佛山西站通风空调系统设计

闫 利

（中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063）

0 工程概况

佛山西站属特大型铁路旅客车站，位于广东省佛山市南海区狮山镇罗村和平塘村，是由铁路旅客站房、地铁及地下空间开发、城市配套交通设施与物业开发相结合形成的特大型城市综合交通枢纽工程，整体工程总建筑面积约为46万m2，其中铁路旅客站房总建筑面积约为19万m2。

佛山西站是我国目前最大的下进下出式铁路旅客车站，主要引入贵广南广铁路以及珠三角佛肇城际铁路、广佛环线城际铁路等多条国铁、城际线路。车站最高聚集人数8000人，高峰小时发送量11100人，共设10座站台，分为客专、城际两个车场。车站地上两层，局部设夹层，其中±0.00m地面主要为进站及候车区域、5.20m夹层主要为出站及设备用房区域、14.278m为高架站台层。本文主要研究的旅客站房东西向宽约150m，南北向长约240m，室内吊顶下净高约8.0m。

图1 佛山西站鸟瞰图Fig.1 Aerial view of Foshan West Railway Station

图2 佛山西站剖切示意图Fig.2 Perspective drawing of Foshan West Railway Station

1 工程特点

1.1 建筑特点

相对于目前国内大型铁路站房主流的高架候车室+中间站台+地下出站厅的“上进下出”设计方案，佛山西站结合轨道标高及市政规划条件，采用了“下进下出”的流线设计方案，旅客进、出站及候车区域均位于铁路高架站场下方。同时，站房东西两侧紧邻设置了出租车、社会车、公交车等各类城市公共交通设施，南北两侧与站房脱离布置了高层物业开发建筑。整体考虑后，可认为旅客站房位于东西向480m、南北向240m大型“屋盖”下方。

如何合理设置新风取风口及排风出路，是本工程设计的难点之一。

图3 客专场旅客进出站流线示意图Fig.3 Passenger station building routing for PDL

图4 城际场旅客进出站流线示意图Fig.4 Passenger station building routing for intercity railway

1.2 渗透风

渗透风主要是由于室内外温度差所造成的热压和室外风力所造成的风压形成的，通过建筑物对外开口，进入或流出室内空间。佛山西站作为大型公共交通建筑，进出站旅客人数众多，对室外和站台设置有大量的通道，且处于全年常开的情况，势必会形成大量的渗透风。渗透风一方面对室内冷、湿负荷将产生巨大影响，同时在降低室内二氧化碳浓度和含尘量、提高室内空气品质方面具有较大优势。根据原铁道部《铁路大型客站建筑节能综合技术研究》课题研究成果，一般情况下仅通过渗透风即可满足常规大型铁路旅客车站售票、候车等区域的人员新风要求。

如何合理利用渗透风，在满足规范要求的基础上，降低系统能耗，是本工程设计需关注的重点。

1.3 防排烟系统设计

佛山西站地面层候车室建筑面积约37500m2，且位于大型“屋盖”下方，室内净高12m，吊顶下净高约8.0m。结合铁路旅客站房室内通透性需求，建筑未对候车室划分防火分区。

如何合理的对候车室高架空间进行排烟系统设计，需采用消防性能化设计评估的方式。

2 空调冷源及空调水系统设计

根据投资主体不同，佛山西站客专场、城际场空调冷源、水系统分别设置。

2.1 空调冷源

佛山地处夏热冬暖地区，全年仅需考虑制冷，根据建筑规模，确定空调冷源采用水冷冷水机组形式。

客专场集中空调面积33493m2，总设计冷负荷8167kW，冷指标244W/m2。冷源采用三台水冷冷水机组，总装机容量 2×3516kW+1×1758kW=8790kW。

城际场集中空调面积18892m2，总设计冷负荷4841kW，冷指标256W/m2。冷源采用三台水冷冷水机组，总装机容量3×1758kW=5274kW。

2.2 空调水系统

客专场、城际场冷冻水均采用一次泵变流量系统，异程式布置，供回水温度7/12℃。冷冻水泵采用变频控制，水泵与冷水机组采用共用集管的连接方式，冷冻机房分集水器间设旁通管及压差控制阀。两场冷冻水系统各分为3个支路，分别服务预留商业、预留侧式站房及旅客站房。

