改造站房暖通空调系统设计的重难点分析

乐沙

摘要：本文以夏热冬冷地区某改造站房工程为例，探討改造站房暖通空调系统设计，论述了其工程特点、通风、防排烟系统设计、空调负荷特性、空调冷热源形式、空调风系统及设计中应注意的问题等，进而把握其暖通设计的特殊性及技术难点。

关键词：改造站房;技术难点;冷热负荷;冷热源

中国铁路迈入了新时代，随着我国经济的高质量发展，铁路客运站房建设也蓬勃发展，一方面新的站房拔地而起，另一方面既有站房因建设年代久远或者功能不全无法适应新形势下客运的发展，即需对既有的铁路站房进行改造建设。

对既有铁路站房的改造建设大致可以分为三类：第一类是拆除原有的铁路站房，并在原址上建设新的铁路站房;第二类是保留原有铁路站房的结构基础，对既有站房的内部进行功能和设备的升级改造;第三类是在其他地方另外选址进行新建^[1]。对站房进行改造建设对提升城市形象，促进地区经济发展具有重要的意义。

本文结合工程实例，对某改造站房暖通空调系统设计进行综述。

1 工程特点

本工程原有站房建设年代久远，建筑外观陈旧，站内候车条件较差，设施简陋，站房旅客服务用房少，售票厅及候车室的面积严重不足、缺乏无障碍设施、站内卫生条件较差、旅客运力不足等，制约了客运服务质量，与日益发展的城市形象不符，对该站房进行改造建设迫在眉睫，但若全部拆除重建，在改建过程中会对既有运营线产生巨大干扰，本工程结合属地实际情况，对主站房扩建、两侧建筑拆除重建，即部分利旧、部分改造、部分新建，同时具备本文“引言”中提及的站房改造“第一类”和“第二类”的特征。

站房改造方案示意图

本工程改造后总建筑面积：8684.85m2，（包含既有站房未改造面积、新建地上部分建筑面积及地下部分建筑面积），地上二层，局部夹层共三层，主要功能为候车室、售票厅、进站厅、行包房、办公管理类房间、设备机房、公共卫生间等，新建地下一层为消防水泵房及消防水池，建筑高度14.4m，设两层候车室，层高均为7.2米。

2 技术难点分析

本工程限制条件较多，合理设计通风、防排烟、空调系统才能有效的达到方便管理、节能降耗的目的。暖通专业设计过程中主要存在的重难点分析：

2.1 本工程部分利旧、部分改造、部分新建，利旧未拆除部分在整个平面的中间位置，暖通空调系统设计既要分区考虑，又要统筹设计，在设计过程中，合理利用既有的暖通空调系统设计条件，同时打破固有的设计思维，优化系统设计。

2.2 既有站房年代已久，原有防排烟系统不能满足现行规范要求，通风防排烟系统重新设计，涉及利旧站房外立面的全面改造。

2.3 考虑到房间功能分区的变化，冷暖集中中央空调系统重新设计，对于荷载较大的空调设备，只能放至新做的屋面结构楼板之上。

2.4 空调机房的位置，对于整个空调系统的合理设计及工程有序推进至关重要，要与建筑专业及其他专业设计人员充分配合，合理布置，受建筑结构条件限制，本专业应选择合适机型，优化管道布置，以节约机房面积、控制机房层高。

2.5 因利旧不拆除候车室建设已有30余年，结构板为空心楼板，除了自身荷载外，不能承担任何其他荷载，不适宜风吊装风管，合理设计空调送风的气流组织，方能保证这部分候车室的空调效果。

3 通风设计

3.1 变电所、信息机房、公网机房、综控室设置气体灭火装置，故此类房间无需消防排烟系统，而通过该房间隔墙的通风管设70°C电动防火阀，在气体灭火时自动关闭，以保持该类房间的密闭灭火状态。待灭火完成后，电动或手动打开该阀门及排风机，以排除室内废气。电气用房均设自动温控风机。

