新建武汉站房建筑空调设计及体会

毕庆焕

中铁第四勘察设计院集团有限公司

新建武汉站房建筑空调设计及体会

毕庆焕

中铁第四勘察设计院集团有限公司

介绍了新建武汉站房空调系统的设计要点，重点介绍了站房空调的冷热源及末端系统设计、空调智能节电装置系统设计以及设计体会等。

铁路旅客站房末端设计节电设计体会

1 工程概况

武汉铁路枢纽是全国铁路四大路网客运中心之一，武汉站作为武汉枢纽内的主要客站，是一个集高速铁路、城际铁路、市郊铁路和地铁、公交、长途汽车、出租车、社会车等市政交通设施为一体的大型综合交通枢纽。

武汉站车站建筑由客运站房、站场客运建筑（包括站台雨棚、铁路车场高架桥及站台）、车站广场几部分组成整体。武汉站站房建筑面积112641m2，建筑总高度59.3m。

2 站房空调系统设计

2.1 冷热负荷计算的主要数据

武汉站夏季空调面积87122m2，冬季采暖面积43932m2，经动态负荷计算，站房夏季空调冷负荷为16566kW，冬季高架候车室部分（不含地面层出站厅）采暖热负荷为6381.2kW，其通风空调系统各类指标见表1。

2.2 空调冷热源设计

站房南北侧分设动力机房，空调冷热源为地源热泵复合冷水机组加冷却塔系统，地埋管系统埋管数量按冬季热负荷确定，夏季不足部分辅以水冷冷水机组加冷却塔。站房地面层南北侧分别设置动力机房，其内分别设置离心式冷水机组各两台（夏季供冷主要冷源）、螺杆式地源热泵机组各两台（冬季供热热源、夏季供冷辅助冷源）。

在站房地面层南北区停车场地面下设置了垂直埋管，共1517孔，钻孔深度104m，钻孔直径170mm，孔内设De32双U换热管，管内采用膨润土加黄沙二次回填。由于埋管场地面积大，水平埋管长度不一，为保证每个管井流量一致，设计采用了分区流量控制。地埋管共设66个区，每个分区内井数20～25个，采用同程式连接以保证每井流量一致。各分区间采用异程式连接并在集水器上采用了外设定式流量平衡阀来保证分区流量。

2.3 空调末端系统设计

站房的候车室、出站厅等公共空间设全空气送风系统，其中高架候车室在25.0m夹层设4座空调末端机房，内设热回收组合式空调机组，另外根据建筑平面布置了吊顶空调机组44台、立式空调机组4台，夏季制冷，冬季供热；0.00m层出站厅在地下-8.40m管廊层设8座空调末端机房，内设热回收组合式空调机组，夏季制冷，冬季不供热。站房附属办公用房为水-空气系统，采用风机盘管+全热新风换气机。

武汉站主体结构为钢结构，根据铁路站房旅客区域空间吊顶尽可能高的要求，在18.80m层高架层及25.0m夹层楼板下装修吊顶基本贴近结构梁底部，为暖通专业通风空调风管布置带来很大困难。在设计过程中，本专业与结构及建筑专业密切配合，在结构梁上预留好空调通风管道的孔洞（图1），实现了结构空间的最优化利用。

高架候车室为开敞大空间，空调送风采用在侧壁设喷口侧送风，喷口设计射程25m，通过调节喷口的出风角度达到设计要求，大空间空调气流组织为侧送侧回。为解决受结构梁预留孔洞不足导致送风量不足的限制，同时为改善候车室外侧玻璃幕墙的窗际热环境，在靠近候车室喷口对侧的外侧玻璃幕墙下地面处设置了地板送风口辅助送风。

空调末端系统因地制宜地采用集中与分散结合设计的方式，既满足空调系统运行的灵活性，也减少了空调机房占地面积，将尽量多站房面积留给旅客。

2.4 空调节电装置设计

在铁路站房建筑空调冷负荷构成中，占冷负荷大头的室内热源负荷及新风负荷主要是由室内人员数决定，而客运建筑室内客流量随不同季节、不同时段变化较大，因此车站建筑空调负荷也是在一个比较宽广的范围内波动，其空调系统节能潜力很大。

建筑能耗约占我国总能耗的30%，而空调占建筑能耗的60%～70%[1]，其中风机水泵的能耗又占空调能耗的约60%左右，因此风机、水泵的变流量节电运行更有现实意义。

2.4.1 风系统智能节电装置设计

末端空调机房的组合式空调机组配套风系统智能节电装置，智能节电装置整合了组合式空调机、新风机、回风机、动态流量平衡调节阀、新风阀、回风阀、送风阀的控制。智能节电装置通过灵活方便的人工智能界面，根据检测到的回风、出风温度的变化，与系统设定值进行比较，对空调器风机实行动态变频调速以调节空调风机系统送风量，可有效降低空调风机耗电量。

该控制系统对空调箱风机的新风/排风/回风风门的控制采用回风CO2浓度控制，根据回风中CO2浓度的变化自动调节新风排风/回风风门的开度，以调节新风、回风量的混合比例，从而调节新风量，使CO2浓度值稳定在设定值，在满足空调舒适度对空气质量的要求的同时，最大限度地减少人员新风量，可有效地降低空调系统新风负荷。

2.4.2 水系统智能节能控制设计

武汉站空调系统容量大，站房冷冻水供水采用二次泵变流量系统，即机房内一次泵采用定流量系统，二次泵根据负荷变化采用变流量系统。为保证系统的正常流量调节和节能运行，二次泵设置了具有软启动、变频控制等功能的变流量智能节电装置。

