高铁车站候车厅热环境实测与分析

王晨辉 杨睿康

西安建筑科技大学建筑设备科学与工程学院

随着我国经济的发展，高大空间建筑的应用变得越来越广泛，典型的高大空间包含有火车站，航站楼候机厅，体育馆，会展中心以及大型的工厂厂房等。火车站候车厅作为大空间的典型建筑，具有空间体积大、窗墙比高、人员灯光密集等特点[1]。如何保证火车站候车厅内的热舒适环境成为亟待解决的问题。王康[2]等人利用CFD 对火车站内不同的气流组织形式做了比较，得到了热环境最佳的气流组织方案。王鑫磊等人[3]通过实际测试获得了首都机场 T2 航站楼内的热环境参数。目前高大空间建筑的空调通风主要以喷口送风为主，喷口高度一般在4～6 m，人员仅在2 m 高度范围内活动，采用空气作为冷源的输送介质，造成风机能耗偏高[4]。此外，候车厅的温湿度调控通过相应的测点来实现自动控制，设计合理的气流组织以及合理的布置测点将大大降低空调能耗。2019 年，笔者通过实际测试得到了阿房宫高铁车站候车厅内的空气参数，分析了高大空间的室内空调参数分布状况，为优化航站楼内的气流组织设计提供参考。

1 车站简介

阿房宫站位于陕西省西安市沣东新城南陶庄村，是西成高铁上的一座车站，2017 年 12 月 6 日，阿房宫站随西成高铁一并投入运营。站房面积为 5896.5 m2，建筑面积为1636.8 m2，主体一层，部分为两层，层高分别为5.7 m、4.8 m，最高聚集人数为1000 人。候车厅主入口为处设有门斗，最低处净高 9.6 m，吊顶标高10.5 m。

阿房宫高铁车站运行时间为 7:00-23:00，空调的运行时间与车站运行时间一致，阿房宫高铁车站采用了喷口送风的空调形式，喷口高度为 5.9 m，东西两侧壁面各有 20 个球形喷口，壁面下方各有两个 1.2 m×2 m 的方形回风口。

2 测试方法及部位

测试时间为 2019 年 1 月 14 日 15:00 至 1 月 15日15:00。测试地点为阿房宫高铁车站候车厅，人流较多，为安全考虑，温湿度测试采用“ 模块+气球”的形式（见图 1）来得到水平及垂直方向的分布，考虑到测试的安全性，拟采用氦气（惰性气体）对气球充气。

图1 候车厅温湿度测点水平布置示意图

本文在候车厅共布置7 组测试部位，记号为A-F，具体测试部位见图 2，在垂直方向上1.1 m、1.7 m、4 m、6 m、8.5 m 处分别布置了测点，从下而上编号依次命名为1～5。风速测试采用手持单通道便携式热线测速仪，由于场地空间的限制，只测试了 1.1m及1.7 m高度的风速。

图2 候车厅测试点位分布

测试中主要用到的仪器及其精度如表 1 所示，测试中要尽量伸长仪器，避免人为因素的干扰，从而提高测试结果的准确性。

表1 测试仪器

3 测试结果与分析

3.1 室外温湿度分布及分析

对室外空气温湿度测点的记录数据进行整理，温湿度变化曲线如图3 所示。

图3 室外温湿度随时间变化

从图3 可以看出：室外温度在 1 月15 日 04:00 达到最低值 4 ℃，在 1 月 15 日 13:30 达到最高值12.06 ℃，最大温差为8.06 ℃。室外相对湿度在1 月15日04:00 相对湿度达到最高值68%，在 1 月 15 日 12:30 达到最低值 19%，相对湿度最大差值为 49%，其中1 月 15 日 15:00 室外相对湿度比 1 月 14 日 15:00 低28%，说明1 月15 日室外的空气较为干燥。从 1 月14日 15:00 到 1 月15 日 15:00 的温湿度随时间变化来看，随着温度的升高，相对湿度逐渐降低，随着温度的降低，相对湿度逐渐升高，两者变化趋势基本相反。

3.2 车站内部温度分布及分析

本次测试车站候车厅共有7 组测试部位，每个测试部位布置有 5 个测点，7 组测点温度随时间变化相同，选择 A 组测试部位的测点温度随时间的变化（连续24 h）如图4 所示。

图4 A 组测点温度随时间变化

从图 4 中可以看出：七个测点温度随时间的变化趋势基本一致，且在1 月 14 日 23:00 温度产生明显的下降趋势，此时车站即将闭站，空调系统关闭。在 1 月15 日06:30 温度产生明显的上升趋势，此时车站开始运营，空调系统开启。在车站运营时间段（1 月14 日15:00—1 月14 日23:00、1 月15 日 06:30 至1 月15 日15:00），车站内各测点温度值波动值为±1 ℃，温度基本不随时间变化。在车站运营时间段（1 月14 日15:00 至1月 14 日 23:00、1 月 15 日 06:30 至 1 月 15 日15:00），七个测点组温度最低值均在 20 ℃以上，各个测点组在工作区内的温度为23±3 ℃，基本满足人体热舒适要求。从图4 可以看出B、D、E、F 四组测点由于距离风口较远，受喷口送风射流影响较小，因此具有明显的温度分层现象，而 A、C、G 组则由于送风射流的影响，在射流范围内温度变化波动较大，温度分层现象不明显，另外可以看出在空调关闭后七组测点都出现了明显的温度分层。

为了更好地研究车站内垂直温度分布的规律，取1 月 14 日 16:00（空调开启）和 1 月 15 日 03:00（空调关闭）各个测点组的温度数据做出竖直温度分布曲线图（图5、6）。

