兰州地铁车站设备管理用房全空气空调系统设计

王继宏



兰州地铁车站设备管理用房全空气空调系统设计

王继宏

（中铁第一勘察设计院集团有限公司 西安 710043）

为研究兰州地铁车站设备管理用房全空气空调系统运行模式，通过对夏季室内外计算参数及合理的空气处理过程的分析，得出了室内计算参数的取值范围，确定了不同类型房间采用的空调系统形式，对于全线空调系统设计及计算提供参考。

地铁车站；设备管理用房；全空气空调系统；相对湿度；运行模式

0 引言

兰州地铁公共区采用直接蒸发冷却通风降温系统，车站设备管理用房需设置独立冷（热）源的通风空调系统。目前，国内已建或在建地铁项目中，车站设备管理用房空调系统形式基本都采用一次回风全空气空调系统。兰州地铁车站设备管理用房通风空调系统形式的选择需要结合兰州气象参数及地铁线路特点具体分析，不能一概而论。而在全空气空调系统设计中，室内计算参数、空调系统计算方法以及空调系统形式的确定是工程设计的重难点。

1 系统划分

地铁车站的设备管理用房根据功能、性质和使用要求不同，需要考虑设置空调系统的房间主要包括以下三大类：

管理办公用房：该类房间为工作人员办公管理用房，设置舒适性空调系统，一般18小时运行；

发热量较大的弱电设备用房：该类房间为重要电气房间，设备发热较大，且一般全天运行，通风空调系统应保证设备正常运转所需的温湿度要求，属于工艺性空调系统；

发热量大的强电设备用房：该类房间为变电所设备用房，室内布置有发热量很大的设备，且设备为24小时运转。该类房间需设置单独的通风空调系统进行降温，以保证设备的正常运转，属于工艺性空调系统[1]。

2 室内外计算参数

2.1 室外空气计算参数

地下车站设备与管理用房的夏季通风室外计算温度、冬季通风室外计算温度、夏季空调室外计算干球温度、夏季空调室外计算湿球温度按照《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》执行，见表1[2]室外空气计算参数表。

表1 室外空气计算参数

根据上表夏季室外参数，通过h-d图计算室外空气计算焓值h=65.48kJ/kg。

2.2 室内空气计算参数

根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》、《地铁设计规范》及地铁工程相关技术要求，需设置空调系统房间的室内空气计算参数，见表2[3]室内空气计算参数表。

表2 室内空气计算参数

室内设计参数不仅影响室内空气质量和人员热舒适性，而且还关系到管线占用空间、空调系统的设备、管道等初投资以及系统运行能耗，即空调系统的经济性[4-6]。

2.3 室内相对湿度

根据规范要求选择室内温度，但是室内相对湿度为一范围。国内外关于室内湿度对空调能耗及人体的热舒适感觉方面的研究基本达成共识：即认为室内温度一定的情况下相对湿度对人的热舒适感影响很小，但是对空调能耗的影响很大。

从目前相关的研究成果来看，外界环境参数和室内温度不变的情况下，随着室内相对湿度增加，建筑物的空调能耗是增大还是减少，存在着两种截然不同的观点[4]。

因此，室内相对湿度的选择必须结合具体工程实际情况具体分析，本文也将对不同相对湿度的影响进行分析，以便确定室内参数目标值。

夏季室内设计温度一定，室内相对湿度不同时，根据h-d图计算的室内空气焓值见表3室内空气焓值计算表。

表3 室内空气焓值计算表

3 空调系统常用计算方法

空调系统负荷计算常采用以下方法：

（1）设定室内设计点温度及露点送风温差，根据同一系统内各房间的余热量和余湿量分别计算热湿比，利用h-d图计算各房间室内焓值、相对湿度及空调送风量，各房间的风量相加即得该空调系统的计算风量，进而计算空调机组冷量等参数。该计算方法为各房间单独计算负荷，对于各个房间风量计算比较精确，但计算工作量大而且计算复杂、效率不高。为了简化计算，根据各房间余热、余湿量累计相加计算空调系统总热湿比，利用h-d图计算空调系统总送风量，各房间送风量根据每个房间余热量占总余热量的比例进行分配[7]。

该方法需提前设定露点送风状态点，根据热湿比反算房间相对湿度是否满足规范要求、反算室内焓值并判断空调系统是否需设置回风系统。该方法对于某一空调系统是否需设置回风系统及后续负荷计算具有较高的准确性，但是对于地铁全线车站统一确定空调形式并计算系统负荷非常复杂。

（2）设定室内设计点温度、相对湿度，确定室内状态点，根据要求的送风温差采用露点送风，以此来计算空调系统风量及空调机组冷量等参数。

该方法需提前设定露点送风状态点及室内状态点，室内状态点参数以规范要求值为目标值。对于判断及统一空调系统形式计算简单、效率较高，但是对于室内相对湿度的选择比较关键，是空调系统计算的重要基础。

4 运行模式

北京、西安等地，夏季室外空气计算焓值大于室内计算焓值，空调系统形式应设置回风系统。正常运行工况下，随着室外空气参数的变化一般可进行小新风空调工况、全新风空调工况及通风工况之间的转换。

从表2及表3可以看出，兰州地区室内空气参数满足《地铁设计规范》要求时，夏季室外空气计算焓值存在大于等于或小于室内空气计算焓值两种可能。本文也将针对管理办公用房、弱电设备用房和强电设备用房三类空调系统，分析其工况的转换及运行模式。

强电设备用房室内设计干球温度为36℃，《地铁设计规范》对强电设备用房室内相对湿度无要求。但相对湿度低于40%时即认为室内空气是干燥的，湿度偏低容易产生静电，而静电对设备元器件会造成损坏；再者当室内相对湿度低于25％时，人员眼睛和皮肤会感觉明显的不舒适[7]。因此，强电设备用房室内相对湿度不应过小，当室内相对湿度≤25.5%时，室外空气计算焓值小于等于室内计算焓值，空调系统无需设置回风模式，应执行全新风空调系统。

