风机盘管加新风与柱面贴附送风相结合的方案在地铁公共区的适用性分析

王帅、李瑞嘉、何政伟

（中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江杭州310016）

0 引言

传统的城市轨道交通地下车站公共区通风系统，一般会采用全空气一次回风低速风管系统，气流组织采用上送上回形式，此方案为混合通风。工作区一般处于回风或排风环境中，通风的效率、卫生条件相对较差。柱面贴附送风是一种利用射流在柱面产生贴附效应（康达效应）的新型送风模式，该模式有类似置换通风的效果。空气从位于结构柱上部的回形条缝送风口射出后，立即与矩形柱面形成贴附流动，当接近地面高度时，在地面逆压梯度的作用下，射流主体会与矩形柱面分离，流动方向也由竖直变为水平，并在工作区形成以矩形柱为中心的扩散流动分布。贴附送风气流组织模式，会在工作区形成类似置换通风的空气湖状分布[1]，从而提高空气能源效率和室内空气品质，同时也避免了在传统置换通风中设置大管径送风管道的弊端。研究表明，在地铁车站公共区通风空调系统中采用贴附送风方式，冷水机组的容量可减小22%，空调系统综合制冷性能系数可提高17%，相较于传统的混合式通风方式，车站大系统板材的节约率为14.3%[2]。以合肥某地铁车站为例，研究与分析了地铁车站采用风机盘管加新风的空调系统形式及贴附送风方案的适用性。

1 地铁车站公共区通风空调系统采用风机盘管加新风形式的适用性分析

地铁车站传统通风空调系统中，在车站两端的通风空调机房内各设置了1 套全空气系统，每套由组合式空调器、回/排风机、风管等构成。组合式空调器可集中处理车站回风和新风的混合空气，再由风管送入车站公共区。该组合式空调器的尺寸约为长×宽×高=8.0×3.2×3.0（m），送、回风管截面分别为2000×800（mm），占用了大量有限的地铁空间。

风机盘管加新风的形式是成熟的通风空调系统，地铁车站采用此方案，可替代组合式空调器及大尺寸的送风管，有效降低车站规模。目前，该方案在地铁中的应用较少，主要原因之一是风机盘管数量较多，维护、检修工作量较大。

1.1 风机盘管加新风方案设计

地铁车站公共区通风空调系统选用风机盘管加新风系统，在站厅与站台的公共区设置风机盘管，可用于承担公共区的冷负荷；在两端的通风空调机房设置2 套新风处理机组，分别承担站厅层与站台层公共区的新风负荷，风机盘管送风与新风送风管中设置风管杀菌装置。

以合肥市某地铁标准车站为例，方案布置示意图详见图1。

图1 地铁站厅公共区风机盘管加新风方案布置示意图

根据合肥市的气象条件，计算所得该站公共区的空调系统负荷及设备参数详见表1，公共区排烟系统可维持原方案，此表中不再赘述。

表1 风机盘管加新风方案空调负荷与设备参数表

根据上述内容，采用风机盘管加新风方案，设计参数均在合理范围内，可满足地铁车站公共区通风空调及防排烟功能的要求。

1.2 车站土建及通风空调的造价影响分析

地铁车站通风空调机房宽19.2m，长度主要受限于组合式空调器的长度。以长度为8m 的组合式空调器为例，考虑检修要求，车站一端的通风空调机房长度应不小于14m，另一端长度应不小于13m。采用风机盘管加新风系统，若取消组合式空调器，空调机房的长度可减少2.5～3.5m。以两端通风空调机房长度均减少2.5m 为例，车站面积共减少约83.5m2，节约土建建设成本约167 万元。

传统的车站通风空调系统与风机盘管加新风系统设备与安装的费用估算对比详见表2（各类风管主材按耐火复合风管考虑）。

表2 传统通风空调系统方案与风机盘管加新风方案设备与安装费用估算对比表

采用风机盘管加新风方案，相较于传统的通风空调系统方案，设备与安装费用减少了4.8 万元，加之土建费用的差值为167 万元，总费用可节省171.8 万元。因此，地铁车站采用风机盘管加新风方案，经济性更合理。

2 柱面贴附送风的适用性分析

地铁车站作为地下公共建筑，内部热源与污染源繁杂，无自然通风条件，因此，采用高效的气流组织方式，对提升站内空气品质至关重要。贴附送风具有类似置换通风的效果，是一种高效率的气流组织方式，地铁车站的公共区大空间内阻挡气流在地面贴附流动的障碍物较少，为柱面贴附射流的应用提供了条件。柱面贴附射流示意图详见图2[3]。

图2 柱面贴附射流示意图

2.1 地铁车站柱面贴附送风方案

仍以合肥某地铁车站为例，结合其风机盘管加新风方案，如图3，在车站结构柱上方设置柱面贴附送风回形静压箱。静压箱与风机盘管送风管、新风管相连接，在经过内部混合后，通过回形静压箱下部的条形风口送风，气流贴附柱面流至地面冲击偏转区，进而流动至人员工作区，回风进入风机盘管尾端回风口，自此完成贴附送风气流的组织循环。

图3 地铁车站柱面贴附送风方案剖面示意图

2.2 地铁车站柱面贴附送风效果评价

由于尚无实际工程采用风机盘管加新风与柱面贴附送风相结合的方案，采用CFD 数值模拟的方法进行送风，效果良好。对合肥某车站进行了此方案下的CFD 模拟与分析，通过站姿下垂直温差及通风效率两项参数，对通风效果进行了评价。以站厅公共区为例，详见图4、图5。

图4 站厅公共区贴附送风人员脚部高度的温度分布（据地0．1m）

图5 站厅公共区贴附送风人员头部的温度分布（据地1．7m）

根据CFD 模拟结果，站厅与站台层的站姿下，垂直温差分别为1.06oC 与0.89oC，均在合理范围内（≤3oC）；站厅层与站台层的通风效率分别为1.39 与1.25，均大于1。因此，该站贴附送风效果的评价指标均在合理范围内。此外，由于人员工作区主要在2.0m 高度以下，模拟研究发现，在满足此高度下的人员舒适性及温度、空气流速的设计要求的前提下，站厅层送风量由44635m3/h 减少至40172m3/h，站台层送风量由51807m3/h 减少至46626m3/h。由此可见，采用贴附送风气流组织方式可降低约10%的送风量，冷量可降低约9.9%。

3 结语

以合肥某地铁车站为例，从方案设计与投资造价的角度，研究、分析了风机盘管加新风系统在公共区通风空调系统中的适用性。相对于传统通风空调系统方案，风机盘管加新风系统方案会增加一定的设备维护工作量，但经估算，整体初投资可节省约171.8 万元，经济性相对合理。根据CFD 模拟结果，风机盘管加新风与柱面贴附送风相结合的通风空调方案效果较好，可降低公共区约10%的总冷量，既节约能耗又节省冷源初投资，对地铁车站公共区的适用性较好。