徐州地铁环控系统温度设计标准的确定

段 飞

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)

地铁建设作为国家基础建设的重要组成部分在近年来取得了快速发展，在很大程度上改变了人们的固有生活方式，前景十分广阔[1]。地铁环控系统类似于人体的“呼吸系统”，地铁环控系统设计首先要保证外部气象条件、站外环境参数及站内设计参数相互协调统一，形成一个整体。乘客沿道路、出入口通道，站厅层，站台层，车厢内这一顺序进站并反向车站的过程，通过人体新陈代谢的调节机理建立新的热平衡，避免热感觉出现较大的瞬时波动。因此，如何确定这些中间过程的温度标准、尤其是站厅层和站台层温度标准就显得尤为重要，这一点成为地铁环控系统设计温度指标的核心内容。

1 地铁环控系统热舒适评价方法

1.1 热舒适评价指标确定

文献[2]和[3]的研究结果表明，乘客进出站的在时间维度上实际上是一个非稳态的新陈代谢过渡期，乘客的体感及舒适性时刻处于变化之中，因此PMV评价指标和SET*评价指标并不适用于这一非稳态过程，而RWI指标表征动态变化的热舒适性，十分契合地铁乘客进出站的过程变化，故本研究采用RWI指标来评价地铁热舒适性。

1.2 相对热舒适评价指标数学模型

文献[4]给出了RWI指标的数学模型：

(1)

式中：M为新陈代谢率，Btu/(h·ft2)；Icw、Ia分别为着装热阻和空气边界层热阻，clo；t为空气干球温度，℃；R为除与室温相同的墙壁外，平均外界辐射热，Btu/(h·ft2)；P为空气中水蒸气分压力，kPa。

文献[5]给出了RWI值的表征特性，如下表所示：

表1 设计工况下乘车过程RWI值

2 徐州地区气象参数

徐州市位于东经117.09°、北纬34.17°的位置，属于寒冷地区。徐州地铁1号线为东西向骨干线，线路贯穿城市东西发展主轴，全长约29.1 km。徐州市部分气象参数如下：

徐州市大气压力：夏季100.08 kPa；冬季102.21 kPa

徐州市t干= 31.7 ℃

徐州市t湿= 26.3 ℃

徐州市地铁列车车厢内干球温度定为：27.0 ℃，相对湿度定为：40%～65%

3 采用RWI指标确定徐州地铁环控设计温度标准

3.1 地铁公共区设计温度的确定

根据《地铁设计规范》(GB50175—2013)[6]13.2.14(2)规定：“当车站采用空调系统时，空调室外空气计算干球温度高出公共区的空气计算温度2～3 ℃，且不应超过30 ℃；站台公共区的空气计算温度应低于站厅的空气计算温度1～2 ℃，相对湿度均应为40%～70%”，这种空气状态下水蒸气分压力基本处于2.269 kPa以下[7-8]，故可根据式(2)对RWI值进行计算。

站厅层公共区温度不应超过30 ℃，是根据地铁的特点制定的。同时根据北京地铁车站长期观察数据，车站的温度超过30 ℃时，工作人员、乘客都感觉到很不舒适，闷热难受。因此，可以把30 ℃作为站厅层公共区的上限设计温度来考虑。

根据规范的要求，室外计算温度要高出公共区的设计温度2～3 ℃，这一准则是根据乘客在进入车站内的热舒适感觉不能比在室外还差这一原则计算确定的，详细来说，可将乘客站厅买票时的RWI值和室外RWI值相等时的站厅温度作为站厅层设计温度的上限。