3.2 本工程公共卫生间设置独立的高位排风系统，通过门洞自然补风。站房人员密集，公共卫生间空气品质较差，按换气次数不小于15次/h计算，且满足每个蹲便器不小于40m3/h，每个小便器不小于20m3/h计算。

3.3 一层、二层候车厅外墙上部均设置电动或手动可开启外窗，过渡季开启，自然通风，以改善室内环境，降低空调系统运行时间，节约运行费用。

4 防排烟系统设计

本工程的防排烟系统设计按照《建筑防烟排烟系统技术标准》（GB51251-2017）执行，设置自然排烟及自然通风设施，达到消防要求，规避因建筑平面及结构条件受限，增设防排烟机房及防排烟风道的困难。

5 空调系统设计

5.1 冷热负荷分析

站房建筑空间按跨度大，人员密集，人员密度变化大、一般情况下人员在室时间不长，整个客运站24小时连续使用，在空调负荷构成中，新风负荷和人员负荷在站房空调负荷中占据百分比最大^[2]。因此，科学设计人员参数进行负荷计算，才能更真实的反应站房实际空调冷热负荷。

5.2 冷热源的选择

确定冷热源方案应结合当地资源、经济性、安全性等方面进行考虑，本工程规模较小、受建筑面积的限制、无设备用房的位置。根据各空调房间的使用要求及工艺要求，本项目中的办公管理类用房采用变制冷剂流量多联中央空调系统（VRV），按楼层划分系统。商务候车室和售票室内设备多，散发热量较大，使用时间、功能与其他公共区域有所差别，分别设独立的多联式空调系统。

候车室采用风冷热泵作为冷热源的中央空调系统。选用额定制冷量为516kW，额定制热量为512kW的风冷螺杆冷热水机组3台，冷冻水供回水温度为7-12°C，空调热水供回水温度为45-40°C。原空调系统的2台额定制冷量为516kW风冷热泵机组使用时间长达9年，设备效能低，制冷制热衰减较大，故原系统全部拆除，主机作为改造后的备用冷热源。

变电所、配电间、信息配线室、信息机房等设备用房设机房空调。

公安值班、检补票室、小件寄存等房间设分体空调。

5.3 空调风系统

商务候车室、售票厅、办公等小开间房间采用暗藏风管式室内机加多联新风处理系统新鲜空气经新风机处理后，再经由风管送至各个房间。

大空间候车室采用低风速单风道一次回风全空气空调系统，采用上送下回式气流组织形式。一层候车室空调机房设置于一层夹层，分布候车室两侧，风管布置于一层夹层吊顶内，采用球形喷口送风。二层候车室空调机房设置于二层夹层，分布候车室两侧，风管布置在新建候车室吊顶内，新建候车室采用旋流风口顶送风，利旧候车室因吊顶内不能布置风管，采用球形喷口测送，回风均从候车室的下部回风，通过回风道回至空调机房的静压箱，与新风混合，在静压箱设置电子净化机进行杀菌净化。

机房剖面示例

全空气空调系统新风入口均考虑过渡季采用最大新风或可调新风比运行，以满足最大程度利用室外新风免费供冷。

6 技术总结与展望

车站建筑不但要求建筑体形美观大方，各种设施齐全，而且还要求舒适、卫生的环境条件，即合适的室内空气温度、湿度、新风量、噪声标准。暖通空调系统设计应把握其特殊性进行合理的设计。通过此次工程设计经验，总结出以下几点经验和不足，以及对未来此类项目设计的展望。

6.1 车站建筑虽属于民用建筑，但由于其建筑功能和人员的特殊性，在设计过程中要认真研究其热湿环境，与普通民用建筑区别开来，作为工程技术人员需要掌握其特殊的规范要求。比如《铁路旅客车站设计规范》（JGJ57-2000）中对车站建筑的通风空调系统设计做了明确的规定^[3]。

