高铁车站候车厅热环境实测与分析

2021-03-29王晨辉杨睿康

建筑热能通风空调 2021年2期

王晨辉杨睿康

西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院

随着我国经济的发展，高大空间建筑的应用变得越来越广泛，典型的高大空间包含有火车站，航站楼候机厅，体育馆，会展中心以及大型的工厂厂房等。火车站候车厅作为大空间的典型建筑，具有空间体积大、窗墙比高、人员灯光密集等特点[1]。如何保证火车站候车厅内的热舒适环境成为亟待解决的问题。王康[2]等人利用CFD 对火车站内不同的气流组织形式做了比较，得到了热环境最佳的气流组织方案。王鑫磊等人[3]通过实际测试获得了首都机场 T2 航站楼内的热环境参数。目前高大空间建筑的空调通风主要以喷口送风为主，喷口高度一般在4～6 m，人员仅在2 m 高度范围内活动，采用空气作为冷源的输送介质，造成风机能耗偏高[4]。此外，候车厅的温湿度调控通过相应的测点来实现自动控制，设计合理的气流组织以及合理的布置测点将大大降低空调能耗。2019 年，笔者通过实际测试得到了阿房宫高铁车站候车厅内的空气参数，分析了高大空间的室内空调参数分布状况，为优化航站楼内的气流组织设计提供参考。

1 车站简介

阿房宫站位于陕西省西安市沣东新城南陶庄村，是西成高铁上的一座车站，2017 年 12 月 6 日，阿房宫站随西成高铁一并投入运营。站房面积为 5896.5 m2，建筑面积为1636.8 m2，主体一层，部分为两层，层高分别为5.7 m、4.8 m，最高聚集人数为1000 人。候车厅主入口为处设有门斗，最低处净高 9.6 m，吊顶标高10.5 m。

阿房宫高铁车站运行时间为 7:00-23:00，空调的运行时间与车站运行时间一致，阿房宫高铁车站采用了喷口送风的空调形式，喷口高度为 5.9 m，东西两侧壁面各有 20 个球形喷口，壁面下方各有两个 1.2 m×2 m 的方形回风口。

2 测试方法及部位

测试时间为 2019 年 1 月 14 日 15:00 至 1 月 15日15:00。测试地点为阿房宫高铁车站候车厅，人流较多，为安全考虑，温湿度测试采用“ 模块+气球”的形式（见图 1）来得到水平及垂直方向的分布，考虑到测试的安全性，拟采用氦气（惰性气体）对气球充气。

图1 候车厅温湿度测点水平布置示意图

本文在候车厅共布置7 组测试部位，记号为A-F，具体测试部位见图 2，在垂直方向上1.1 m、1.7 m、4 m、6 m、8.5 m 处分别布置了测点，从下而上编号依次命名为1～5。风速测试采用手持单通道便携式热线测速仪，由于场地空间的限制，只测试了 1.1m及1.7 m高度的风速。

图2 候车厅测试点位分布

测试中主要用到的仪器及其精度如表 1 所示，测试中要尽量伸长仪器，避免人为因素的干扰，从而提高测试结果的准确性。

表1 测试仪器

3 测试结果与分析

3.1 室外温湿度分布及分析

对室外空气温湿度测点的记录数据进行整理，温湿度变化曲线如图3 所示。

图3 室外温湿度随时间变化

从图3 可以看出：室外温度在 1 月15 日 04:00 达到最低值 4 ℃，在 1 月 15 日 13:30 达到最高值12.06 ℃，最大温差为8.06 ℃。室外相对湿度在1 月15日04:00 相对湿度达到最高值68%，在 1 月 15 日 12:30 达到最低值 19%，相对湿度最大差值为 49%，其中1 月 15 日 15:00 室外相对湿度比 1 月 14 日 15:00 低28%，说明1 月15 日室外的空气较为干燥。从 1 月14日 15:00 到 1 月15 日 15:00 的温湿度随时间变化来看，随着温度的升高，相对湿度逐渐降低，随着温度的降低，相对湿度逐渐升高，两者变化趋势基本相反。

3.2 车站内部温度分布及分析

本次测试车站候车厅共有7 组测试部位，每个测试部位布置有 5 个测点，7 组测点温度随时间变化相同，选择 A 组测试部位的测点温度随时间的变化（连续24 h）如图4 所示。

图4 A 组测点温度随时间变化

从图 4 中可以看出：七个测点温度随时间的变化趋势基本一致，且在1 月 14 日 23:00 温度产生明显的下降趋势，此时车站即将闭站，空调系统关闭。在 1 月15 日06:30 温度产生明显的上升趋势，此时车站开始运营，空调系统开启。在车站运营时间段（1 月14 日15:00—1 月14 日23:00、1 月15 日 06:30 至1 月15 日15:00），车站内各测点温度值波动值为±1 ℃，温度基本不随时间变化。在车站运营时间段（1 月14 日15:00 至1月 14 日 23:00、1 月 15 日 06:30 至 1 月 15 日15:00），七个测点组温度最低值均在 20 ℃以上，各个测点组在工作区内的温度为23±3 ℃，基本满足人体热舒适要求。从图4 可以看出B、D、E、F 四组测点由于距离风口较远，受喷口送风射流影响较小，因此具有明显的温度分层现象，而 A、C、G 组则由于送风射流的影响，在射流范围内温度变化波动较大，温度分层现象不明显，另外可以看出在空调关闭后七组测点都出现了明显的温度分层。