徐州地区空调室外计算温度为31.7 ℃，因此，可以先假定徐州地铁环控设计温度为29.7 ℃，地铁车厢内温度取27 ℃，计算得到表2。

表2 设计工况下乘车过程RWI值

从表2可以看出，乘客从站外进入站厅层公共区，RWI值下降并不十分明显，内外温差仅为2 ℃，说明乘客进入站厅层获得的冷感觉有限，会出现一些不舒适的感觉，对于一个新开地铁线路的城市来说，这显然是不可接受的，另外，选择29.7 ℃这一待一位小数的数值作为设计指标也不十分合适。根据地铁热力标准的制定原则，地铁应该比其他公共交通工具，例如公共汽车、出租车、轮船等更加舒适，才能够保证足够的客源，地铁建设才能有其存在的价值和意义；待建地铁应该比某城市已开通的地铁更加舒适，或者保持一样的舒适程度，这样才能体现出地铁建设的与时俱进及持续的发展性，因此，笔者选取了国内(主要是南方地区)一些代表性城市的环控温度设计数据，经计算后数据列于表3。

由表3可以看出，五城市内外RWI差值最小为0.0269，比表1中的0.0214大；温差最小为2.2 ℃，也大于表1中的2 ℃，这说明，如果徐州市站厅层公共区采用29.7 ℃的设计温度，则乘客从室外进入车站站厅层公共区的舒适感要比其他城市差一些，这显然不符合设计初衷。为提高舒适度，显然站厅层公共区设计温度一定要低于29.7 ℃。笔者认为，选取此五个城市站外与站厅RWI差值的平均值作为目标值是合适的，经计算内外RWI差值的平均值为-0.03675，据此计算出站厅公共区温度为29.14 ℃，取整为29 ℃。因此，从舒适性的角度考虑，徐州地铁站厅层公共区的设计温度定为29 ℃ 是比较合适的。另外，由表2可以看出，站厅与站台RWI差值的变化具有规律性，当徐州地铁站厅与站台RWI差值取-0.0129时，可计算出徐州站台层公共区设计温度为28 ℃；若取-0.0403时，站台层公共区设计温度为27 ℃。因此，为满足环控系统控制及取整的要求，同时为保证乘客从站台层公共区进入地铁车厢(车厢内设计温度一般为27 ℃)时还能获得一定程度的舒适感，徐州地区站台层公共区设计温度选择28 ℃是比较合适的，也满足规范要求。

表3 国内代表性城市环控设计温度及RWI值

3.2 乘客进出站过程热舒适性分析

表4为上述设计温度下乘客进出站RWI值变化情况。总体来说，乘客从室外到上车的过程中，RWI值逐渐减小，意味着乘客正在逐步获得舒适感，只是在乘客站厅购票时，RWI有小范围的增大，这主要是由于乘客运动状态的突变(从运动瞬时静止)、人体大量排汗而又难以蒸发排出体外、服装热阻增大所导致的，表现为热不舒适；乘客从下车到出到室外的过程则刚好与之相反，意味着乘客正在逐步变的不舒适。从乘客的热感觉变化分析，徐州地铁环控系统站厅29 ℃、站台28 ℃的温度设计指标是合适的。

表4 设计工况下乘车过程RWI值

环控系统的设计温度直接和能耗相关，在满足热舒适要求的前提下，尽可能的提高设计温度可以有效的减小环控系统的能耗及设备容量，站厅设计温度每升高1 ℃，空调能耗预计增加5%左右。根据本文的研究结果，徐州地区采用站厅29 ℃、站台28 ℃的温度设计标准，不仅满足乘客进出站的热舒适要求，同时也考虑了耗能程度。尽管如此，徐州地铁在该设计温度下的热舒适性仍比厦门、长沙等城市差一些，然而在同样的地铁运营规模的情况下，徐州地区室外温度相比较低，其地铁系统的温升程度和幅度会小于其他城市，从而在投入运营较长时间后仍能保持现有的舒适性。

4 结论

地铁建设作为拉动内需、改善国计民生的重要方面成为新世纪我国五大基建行业当中的翘楚，随着全国各城市地铁建设进程的加快，在改变人民出行方式的同时也对其环控系统提出了新的要求，即满足乘客对进站、购票、候车、上车全过程对热舒适性的要求，满足人民对美好生活的正常向往。本研究采用RWI指标研究了乘客进出站的热舒适感变化规律，确定了徐州是地铁环控系统站厅站台的温度设计标准，为地铁环控系统设计温度的优化及系统控制指明了方向。