管理办公用房和弱电设备用房室内设计干球温度为27℃、室内相对湿度为40～60%范围内，当室内相对湿度=55.7%时，室外空气计算焓值等于室内计算焓值。所以室内设计参数不同，空调季节运行工况是不同的。下面将对管理办公用房和弱电设备用房空调系统形式及工况转换具体分析。

根据兰州夏季室内外计算参数标注于焓湿图上，见下图所示。

图1 兰州夏季室内外计算参数

从上图可以看出，室内相对湿度不同，室内点从N1到N4之间变化，室外点空气计算焓值h介于室内点空气焓值h1与h4之间，因此兰州地区全空气系统空气处理过程及工况运行模式应根据实际情况具体分析。

4.1 室外空气焓值位于室内点N2与N3焓值范围内：h2h<h3

（1）室内计算状态点位于N3～N4之间时，室外空气焓值小于室内空气计算焓值，应采用全新风系统节能运行；同时室外新风状态参数及室内状态参数均高于送风状态点参数，室外新风不足以承担室内全部负荷，还需对室外空气冷却降温到送风点状态时后再送入室内[9]。

因此，室外空气焓值小于室内空气焓值时，空调系统应执行全新风空调工况。其空气处理过程见图2所示。

图2 全新风空调工况空气处理过程

（2）室内计算状态点位于N2～N3之间时，室外空气焓值存在大于等于或小于室内空气计算焓值两种可能。

当室外空气焓值小于室内空气计算焓值，其分析与图2所示相同，应采用全新风空调系统节能运行；当室外空气焓值大于等于室内空气计算焓值时，为了减小冷量消耗，就要限制新风量的使用而执行小新风空调工况，回风与新风混合经空调机组集中处理后通过风管送至设备管理用房。

对于地铁空调系统，一般在空调机组内部设置换热器对进风进行制冷、制热处理，无加湿功能。夏季空气通过换热器进行冷却处理时，状态变化有等湿冷却和减湿冷却两种可能，因此新回风混合点的含湿量应大于等于送风点的含湿量；同时夏季空调系统用来排除室内余热、余湿，热湿比应为正值，与送风点含湿量相同的室内点计算状态点N2应为室内点计算焓值的下限值。

室内计算状态点位于N2～N3之间，室外空气焓值大于等于室内空气计算焓值时，空调系统应执行小新风空调工况。其空气处理过程见图3所示。

图3 小新风空调工况空气处理过程

4.2 室外空气焓值小于室内空气焓值，且室外空气温度大于等于空调送风温度：h<h，且t≥t

此时室外新风不足以承担室内全部负荷，应采用全新风空调系统节能运行。室外进风经过等湿冷却或减湿冷却到满足送风温差非机器露点温度后再送入室内。其空气处理过程见图4所示。

图4 非机器露点温度送风全新风空调工况空气处理过程

4.3 室外空气温度小于送风温度：t<t

当室外空气温度小于送风温度时，采用室外全新风就能消除室内负荷、保证室内空气参数，系统应执行通风工况。通风工况下，关停空调制冷系统，空调机组和回排风机通风运行，保证房间温度及通风换气要求。

5 结论

（1）通过对夏季室内外计算参数及系统运行工况转换的分析，得出管理办公用房和弱电设备用房空调系统合理的室内计算状态点应在N2～N4之间，小于规范要求的室内计算参数范围。

（2）根据室内外计算参数的变化，管理办公用房和弱电设备用房空调系统在全新风空调工况与小新风空调工况间转换。

（3）强电设备用房室内计算焓值小于室外空气焓值，空调系统无需设置回风模式，应执行全新风空调系统。

[1] 王凤艳.地铁车站设备管理用房通风空调系统设计探讨[J].制冷与空调,2014,28(2):141-144.

[2] GB50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[3] GB50157-2013,地铁设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[4] 周巧航,李仁,赵加宁.空调室内空气计算参数与建筑能耗[J].制冷空调与电力机械,2002,23(3):17-18.

[5] 居发礼.对室内相对湿度影响空调能耗争鸣的分析[J].制冷与空调,2013,27(4):400-402.

[6] 闫斌,郭春信,程宝义.舒适性空调室内设计参数的优化[J].暖通空调,1999,29(1):44-45.

[7] 张仕杰.地铁站设备与管理用房全空气一次回风空调通风量的简化计算[C].铁路暖通年会论文集,2014: 163-168.

[8] 肖德玲,李军华,袁琪,等.室内相对湿度对空调器性能及舒适性的影响[J].制冷与空调,2012,12(1):58-60.

[9] 孙兆军.地铁车站设备管理用房空调系统探讨[J].铁道标准设计,2004,41(6):111-113.

Design of All-air Air Conditioning System to the Equipment and Management Rooms for Underground Railway Station in Lanzhou

Wang Jihong

( China Railway First Survey & Design Institute Group Co., Ltd, Xi'an, 710043 )

To study the operational mode of all-air air conditioning system to the equipment and management rooms in underground railway station, through analyze the summer air design conditions and reasonable air handling process, conclude the value range of indoor air design condition, determine the forms of air conditioning systems of different rooms, that provide the reference for design and calculation of all air conditioning systems.

Underground railway station; equipment and management rooms; all-air air conditioning system; relative humidity; operational mode

1671-6612（2017）02-150-04

U231+.5

A

2016-01-30

作者（通讯作者）简介：王继宏（1983-），男，工学硕士，工程师，E-mail：278782993@qq.com