为了更好地研究车站内垂直温度分布的规律，取1 月 14 日 16:00（空调开启）和 1 月 15 日 03:00（空调关闭）各个测点组的温度数据做出竖直温度分布曲线图（图5、6）。

图5 垂直温度分布（1 月14 日16:00）

从图 5 可以看出：车站候车厅温度最大值出现在测点C 距地面8.5 m 处，温度最大值为26.81 ℃。温度最低值出现在 E 组测点距地面 1.1 m 处（E1），温度最小值为22.06 ℃，两者之间的差值为4.75 ℃。A 组测点、G 组测点与 C 组测点的温度明显高于其余四组测点，说明候车厅各部位存在着一定的区域温差，测点A、测点 G 与测点C 距离车站内空调送风口最近，受喷口送风气流影响较大，因此温度比其余测点偏高。各测点温度基本都随着高度的增加而增大，其中在0～1.7 m 的垂直区域内温度变化趋势最大，变化温差最大为1.5 ℃，说明垂直温度的分布受人员影响较大。

图6 垂直温度分布（1 月15 日03:00）

从图6 可以看出：七个测点组的温度随高度的增加而增大，且温度基本为线性增大。此外由于车站处于闭站状态，车站内部只受冷风渗透影响，故候车厅七个测点在同一高度下，温度差值不超过1 ℃，可近似认为水平方向不存在温差。车站候车厅温度最大值出现在测点G 距地面8.5 m 处，最大值为18.38 ℃。车站候车厅温度最小值出现在测点E 距地面 1.1 m 处，最小值为17.19 ℃，两者差值为1.19 ℃。

3.3 车站内部湿度分布及分析

候车厅?相对湿度与温度同时记录，共有七组测点，相对湿度分布如图7 所示。

图7 A 组测点相对湿度随时间变化

从图7 可以看出：车站内相对湿度与温度一样，在1 月 14 日 23:00 和 1 月 15 日 06:00 受到空调开闭的影响，曲线发生突变。与车站内温度变化不同的是，相对湿度的变化相对平缓，在车站运营时间段（1 月14日 15:00 至 1 月 14 日 23:00、1 月 15 日 10:00 至 1 月15 日 15:00）相对湿度维持稳定，基本不发生变化。在车站关闭后（1 月 14 日 23:00 至1 月15 日07:00），车站内相对湿度的变化与室外相对湿度的变化趋于一致，可知车站内相对湿度的变化受室外影响较大。七组测点相对湿度最大值出现在测点 A，最大值为44%。相对湿度最小值出现在测点C，最小值为 10%，两者相差34%。七组测点相对湿度最大值均出现 2m以下工作区内，相对湿度随着温度的升高逐渐降低。相对湿度在竖直方向没有出现明显的分层现象。1 月14 日车站运营时相对湿度稳定下变化范围为 18%～32%，1 月 15 日车站运营时相对湿度稳定下变化范围为10%～24%，可知1 月15 日车站内相对湿度低于1 月14 日。1 月15 日室外相对湿度低于1 月14 日，可知，室内相对湿度的变化主要是受到了室外的影响。

3.4 车站内部风速分布及分析

车站内风速测点在垂直方向布置了 1.1 m、1.7 m两组数据，整理这两组数据得到曲线如图8、9：

图8 在1.1 m 处各个测点风速随时间的变化

图9 在1.7 m 处各个测点风速随时间的变化

从图8～9 可以看出：测点C、测点G、测点 A 距离球形喷口最近，水平距离为 11m，其中测点 C、测点 G正对球形喷口，因此测点 C、测点G 的风速较大，其中测点C 的风速值为0.9± 0.2 m/s，测点 G 的风速值为1.2±0 .4 m/s。测点E 位于车站中央，且距离球形喷口最远，水平距离为 36 m，测点 E 的风速最低，风速值为0～0.2 m/s。测点B、D、E、F 的风速值均小于0.4 m/s，基本可以满足舒适度要求，然而测点 A、C、G 的风速值较大，尤其是测点 C 和测点 G，风速最大值分别为1.135 m/s、1.596 m/s，具有明显的吹风感。测点 G 在垂直高度 1.7 m 处风速平均值为 1.28 m/s，在垂直高度1.1 m 处风速平均值为 1.01 m/s；测点 C 在垂直高度1.7 m 处风速平均值为 0.96 m/s；测点 C 在垂直高度1.1m 处风速平均值为 0.76 m/s；测点 A 在垂直高度1.7 m 处风速平均值为 0.47 m/s；测点 A 在垂直高度1.1 m 处风速平均值为 0.43 m/s；测点 B、D、E、F 的风速值在1.1 m 和1.7 m 处基本一致。可知测点C、G 在1.7 m 处风速值受到送风口的影响更大，而测点 B、D、E、F 基本不受送风口影响。