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【摘要】本文介绍了地铁地下车站站台设置屏蔽门的通风空调系统公共区空调负荷计算方法，并结合具体工程分析了几大关键因素对空调负荷计算结果的影响。
【关键词】屏蔽门系统；冷负荷；风量
地铁地下车站空调系统有开、闭式系统和屏蔽门系统三种形式。若采用屏蔽门系统，车站内公共区散热量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、广告、照明及设备散热量、站台内外温差传热量、渗透风带入的热量。与开、闭式系统相比，由于车站与行车隧道隔开，少了列车和隧道活塞风对车站的影响，冷负荷仅为闭式系统的22%～28%，且由于车站与行车隧道相隔，减少噪声对车站的干扰，不仅使车站环境较安静、舒适，也使乘客更为安全。本文以华东某一城市地铁为例，阐述屏蔽门系统地下车站公共区负荷计算方法。
1.车站室内外设计参数及设计原则
该城市地下车站通风空调系统按站台设置屏蔽门系统设计。
通风空调系统的主要作用是列车正常运行情况下排除余热余湿，为乘客创造一个往返于地面街道至地铁列车内的过渡性舒适环境；最大限度吸引客流，并为工作人员提供必需的安全、卫生、舒适的环境条件，同时也为列车及设备的运行提供良好的工作条件。地铁内发生火灾事故时，通风空调系统应为乘客和消防人员提供新鲜空气、排除烟气，为乘客撤离事故现场创造条件。
1）地铁空调室外计算干球温度根据《地铁设计规范》（GB50157-2013），采用近20年夏季地铁晚高峰负荷时平均每年不保证30h的干球温度。此地区公共区取夏季空调室外计算干球温度为32.5℃，相应的湿球温度为27.5℃。
2）车站空调为舒适性空调，车站公共区室内设计参数：站厅采用30℃，站台28℃，相对湿度均为40～70%。
需要空调的管理、设备用房：t=27℃
ф=40～60%。
区间隧道：正常运行：t≤40℃。
阻塞运行：列车周围空气平均温度≤40℃；列车顶部最不利点温度≤45℃。
3）人员最小新风量：地下站是一座狭长的地下建筑，除出入口和风井与大气沟通外，其余可以认为基本与大气隔绝，因此人员的新风量标准就显得尤为重要，按照《地铁设计规范》的规定，站厅站台空调季节采用每个乘客按不小于12.6m3/h.人，且新风量不小于系统总风量的10%；非空调季节每个乘客按不小于30m3/h.人；设备管理用房人员新风量按不小于30m3/h.人，且不小于系统总风量的10%。
4）地下铁道内空气质量标准：空气中二氧化碳浓度小于1.5‰；空气中含尘浓度（日平均浓度）小于0.25mg/m3。
2.车站空调负荷组成及计算方法
地下车站通风空调系统由以下几部分组成：车站公共区通风空调系统（兼排烟系统，简称大系统）、车站设备管理用房通风空调系统（兼排烟系统，简称小系统）、空调水系统（简称水系统）、车站轨行区域排热通风与排烟系统、区间隧道活塞/机械通风系统（兼隧道防排烟系统）。
小系统和水系统与地面建筑相同，屏蔽门系统车站轨行区域及区间隧道采用通风系统，本文重点介绍地铁车站公共区（大系统）的通风空调负荷计算方法。
屏蔽门系统的车站公共区空调负荷主要由以下几部分组成：
2.1人员负荷
乘客在站厅散热量为显热35W/人，潜热147W/人，散湿量为220g/人。乘客在站台散热量为显热45W/人，潜热136W/人，散湿量为203g/人。
2.2设备负荷
包括照明、AFC、广告牌、导向指示牌、PIS显示屏、电梯、自动扶梯等设备的散热量，按照各设备专业所提资料直接计算。
2.3 屏蔽门引起的负荷
包括屏蔽门传热和漏风产生的负荷。
屏蔽门传热根据区间与站台温差和屏蔽门传热系数计算。
漏风负荷计算有以下两种方案：
1）将屏蔽门漏风量全部按室内渗透风量处理，其引起负荷作为室内基本负荷，此种情况进入组合空调机组的新风量取人员所需最小新风量与总风量的10%的最大值。屏蔽门的漏风量作为室内渗透风负荷，分两部分计算：