冷却水为一次泵定流量系统，供回水温度32/37℃。冷却水泵与冷水机组采用共用集管的连接方式。

循环水泵、冷却塔与冷水机组对应配置。城际场设置冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔各三台，与冷水机组一一对应；客专场设置冷冻水泵、冷却水泵各四台，冷却塔五台，与冷水机组对应关系见表1。

表1 空调冷源设备配置表Table 1 Equipment of cold source

空调水系统管路设置必要的调节阀及传感器，以实现自动控制功能。

（1）分、集水器供回水总管设温度及流量传感器，用于测定空调末端总冷负荷，作为冷水机组启停控制输入条件，水泵、冷却塔与冷水机组对应启停；

（2）分、集水器间设压差传感器，根据测定压差值确定冷冻水泵运行频率，实现系统按需供水；

（3）集水器各分支回水管设电动调节阀、温度传感器，根据传感器数据控制调节阀开度；

（4）冷却塔回水总管设温度传感器，用于调节冷却塔风机转速。

图5 客专场空调水系统原理图Fig.5 Principle diagram of water system（PDL）

图6 城际场空调水系统原理图Fig.6 Principle diagram of water system（intercity railway）

3 空调风系统设计

3.1 渗透风量的确定

考虑到渗透风对室内热湿环境以及空气品质的影响，为避免盲目估算，本次设计采用CONTAM软件模拟计算渗透风量。

佛山西站周边建筑林立，南北侧预留的高层物业开发建筑和东西两侧利用铁路站场下方设置的市政公共交通停车场对站房周边自然风产生较大的阻隔效果，因此本次设计主要考虑热压作用形成的渗透风。在夏季室内空气温度较室外环境温度低的情况下，根据建筑布局形式，旅客站房内部将形成由站台进站口进入、经旅客进站通道和候车区、由站房进站口排出室外的渗透风路径。

图7 地面进站层渗透风路径示意Fig.7 Route of infiltration air at ground floor

图8 夹层出站层渗透风路径示意Fig.8 Route of infiltration air at second floor

图9 渗透风路径剖面示意（城际场区域）Fig.9 Section plan of infiltration air（intercity railway）

图10 渗透风路径剖面示意（客专场区域）Fig.10 Section plan of infiltration air（PDL）

本次设计对渗透风采用CONTAM软件进行模拟计算，其边界条件设定为：

（1）由于周边建筑遮挡效果，本次计算仅考虑室内外热压效果；

（2）室内设定温度为27～29℃，室外环境温度按夏季空调室外计算温度取值为34.2℃，大气压力取值1004kPa；

（3）外门尺寸按照建筑资料确定，并考虑风幕机对渗透风的遮挡效果，遮挡率取值80%。

经模拟得出，客专场区域渗透风量约12万m3/h，城际场区域渗透风量约8万m3/h，合计渗透风量20万m3/h，渗透风引起的室内换气次数约为1次/h，与《实用供热空调设计手册》（第二版）中所推荐的0.4次/h换气次数差距较大，说明渗透风采用模拟计算很有必要。

3.2 有组织新风量的确定

本站候车室、集散厅等旅客公共活动区域建筑面积合计28080m2，根据《铁路旅客车站建筑设计规范》所提供人员密度，经计算确定旅客人数为13620人。

对于铁路旅客站房，人员新风量主要按照《铁路旅客车站建筑设计规范》、《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》执行，取值分别为10m3/m2·p及16m3/m2·p，计算所需新风量分别为13.6万m³/h及21.8万m3/h。本工程经模拟计算所得渗透风量约为20万m3/h，已基本可满足规范最高标准所规定的人员新风量需求。

考虑不利情况下，有组织新风量按满足规范所规定的“最小”新风量取值，确定为13.6万m3/h。

3.3 空调风系统设计

空调风系统根据建筑使用功能进行设计，站房集散厅、候车室、进站及换乘通道、售票厅采用全空气系统，采用组合式空调器全回风方式运行+独立新风机组方式。各末端设备均设于候车室东西两侧夹层空调机房内，新风由站台新风亭取风，新风亭与进、出站楼梯口部结合设置。

新风机组风量按满足规范最低限值标准配置，并选用8排管设备。经专业厂商对表冷器计算，在设计工况下，新风机组除承担新风冷、湿负荷外，同时可负担室内冷负荷共计935kW、湿负荷815kg/h，剩余室内冷、湿负荷由组合式空调器等常规空调末端满足。

