统节能分析[J].暖通空调，2010（12）.

[5]彭博，吴喜平，郑懿.地铁区间热环境影响因素分析研究[J].建筑熱能通风空调，2010（4）.

作者简介：杨进，男，硕士，深圳市地铁集团有限公司，从事地铁设计管理。