以某标准站为例，介绍两种漏风负荷计算的不同。第一种计算方法（简称算1）将屏蔽门漏风量全部按室内渗透风量处理，第二种计算方法（简称算2）将屏蔽门漏风量全部作为新风量处理。
2.4围护结构的负荷
包括土壤传热、壁面散湿、出入口渗透等。
站台公共区不与土壤直接接触，站厅公共区与土壤有直接接触，但站厅埋深较浅，土壤与壁面温差不大，围护结构传热量较小且传热量为负值，故可忽略此项，按最不利计算空调负荷。
壁面散湿取值1--2g/m2.h。
出入口是连接车站与室外的通道，目前一般按照200W/m2估算热负荷。
2.5其他
包括空调设备温升、新风负荷、输送损失等。
3.屏蔽门漏风量的确定
屏蔽门漏风量作为空调负荷计算的主要边界条件，是影响计算的重要参数，也是较难确定的参数，目前采取理论计算和实测数据协同设定工程经验值。
1）理论计算
理论计算多采用CFD方法或CFD与网络法联合模拟计算。
2003年，D McKinney和P Miclea以SES计算结果为CFD模拟的边界条件，采用非稳态模拟列车靠站屏蔽门开启时，隧道与站台之间风量的交换，研究结果较为全面且详细，但文中未说明上下游车辆的运行是否对本段隧道风量的影响，并将每节车厢的四个屏蔽门简化为一个，而且未考虑热压作用和乘客上下车时对气流的阻碍作用。
2004年，Lin-Jye Chun等用SES结合CFD软件，模拟计算了列车高速通过站台时（未停靠车站）屏蔽门隧道侧压力的变化。 王迪军以SES计算结果为CFD模拟的边界条件，考虑了上下游车辆运行的影响因素，但是按照稳态方法（皆用平均风量）模拟计算列车靠站屏蔽门开启时，隧道与站台之间风量的交换，且未考虑热压作用和乘客上下车的影响。
2006年，清华大学李亮、朱颖心等较深入地研究了地铁屏蔽门漏风问题，考虑了上下游车辆运行状况对本段隧道的影响，各个机械送排风系统方式，站台两侧通风井的位置和断面积，列车牵引曲线，列车停站时间、屏蔽门开启时间、屏蔽门开启面积，列车到屏蔽门的间距以及乘客对进出车门的影响。但未考虑室外渗透风负荷分配到站厅、站台的比例。文献给出了6节编组下，排热风机48m3/s风量时，停站期间站台流入隧道的平均流量为27.4m3/s，隧道流入站台的平均流量为1.9m3/s，停站时屏蔽门开启时间为20s。
2）实测数据
2007年，清华大学朱颖心等在我国南方某城市针对屏蔽门漏风量进行了较为精确的测量。测试车站排热风机风量为40m3/s，列车停站屏蔽门开启时的平均瞬时漏风量Gs约29m3/s。
根据理论计算与实测数据，目前工程上普遍采用时均值5～10m3/s的漏风量作为设计依据。该地铁远期排热风机风量为40m3/s，6节编组，高峰小时30对行车对数，若按每次停车屏蔽门开启为20s计算，则1小时内上、下行屏蔽门总开启时间为20x30x2=1200s，小时平均漏风量Gp=Gsx1200/3600。理论计算结果，按排热风机风量折合为40m3/s并忽略隧道流入站台的风量，得到Gs=22.8m3/s，实测结果Gs=29m3/s；Gp=Gsx1200/3600=7.6～9.7m3/s。根据计算结果，该地铁采用9m3/s的时均值漏风量进行设计计算。
4.计算结果
按照以上原则，对两种漏风量负荷分别计算。算1中新风量约为3.0m3/s，算2中新风量为9m3/s。算1将屏蔽门漏风全部作为室内基本负荷处理，由于除湿风量较大，系统总风量大于算2的结果，算2将屏蔽门漏风全部作为新风负荷处理，导致新风量较大。由于空调机组和回排风机设置变频，新风机不设置变频，故方案1在屏蔽门关闭时段特别是初期小对数运行时具有节能效果。故该地铁采用算1的计算结果。
参考文献
[1]地铁设计规范 GB50157-2013
[2]李亮等.关于列车停站时段站台屏蔽门渗透风量的数值模拟研究：[硕士学位论文].北京：清华大学建筑学院建筑技术科学系，2006
作者简介
黄晓静，女，（1981—），工程师.