变流量智能节电装置对冷冻水系统采用最佳输出能量控制。当环境温度、空调末端负荷发生变化时，各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量亦随之变化，控制系统将检测到的这些参数送至计算机，计算机依据所采集的实时数据及系统的历史运行数据，实时计算出末端空调负荷所需的制冷量，以及各路冷冻水供回水温度、温差、压差和流量的最佳值，并以此调节各变频器输出频率，控制冷冻水泵的转速，改变其流量使冷冻水系统的供回水温度、温差、压差和流量运行在控制器给出的最优值。由于冷冻水系统采用了输出能量的动态控制，实现空调主机冷媒流量跟随末端负荷的需求供应，使空调系统在各种负荷情况下，都能既保证末端用户的舒适性，又最大限度地节省了系统的能量消耗。

3 设计体会

武汉站房投入使用后，经过运行实践，有以下几点经验教训供大家参考：

1）站房机电设备及管线的布置和维护

铁路站房配套的设备专业共涉及到空调通风、给排水、电力、通信、信号、信息、接触网等多个专业，众多设备及管线的综合布置及维护殊为不易。特别是特大型高架站房的主体候车空间架空于铁路车场正上方，其自身结构体系和设备系统相对复杂，加之股道上列车的不间断运行，站房高架层的结构、设备、管线的维护、检修、更换等受到天窗时段的限制，处理不好会对车站的正常运营带来不便，甚至会对列车运行带来安全隐患。

鉴于此，设计人员必须充分熟悉铁路系统尤其是高速铁路客运专线系统运营的特点及要求，树立极强的安全意识，将安全措施始终贯穿于设计过程之中并逐一落实。注重客站在运营期间的维护保养、维修、设备更换等要求，并采取相应的综合技术措施。首先各类管线尽量避免跨越车场上空，以免对列车运行造成影响；其次各类设备及管线均应充分考虑日常运营维护的空间和条件，同时增加各管线的耐久性、可靠性，保障维护人员的安全等也是在设计中需要重点考虑的因素。

2）站房高大空间冬季制热问题

武汉站房投入使用后，夏季空调制冷效果较好，但经现场调查反映高架候车室冬季制热效果不佳。铁路站房候车室空间高大，一般具有空间高大、通透性要求高和各种空间的连通性强等特点。铁路站房大门经常开启甚至无法关闭是又一个非常重要的使用特点,各车次间隔时间短、人员进出站持续时间长,尤其是两侧正对门同时开启,侵入负荷大,甚至可能形成过堂风；候车厅到站台的检票门的使用特点决定了无法设置门斗,即使设置了门斗也无法起到作用,因此渗透风对室内热负荷的影响就更为突出。

同时武汉站房冬季制热热源利用地源热泵机组制备热水，和夏季空调系统共用末端及送风系统。受到建筑条件的制约，高架候车室的回风口设于25.00m标高夹层的空调机房，导致冬季热风送不下来。

从夏热冬冷地区若干站房的工程实践来看，站房候车厅的高大空间冬季制热利用空调风系统送热风效果均不太理想，而采用地板辐射采暖的站房冬季热舒适性较好，因此对于站房高大空间冬季制热推荐采用地板辐射采暖系统。

3）设计理想与运营现实的差距

在工程实践中，设计师往往有比较好的想法，也能够在具体工程项目中付诸实施，但是受限于目前运营管理水平的制约或者设计措施的不完善，这些好的想法往往不一定能达到预期的目的，甚至于有些还带来负面的效果。比如说，武汉站房为了改善候车室外侧玻璃幕墙的窗际热环境，在靠外侧幕墙地面设置了一排地面送风的地板风口，在实际运行中，这些地板风口积灰堵塞严重，甚至有旅客倒进去的茶叶渣等，送风效果不理想；而在一些站房的设计项目中，全空气送风系统的组合式空调机组考虑了过渡季节全新风节能运行的措施，新风管径按全新风风量口径设置，但是在控制上又没有专门针对性的措施，新风管道上设置的亦不是带比例积分调节功能的风阀，而是手动风阀或者只具有开关功能的电动风阀，在实际运行过程中，过渡季节车站从节约运营电费考虑，一般很少开空调机组通风（因此全新风设置显得没有意义），而空调工况下，由于车站缺乏专业的空调专业人才来管理维护，往往是组合式空调机组的新风阀全开，新风量显著加大甚至比回风量大的多，造成新风负荷远超过设计新风负荷，不仅达不到节能的目的反而造成能源浪费。因此，设计宜从实际运行管理水平出发，因地制宜选择空调技术措施显得更为可靠；同时各空调使用单位，应配置专业的空调运营管理人员，提高空调系统运营管理水平，对降低空调系统电力能耗有非常现实的意义。

[1]马艳,孙文哲.中央空调系统节能方法.建筑节能，2011,(5): 33-35

De s ign o f Cen tra l A ir c on d ition ing Sys tem o f W uhan Ra ilw a y Sta tion

BIQing-huan
China Railway Siyuan Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.

The design points of centralair conditioning system ofWuhan Railway Station are analyzed,especially the design ofheating/cooling resource,the term inals,and the intelligentenergy saving system forHVAC.

railway station,term inaldesign,energy saving

1003-0344（2014）03-079-4

2013-5-25

毕庆焕（1972～），男，本科，高工；武汉市武昌区杨园和平大道745号铁四院建筑院暖通所（430063）；E-mail:496993169@qq.com