图11、12为空调风系统原理图及站台新风取风口实景图。

图11 空调风系统原理图（客专场区域）Fig.11 Principle diagram of all-air system（PDL）

图12 新风取风口实景图Fig.12 Real photo of ventilating shaft for outdoor air

为充分利用渗透风，并确保室内空调效果，现场实施过程中对新风空调器增设回风管，同时对新、回风管设置调节阀门。当仅利用渗透风即可满足室内空气环境要求时，将新风空调器转化为全回风工况运行，确保室内空调效果；当渗透风效果不佳，室内二氧化碳等污染物浓度超标时，新风空调器按全新风工况运行，保证室内人员新风量。

4 机械排烟系统性能化设计

佛山西站候车室建筑面积较大且净空高度高，难以按照现行相关规范进行防排烟设计，需通过性能化的方式对防排烟系统可靠性进行论证。在保证人员疏散安全的前提下，性能化方法主要采用设置防火分隔的方式防止火灾蔓延以控制火灾规模、采用模拟设计火灾场景的方式确定排烟量。

4.1 防火分隔措施

对于铁路旅客站房候车空间，为避免对运营产生较大影响，防火分隔主要采用“防火控制分区”、“防火隔离带”的概念进行设计。

防火控制分区面积按现行建筑防火规范中所规定的2500m2控制，设置自动灭火设施时按5000m2控制。控制分区周边不设置防火墙、防火卷帘等分隔措施，而是采用“防火隔离带”控制火灾蔓延。

防火隔离带为防火控制分区之间设置有明显标识空间，该空间范围内不得设置固定可燃荷载，通过设置一定宽度的隔离带，达到避免防火控制分区之间火灾蔓延、降低火灾危险性的目的。

候车室防火隔离带主要控制座椅区的火灾蔓延，铁路旅客站房普通座椅和软席座椅最大火灾热释放速率分别为2MW和8MW，火灾类型为稳态火，采用点火源辐射蔓延分析模型进行分析，取火灾临界辐射强度10kW/m2，计算得出不同火灾热释放率对应的分隔距离如图13所示。

图13 辐射源与分隔距离关系图Fig.13 Relation diagram of radiant source and separation distance

按照稳态点火源特性，2MW、8MW火焰直径分别为2.3m、4.5m，分隔距离分别为2.3m、4.61m，并考虑一定安全余量，确定普通座椅区、软席座椅区防火隔离带宽度分别为6m、10m。

4.2 排烟量的确定

考虑到商铺等区域已设置一定的防火分隔措施，旅客候车室可能存在的火灾主要包括行李火灾、座椅火灾及按燃料岛方式设置的小商亭火灾，参考国内外试验数据，其火灾规模一般为1.5MW、2MW、3MW。结合佛山西站建筑布局，按照自动灭火系统有效情况下火灾规模4MW、最低清晰高度7.3m，采取NFPA92B计算分析方法，可计算得出所需最小机械排烟量为12.7万m3/h。为提高系统可靠性，排烟系统设备能力按同时排除3个防烟分区的烟量配置。

通过设定火灾场景，采用CFD模拟的方式分析各时段CO浓度、温度、能见度情况，对排烟设计方案进行论证。以下为模拟场景（一）模拟情况，该场景考虑±0.00m标高候车室普通座椅火灾，设计最大热释放速率2.0MW，快速t平方火，采用机械排烟方式，模拟时段为1200s。模拟结果显示模拟时段内各项数据均可满足人员疏散需求，排烟方案可在20min内为人员安全疏散提供保证。

图14 模拟场景模型及网格划分图Fig.14 Model of simulated scene and grid diagram

图15 模拟场景火源功率Fig.15 Fire power in simulated scene

图16 模拟场景烟气流动及CO、温度、能见度分布图Fig.16 Distribution diagram of smoke flow、CO、temperature and visibility in simulated scene

通过模拟候车室行李、座椅、商亭等多种火灾工况，在自动灭火系统失效的最不利情况下，得出该火灾场景危险来临时间如表2所示，而经Pathfinder软件模拟得出候车室人员疏散所需时间为561s，可证明原设计排烟量可满足人员疏散要求。