【关键词】屏蔽门系统；冷负荷；风量
地铁地下车站空调系统有开、闭式系统和屏蔽门系统三种形式。若采用屏蔽门系统，车站内公共区散热量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、广告、照明及设备散热量、站台内外温差传热量、渗透风带入的热量。与开、闭式系统相比，由于车站与行车隧道隔开，少了列车和隧道活塞风对车站的影响，冷负荷仅为闭式系统的22%～28%，且由于车站与行车隧道相隔，减少噪声对车站的干扰，不仅使车站环境较安静、舒适，也使乘客更为安全。本文以华东某一城市地铁为例，阐述屏蔽门系统地下车站公共区负荷计算方法。
1.车站室内外设计参数及设计原则
该城市地下车站通风空调系统按站台设置屏蔽门系统设计。
通风空调系统的主要作用是列车正常运行情况下排除余热余湿，为乘客创造一个往返于地面街道至地铁列车内的过渡性舒适环境；最大限度吸引客流，并为工作人员提供必需的安全、卫生、舒适的环境条件，同时也为列车及设备的运行提供良好的工作条件。地铁内发生火灾事故时，通风空调系统应为乘客和消防人员提供新鲜空气、排除烟气，为乘客撤离事故现场创造条件。
1）地铁空调室外计算干球温度根据《地铁设计规范》（GB50157-2013），采用近20年夏季地铁晚高峰负荷时平均每年不保证30h的干球温度。此地区公共区取夏季空调室外计算干球温度为32.5℃，相应的湿球温度为27.5℃。
2）车站空调为舒适性空调，车站公共区室内设计参数：站厅采用30℃，站台28℃，相对湿度均为40～70%。
需要空调的管理、设备用房：t=27℃
ф=40～60%。
区间隧道：正常运行：t≤40℃。
阻塞运行：列车周围空气平均温度≤40℃；列车顶部最不利点温度≤45℃。
3）人员最小新风量：地下站是一座狭长的地下建筑，除出入口和风井与大气沟通外，其余可以认为基本与大气隔绝，因此人员的新风量标准就显得尤为重要，按照《地铁设计规范》的规定，站厅站台空调季节采用每个乘客按不小于12.6m3/h.人，且新风量不小于系统总风量的10%；非空调季节每个乘客按不小于30m3/h.人；设备管理用房人员新风量按不小于30m3/h.人，且不小于系统总风量的10%。
4）地下铁道内空气质量标准：空气中二氧化碳浓度小于1.5‰；空气中含尘浓度（日平均浓度）小于0.25mg/m3。
2.车站空调负荷组成及计算方法
地下车站通风空调系统由以下几部分组成：车站公共区通风空调系统（兼排烟系统，简称大系统）、车站设备管理用房通风空调系统（兼排烟系统，简称小系统）、空调水系统（简称水系统）、车站轨行区域排热通风与排烟系统、区间隧道活塞/机械通风系统（兼隧道防排烟系统）。
小系统和水系统与地面建筑相同，屏蔽门系统车站轨行区域及区间隧道采用通风系统，本文重点介绍地铁车站公共区（大系统）的通风空调负荷计算方法。
屏蔽门系统的车站公共区空调负荷主要由以下几部分组成：
2.1人员负荷
乘客在站厅散热量为显热35W/人，潜热147W/人，散湿量为220g/人。乘客在站台散热量为显热45W/人，潜热136W/人，散湿量为203g/人。
2.2设备负荷
包括照明、AFC、广告牌、导向指示牌、PIS显示屏、电梯、自动扶梯等设备的散热量，按照各设备专业所提资料直接计算。
2.3 屏蔽门引起的负荷
包括屏蔽门传热和漏风产生的负荷。
屏蔽门传热根据区间与站台温差和屏蔽门传热系数计算。
漏风负荷计算有以下两种方案：
1）将屏蔽门漏风量全部按室内渗透风量处理，其引起负荷作为室内基本负荷，此种情况进入组合空调机组的新风量取人员所需最小新风量与总风量的10%的最大值。屏蔽门的漏风量作为室内渗透风负荷，分两部分计算：
以某标准站为例，介绍两种漏风负荷计算的不同。第一种计算方法（简称算1）将屏蔽门漏风量全部按室内渗透风量处理，第二种计算方法（简称算2）将屏蔽门漏风量全部作为新风量处理。