6.2 对于使用时间、负荷需求不一致的空气调节区域，如采用集中空气调节系统，会造成能源的浪费。所以，不同功能区的空调系统分开设置。

6.3 候车室、设备机房对温湿度、气流组织和噪声的要求较为严格，设计中应充分考虑这些影响，选用质量好、噪声低的暖通设备，并通过计算分析，布置空调的送回风管，确定送风口的风速及形式，有效的保证人员区域的热舒适性，同时避免因风速过高而产生二次噪声。

6.4 本项目候车室层高为7.2米，新建部分候车室采用旋流风口、未拆除旧候车室区域采用喷口测风，回风均通过回风道从下部回，实现分层空气气流组织形式，能够保证人员活动区的空气品质，在顶棚设置高窗可以直接将热污染空气排出，排风温度远远高于活动区的温度，从而有效减小系统的冷负荷，产生良好的通风效果和节能效果。

6.5 本工程中喷口可改变偏转角度，改变风口的水平出风方向，在送风支管上均设置风量调节阀，能更好的达到理想的空调效果。

6.6 为了送风气流分布均匀，候车室乘客无吹风感，满足人体舒适度要求，送风温度通常比室内设计温度低2-3℃，本工程采用一次回风和再热来实现，可能产生冷热抵消的现象，浪费能源，若采用二次回风系统则更具有优势。

6.7 CFD（计算流体力学）应用于气流组织模拟分析的发展已较为成熟，有条件能够利用CFD技术对候车室的气流组织进行数值模拟分析，可以更加直观的反映出候车室等高大空间的气流组织，从而得到更为优化的空调送风方案^[4]。

6.8 铁路客运站房具有人员密度高、人员流动量大，热湿环境难以控制，在实际运行过程中人员流动量大且波动显著，新风负荷亦随之波动，给负荷计算带来难度，在工程实例中运用建筑能耗模拟软件DeST或EnergyPlus模拟出全年动态空调能耗，更有利于建筑維护结构优化、空调方案选择及空调节能设计^[5]。

6.9 考虑到战房实际运行中客流量可能远远高于空调设计时采用的人员数，而且设计手册中查取的室外计算温度有一定的偏差，按照常规方法选取的空调主机容量和台数并不能保证全年尤其是节假日铁路高峰时段的热湿环境，建议在空调主机选型时，能综合考虑客流量和室外气象参数对冷负荷的影响。

6.10 铁路客站内功能区较多，有候车、售票、办公、设备用房等，各功能区使用空气调节或供暖的时间不一致，且同一功能区由于旅客数量变化大，其负荷变化也较大。因此，需要在设计中采取相应的节能措施，主要方法有：根据负荷特点和部分空间使用时的运行要求，合理进行空气调节分区;合理选配空气调节冷、热源机组的台数和容量，制定根据负荷变化调节冷（热）量的控制策略;水系统采用水泵变频技术或全空气系统采用变风量控制，并采取相应的水力平衡措施等。

6.11 暖通专业在与其他专业配合过程中，应兼顾建筑功能与实际使用效果，确定合理的空调方案，特别是改造项目要在项目设计前期去现场实地了解工程情况，充分掌握设计条件，避免在后续设计过程中出现无法协调的矛盾。

参考文献：

[1]周贤雯.浅谈既有铁路站房改造建设.中国高新技术企业.2015年第17期

[2]孙胜男、张旭、王松庆、蒋丹丹.大型铁路客运站空调负荷特性分析.建筑热能通风空调.第28卷第6期.2009年12月

[3]国家铁路局.铁路旅客车站设计规范（JGJ57-2000）. 2018年9月1日

[4]雷飞、徐玉党、张昕.CFD模拟技术在新长沙火车站设计中的应用.暖通空调HV&AC.2009年第39卷第3期

[5]江亿、燕达.建筑环境系统模拟分析方法——DeST.中国建筑工业出版社.2006