变工况郑州地铁站空调系统运行温度的分析

2016-07-27 03:39:39杨梦辉张晓静

四川建筑 2016年2期

杨梦辉，张晓静

(郑州科技学院, 河南郑州 450064)

变工况郑州地铁站空调系统运行温度的分析

杨梦辉，张晓静

(郑州科技学院, 河南郑州 450064)

【摘要】运用相对热指标分析乘客在设计温度下由室外进入郑州地铁站内热舒适感觉的变化，同时运用RWI差值的方法计算在室外温度变化时，郑州地铁站内的空调运行温度。

【关键词】相对热指标；热舒适；空调运行温度；变室外温度

地下轨道交通在安全性、准时性、舒适性、载客容量和环保性能等方面都优于私人交通和公共汽车。由于地铁具有如上的优点，使其成为了解决现代交通拥堵的重要方式。但回顾国内外早期修建的地铁，人们对地铁内部环境的热舒适度并没有得到足够的重视。但是近些年随着人们生活水平的提高，人们对于环境的舒适性有了进一步的追求，广泛地受到人们的重视。

地铁的环境控制系统是一个复杂的系统，受到诸多因素的影响，如室外环境温度、湿度、气流速度、客流量、人员活动强度、站内灯光、设备等因素的影响。地铁站通风空调系统的设计思路是：使站内的环境与室外环境的变化能够相适应，室外温度变化时，站厅及站台厅内温度都能做出相应调整，以满足人体热舒适要求，同时达到节能的目的。地铁站厅及站台厅是乘客短暂停留的地方，因此使乘客由室外依次进入站厅、站台厅能够得到短暂舒适的感觉即可。

1郑州地铁概述

1.1郑州地铁概况

郑州是中原地区第1个拥有轨道交通、中部六省第2个拥有轨道交通、全国第19个开通地铁的城市。2009年6月6号，郑州地铁1号线动工，2013年12月28号郑州地铁1号线1期工程通车运营。郑州市轨道交通共规划17条线路，覆盖郑东新区、郑州西开发区、航空港区等地区。郑州市人口密度大，公交车客流量极大，因此城市轨道交通将极大程度缓解路面交通压力，提高安全系数，方便市民出行。

1.2郑州地铁空调系统

根据GB 50157-2013《地铁设计规范》规定：地下车站站厅温度比夏季空调室外计算温度低2 ℃～3 ℃，且不应超过30 ℃，站台厅比站厅温度低1 ℃～2 ℃；相对湿度均在40%～65%之间[1]。因乘客在站厅、站台厅停留时间较短，只需满足于短暂舒适即可。由GB 50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》可知：郑州市夏季空调室外计算干球温度为34.9 ℃，湿球温度为27.4 ℃，夏季室外平均风速2.2 m/s[2]。

2相对热指标概述及计算

相对热指标RWI(Relative Warmth Index)是美国运输部考虑人体在过渡空间时的热舒适指标,为指导确定地铁车站站台、站厅和列车等环境的空调设计参数而设置的[3]。相对热指标是根据ASHRAE的热舒适试验结果得出的。因此本文利用相对热指标来确定地铁车站内空调运行温度。

RWI是一个量纲为一的指标，计算相对热指标的公式为：

(1)

(2)

式中：M为新陈代谢率， W/m2；t为空气干球温度，℃；(t-35)为人感觉到温度高的不舒服之前，干球温度和皮肤平均温度之间的差值；R为除与室温相同的墙壁外，平均外界辐射热，W/m2；Pa为空气中水蒸气分压力，Pa。Icw为人员实际服装热阻clo，考虑人员活动时因服装鼓风效应及汗湿等因素，可利用已知活动状态热阻线性插值算；

(3)

Ia为服装外空气边界层的热阻，clo，如果已知人体运动产生的诱导风速为Va，则有：

(4)

因此由式(1)～式(4)可以通过计算得到的RWI值是一个数字，具体如何将RWI值与人体的热舒适感觉结合起来是需要解决的一个问题，如表1所示。

表1　RWI和ASHRAE标准分类的关系

3郑州地铁站RWI值的应用

对于地铁站而言，需要计算RWI值的地方是站厅和站台厅，根据GB 50157-2013《地铁设计规范》的规定，可以得到站厅设计温度为30℃，站台厅设计温度为29℃，列车内设计温度为27℃，平均相对湿度取50%。根据站台和站台厅的平均温度为29.5℃，相对湿度50%，依据焓湿图可以查得该状态下空气的其他状态参数值，得到空气中水蒸气分压力Pw=2062.8 Pa。表2、表3给出人在不同状态下的新陈代谢率和相应的服装热阻，因此可依据式(1)～式(4)计算出人在不同地点不同状态下的RWI值(表4)。

表2　不同运动状态下被汗液润湿后的服装热阻　clo

表3　成年男子在不同活动强度下的能量代谢率　(W/m2)

表4　不同活动状态不同温度下的RWI值

由表4可以得知：一名乘客以4.8 km/h的速度搭乘郑州地铁，由室外34.9℃的环境中进入设定温度为30℃的站厅中，RWI值由0.39下降至0.27，人会由一个不舒适的环境进入一个较为舒适的环境。之后乘客在站厅驻足买票，由于乘客步速由3.7 km/h降低至0，人体的新陈代谢率降低，但是站厅空气流动速度降低，空气边界层的热阻增加，RWI值会有一定程度的升高。几分钟之后，人会进入到29℃的站台厅，RWI值进一步下降至0.2，站立1～3 min进入列车内，进入列车之后，环境温度由29℃降低至27℃，空气流速升高，因此空气边界层热阻减小，RWI值进一步下降。

从上述分析可知：乘客在进站过程中，RWI总体是一个逐步降低的趋势，人的热感觉逐渐由热过渡到舒适；而出站过程中，则是相反的趋势。

4运用RWI差值确定郑州地铁站空调运行温度

由图1可知，在室外温度发生变化时，如果站厅设定温度不变，则在室外温度低于30℃时，人由室外进入站厅时，RWI值则由小变大，人由一个较为舒适的环境进入到另外一个不舒适的环境，这样做不能满足乘客的热舒适要求。若室外温度高于30℃，人由温度较高的环境进入设定温度为30℃的站厅，RWI值下降，能够满足乘客的热舒适要求。