2.4围护结构的负荷
包括土壤传热、壁面散湿、出入口渗透等。
站台公共区不与土壤直接接触，站厅公共区与土壤有直接接触，但站厅埋深较浅，土壤与壁面温差不大，围护结构传热量较小且传热量为负值，故可忽略此项，按最不利计算空调负荷。
壁面散湿取值1--2g/m2.h。
出入口是连接车站与室外的通道，目前一般按照200W/m2估算热负荷。
2.5其他
包括空调设备温升、新风负荷、输送损失等。
3.屏蔽门漏风量的确定
屏蔽门漏风量作为空调负荷计算的主要边界条件，是影响计算的重要参数，也是较难确定的参数，目前采取理论计算和实测数据协同设定工程经验值。
1）理论计算
理论计算多采用CFD方法或CFD与网络法联合模拟计算。
2003年，D McKinney和P Miclea以SES计算结果为CFD模拟的边界条件，采用非稳态模拟列车靠站屏蔽门开启时，隧道与站台之间风量的交换，研究结果较为全面且详细，但文中未说明上下游车辆的运行是否对本段隧道风量的影响，并将每节车厢的四个屏蔽门简化为一个，而且未考虑热压作用和乘客上下车时对气流的阻碍作用。
2004年，Lin-Jye Chun等用SES结合CFD软件，模拟计算了列车高速通过站台时（未停靠车站）屏蔽门隧道侧压力的变化。 王迪军以SES计算结果为CFD模拟的边界条件，考虑了上下游车辆运行的影响因素，但是按照稳态方法（皆用平均风量）模拟计算列车靠站屏蔽门开启时，隧道与站台之间风量的交换，且未考虑热压作用和乘客上下车的影响。
2006年，清华大学李亮、朱颖心等较深入地研究了地铁屏蔽门漏风问题，考虑了上下游车辆运行状况对本段隧道的影响，各个机械送排风系统方式，站台两侧通风井的位置和断面积，列车牵引曲线，列车停站时间、屏蔽门开启时间、屏蔽门开启面积，列车到屏蔽门的间距以及乘客对进出车门的影响。但未考虑室外渗透风负荷分配到站厅、站台的比例。文献给出了6节编组下，排热风机48m3/s风量时，停站期间站台流入隧道的平均流量为27.4m3/s，隧道流入站台的平均流量为1.9m3/s，停站时屏蔽门开启时间为20s。
2）实测数据
2007年，清华大学朱颖心等在我国南方某城市针对屏蔽门漏风量进行了较为精确的测量。测试车站排热风机风量为40m3/s，列车停站屏蔽门开启时的平均瞬时漏风量Gs约29m3/s。
根据理论计算与实测数据，目前工程上普遍采用时均值5～10m3/s的漏风量作为设计依据。该地铁远期排热风机风量为40m3/s，6节编组，高峰小时30对行车对数，若按每次停车屏蔽门开启为20s计算，则1小时内上、下行屏蔽门总开启时间为20x30x2=1200s，小时平均漏风量Gp=Gsx1200/3600。理论计算结果，按排热风机风量折合为40m3/s并忽略隧道流入站台的风量，得到Gs=22.8m3/s，实测结果Gs=29m3/s；Gp=Gsx1200/3600=7.6～9.7m3/s。根据计算结果，该地铁采用9m3/s的时均值漏风量进行设计计算。
4.计算结果
按照以上原则，对两种漏风量负荷分别计算。算1中新风量约为3.0m3/s，算2中新风量为9m3/s。算1将屏蔽门漏风全部作为室内基本负荷处理，由于除湿风量较大，系统总风量大于算2的结果，算2将屏蔽门漏风全部作为新风负荷处理，导致新风量较大。由于空调机组和回排风机设置变频，新风机不设置变频，故方案1在屏蔽门关闭时段特别是初期小对数运行时具有节能效果。故该地铁采用算1的计算结果。
参考文献
[1]地铁设计规范 GB50157-2013
[2]李亮等.关于列车停站时段站台屏蔽门渗透风量的数值模拟研究：[硕士学位论文].北京：清华大学建筑学院建筑技术科学系，2006
作者简介
黄晓静，女，（1981—），工程师.