谈地铁小系统负荷计算中热湿比的影响

吴 进

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014)

1 概述

地铁车站内部按区域划分，一般分为公共区和设备区，公共区为乘客提供服务的空间，设备区为车站运营办公和设备用房空间。为公共区服务的通风空调系统简称为“大系统”，为设备区服务的通风空调系统简称为“小系统”。

小系统根据设备区中房间对温、湿度要求及运行时间的不同，划分为多个子系统。其中空调系统用房一般分3类：人员管理、弱电设备、供电设备。其余房间一般采用机械通风。

本文通过分析杭州某地铁车站小系统中弱电设备用房负荷计算的过程，提出一种热湿比的选取原则。

2 杭州某地铁车站设备用房

某地铁车站设备区布置图见图1，图2，其中公共通信设备室、信号设备室、弱电综合电源室、弱电综合设备室、通风空调电控室、控制室、站台门控制室、照明配电室等房间为弱电设备房；会议室、更衣室、站长室、站务室、值班室、票务室等为人员管理用房；消防泵房、气瓶间、备品库、电缆间等为通风房间；变压器室、高压开关柜室、电能吸收室等为供电房间；卫生间、开水间、污水泵房等为独立排风房间。

3 单风道全空气系统

3.1 系统介绍

全空气系统是完全由空气来担负房间冷热负荷的系统，系统通过输送的冷空气向房间提供显热冷量和潜热冷量，其空气的冷却、除湿由机房内空气机组来完成。单风道系统为机房内空气处理机组只处理出一种送风参数(温、湿度)的空气，供一个房间或多个区域应用的系统。

地铁地下车站空调系统基本上采用单风道集中式全空气一次回风系统。

3.2 计算原理

地铁规范[1]和技术文件规定弱电房间室内温度为27 ℃，湿度为40%～60%，具体参数详见表1，弱电房间空调系统一般采用露点送风，温差10 ℃[2]。

表1 地下车站设备与管理用房空气计算温度、相对湿度与换气次数

当经过空调机组处理一定量10 ℃温差的空气送入各个设备用房，经过吸热、吸湿后，由回排风机排出至空调机组混风箱，与室外新风混合，经过空调机组处理之后再次送入室内。

房间的送风量计算表达式如式(1)所示：

(1)

其中，Ms,Mw分别为房间送风量和湿负荷，kg/s;Qc,Qcs分别为房间全热冷负荷和显热冷负荷，kW;hR,hs分别为室内空气和送风的比焓,kJ/kg;tR,ts分别为室内空气和送风的温度，℃;dR,ds分别为室内空气和送风的含湿量，g/kg;cp为空气定压的比热，kJ/(kg·℃)。

送入各个房间的空气吸热、吸湿的状态变化过程如图3所示。

其中送入各个房间的空气吸热、吸湿的状态变化过程的角系数为：

(2)

角系数ε又称为热湿比，在工程设计过程中，室内冷负荷和湿负荷是已知的，根据式(2)可计算出各房间的热湿比数值。

工程上，一般根据送风状态点、热湿比、室内温度，通过焓湿图来确定室内状态点的具体参数。

因此，当各状态点参数确定后，可知弱电系统设备用房空气状态变化过程表达如图4所示。

根据以上分析，对于地铁设备区空调房间的单风道集中式全空气一次回风系统而言，如何选定热湿比线和室内送风状态点，对于负荷计算至关重要。

4 设计计算分析

4.1 系统参数

地铁地下车站设备和管理用房空调室外计算干球温度35.6 ℃，夏季空调室外计算相对湿度64%，大气压力夏季1 000.9 hPa。新风量标准为30 m3/(h·人)，且新风量不小于总送风量的10%。

地铁设计规范及相关地铁线路设计技术要求中对地下车站设备与管理用房的室内空气计算温度、相对湿度和换气次数的要求，如表1所示。

4.2 计算分析

对于地下空间的设备用房，冷负荷主要是设备、照明发热及人员显热和潜热负荷，湿负荷主要是围护结构散湿和人员散湿，本站中，站厅层设备用房侧墙和顶板与围护结构相邻，考虑一定的结构湿负荷，站台层站台门和变电所控制室未与围护结构相邻，故忽略其结构壁面散湿。

弱电系统主要设备用房冷负荷、湿负荷及热湿比计算结果如表2所示。根据表2中每个房间的热湿比分别绘制焓湿图，确定一个室内状态点，具体参数详见表3。根据式(1)分别计算不同热湿比下各房间的总风量见表4。

表2 弱电系统设备用房负荷、热湿比计算表

表3 不同热湿比下室内状态点参数

表4 不同热湿比下室内总风量 m3/h

通过分析以上计算结果，我们可以看出，房间的湿负荷差别不大，影响房间热湿比的主要是设备发热量，发热量越大，热湿比越大。根据热湿比得出的室内状态点参数可知，热湿比越大，室内状态点相对湿度越小，含湿量越低，焓值越小，所计算的总风量越大。

对于本工程而言，选用不同热湿比所得到的室内状态点，其相对湿度在46%～47%之间，满足规范规定40%～60%的要求。理论上，本工程中选用任何房间的热湿比进行负荷计算，均满足要求。

对于其他地铁工程中弱电系统设备用房而言，各房间的热湿比一般在30 000～300 000之间，按照10 ℃温差露点送风原则，所得到的室内状态点相对湿度在46%～47.5%，基本上满足规范要求[3-4]。

5 结语

对于单风道集中式全空气一次回风系统而言，最大的优点是设备简单，初投资较省，管理维护方便，缺点就是因负担房间较多，各房间负荷变化不一致，无法进行精确调节。对于地铁弱电系统设备用房来说，对室内环境温湿度精度要求不高，单风道集中式全空气一次回风系统可满足房间温湿度要求。但此系统缺点有风管较多、尺寸大、占用空间很大，对于地铁而言，因其系统复杂、管线密集、空间狭小，是个比较棘手的问题。

另外从节能减排、环境保护的角度而言，有数据表明，通风空调系统的能耗占地铁总能耗的50%左右，在碳达峰、碳中和的时代背景下，节能减排成为大趋势，因此，在满足规范和技术要求的前提下，在设计过程中，尽可能的减小系统的送风风量，不仅可缩小系统风管尺寸，节省工程空间，也可以减小空调设备风压和功率，减小地铁能耗[5-6]。

综上所述，在地铁小系统空调负荷计算过程中，建议选用该系统中较小的热湿比数值进行负荷计算。