图5 垂直温度分布（1 月14 日16:00）

从图 5 可以看出：车站候车厅温度最大值出现在测点C 距地面8.5 m 处，温度最大值为26.81 ℃。温度最低值出现在 E 组测点距地面 1.1 m 处（E1），温度最小值为22.06 ℃，两者之间的差值为4.75 ℃。A 组测点、G 组测点与 C 组测点的温度明显高于其余四组测点，说明候车厅各部位存在着一定的区域温差，测点A、测点 G 与测点C 距离车站内空调送风口最近，受喷口送风气流影响较大，因此温度比其余测点偏高。各测点温度基本都随着高度的增加而增大，其中在0～1.7 m 的垂直区域内温度变化趋势最大，变化温差最大为1.5 ℃，说明垂直温度的分布受人员影响较大。

图6 垂直温度分布（1 月15 日03:00）

从图6 可以看出：七个测点组的温度随高度的增加而增大，且温度基本为线性增大。此外由于车站处于闭站状态，车站内部只受冷风渗透影响，故候车厅七个测点在同一高度下，温度差值不超过1 ℃，可近似认为水平方向不存在温差。车站候车厅温度最大值出现在测点G 距地面8.5 m 处，最大值为18.38 ℃。车站候车厅温度最小值出现在测点E 距地面 1.1 m 处，最小值为17.19 ℃，两者差值为1.19 ℃。

3.3 车站内部湿度分布及分析

候车厅?相对湿度与温度同时记录，共有七组测点，相对湿度分布如图7 所示。

图7 A 组测点相对湿度随时间变化

从图7 可以看出：车站内相对湿度与温度一样，在1 月 14 日 23:00 和 1 月 15 日 06:00 受到空调开闭的影响，曲线发生突变。与车站内温度变化不同的是，相对湿度的变化相对平缓，在车站运营时间段（1 月14日 15:00 至 1 月 14 日 23:00、1 月 15 日 10:00 至 1 月15 日 15:00）相对湿度维持稳定，基本不发生变化。在车站关闭后（1 月 14 日 23:00 至1 月15 日07:00），车站内相对湿度的变化与室外相对湿度的变化趋于一致，可知车站内相对湿度的变化受室外影响较大。七组测点相对湿度最大值出现在测点 A，最大值为44%。相对湿度最小值出现在测点C，最小值为 10%，两者相差34%。七组测点相对湿度最大值均出现 2m以下工作区内，相对湿度随着温度的升高逐渐降低。相对湿度在竖直方向没有出现明显的分层现象。1 月14 日车站运营时相对湿度稳定下变化范围为 18%～32%，1 月 15 日车站运营时相对湿度稳定下变化范围为10%～24%，可知1 月15 日车站内相对湿度低于1 月14 日。1 月15 日室外相对湿度低于1 月14 日，可知，室内相对湿度的变化主要是受到了室外的影响。

3.4 车站内部风速分布及分析

车站内风速测点在垂直方向布置了 1.1 m、1.7 m两组数据，整理这两组数据得到曲线如图8、9：

图8 在1.1 m 处各个测点风速随时间的变化

图9 在1.7 m 处各个测点风速随时间的变化

从图8～9 可以看出：测点C、测点G、测点 A 距离球形喷口最近，水平距离为 11m，其中测点 C、测点 G正对球形喷口，因此测点 C、测点G 的风速较大，其中测点C 的风速值为0.9± 0.2 m/s，测点 G 的风速值为1.2±0 .4 m/s。测点E 位于车站中央，且距离球形喷口最远，水平距离为 36 m，测点 E 的风速最低，风速值为0～0.2 m/s。测点B、D、E、F 的风速值均小于0.4 m/s，基本可以满足舒适度要求，然而测点 A、C、G 的风速值较大，尤其是测点 C 和测点 G，风速最大值分别为1.135 m/s、1.596 m/s，具有明显的吹风感。测点 G 在垂直高度 1.7 m 处风速平均值为 1.28 m/s，在垂直高度1.1 m 处风速平均值为 1.01 m/s；测点 C 在垂直高度1.7 m 处风速平均值为 0.96 m/s；测点 C 在垂直高度1.1m 处风速平均值为 0.76 m/s；测点 A 在垂直高度1.7 m 处风速平均值为 0.47 m/s；测点 A 在垂直高度1.1 m 处风速平均值为 0.43 m/s；测点 B、D、E、F 的风速值在1.1 m 和1.7 m 处基本一致。可知测点C、G 在1.7 m 处风速值受到送风口的影响更大，而测点 B、D、E、F 基本不受送风口影响。

4 结论

1）在距离喷口送风距离11 m 的休息区，部分区域存在风速过大的现象，导致旅客产生不舒适感，因此在采用喷口送风时应尽量降低出口风速且喷口向下角度不宜过大。

2）车站内部存在明显的温度分层，在夜间车站关闭时温度随高度的变化成线性变化。在日间车站运营期间，温度随高度的变化近似成分段线性函数，可知人员密度对车站2 m 以下的温度分层有很大影响。

3）车站在空调运行期间未进行加湿处理，在西安这种典型的西北干燥地区，候车厅内相对湿度明显达不到相应的舒适度要求。

4）车站候车厅受人员密度的影响以及车站内装饰空间限制，导致温度、相对湿度在不同的区域有很大的差别。

5）大空间内垂直方向的温度分布具有规律性，如何得出准确的温度参数预测公式并应用在大空间中进行精确的温湿度控制需要进一步的研究。