大型铁路建筑渗透风测试分析

冯旭明 洪波 张宇峰 郭瑞 李文强

（1 广东真正工程检测有限公司；2 华南理工大学建筑学院；3 陕西理工大学土木工程与建筑学院）

0 引言

1.1 研究对象

高速铁路建设已在全国取得飞速发展，截至2022年底，全国高铁营业里程达到4.2 万公里，已建成世界最大的高速铁路网，基本形成布局合理、覆盖广泛、层次分明、配置高效的铁路网络[1]。与此相关，高铁站数量已超过500座[2]。交通建筑碳排放量已超过社会总排放量的八分之一[3]，为响应国家双碳目标的重大规划，有必要深入研究高铁客站的节能减排工作。

现有高铁客站建筑体量巨大，为典型高大空间类建筑，空调系统中新风（或渗透风）造成的热负荷占比超过50%[4]，为其主要负荷来源[2]，还会影响到人行区域的热舒适状况。从理论研究和实测结果来看，渗透风量还对站内CO2浓度水平等性能产生显著影响。掌握渗透风量特征，对于优化高铁客站空调系统设计、运行和维护具有重要意义[4]，也对航站楼、大型商场等多出口高大空间建筑的设计和管理具有参考作用。本文以某湿热地区某高铁站为例，通过测试探究其渗透风特性。

高铁客站所在地是湿热地区的典型城市[5]，暖湿多雨，月平均气温13.6～28.9℃，风速1.4～1.7m/s[6]。该站为客运特等站，建筑南北长448m，东西宽398m。站房综合体总建筑面积48.6 万m2，设计日均旅客发送量28万人，高峰小时旅客发送量28400 人，旅客最高聚集人数8000人。车站共分五层（见图1），地下两层为地铁车站及停车场，地面一层为出站层，包括出站大厅及交通转换空间，地面二层为站台层，地面三层为候车层，包括高架候车室、商业夹层及进站口。建筑内部东西两端设广厅，西侧广厅出站层一层与候车层空间通高，东广厅站台层与候车层空间通高。

图1 高铁客站部分剖面

1.2 测试原理及方法

1 研究方法

渗透风指无组织渗透风，是车站建筑地上部分各开口由于风压或热压驱动下的自然通风，包括进风和出风。自然风吹到建筑迎风面上，风速减慢，部分动压转变为静压，作用在迎风面上，在迎风面的开口两侧形成静压差而产生通风，风向由室外流向室内。建筑的背风面，由于风速加快，在背风面处形成负压区。背风面上的开口两侧形成由室内指向室外的压差，从而形成出风。

为得到高铁客站渗透风量及其影响因素，需测试站房各通风口风量及室外风速。结合研究对象情况，测试以下参数：⑴室外风速风向；⑵渗透风，包括出站层、站台层和候车层各洞口无组织渗透风。

1.2.1室外风速风向

室外测点位于候车层西落客平台北部环形车道旁，测点距车道地面高度1.5m，距车站建筑水平距离87m，周围无遮挡。用风速气象仪自动记录风速风向，记录间隔1min。

1.2.2渗透风

高大空间渗透风量的测试计算分析方法主要包括风速测试法、示踪气体（CO2）法、含湿量法和热量平衡法。本文采用风速测试法，由于其误差较小，且可操作性较强[7]。测点布置如图2所示。出站层常开通风口包括东西两侧外门，南北两侧与停车场连通门。出站层与站台层通过自动扶梯和楼梯连通，扶梯和楼梯通风口视为常开通风口，对出站层形成通风路径。站台层西侧无开口，东侧外门常开，形成通风路径。候车层东侧无开口，西侧外门常开，此外，进站口在检票期间间断开启，形成通风路径。通过抽测检票口渗透风量，根据全天发送列车数量，每次列车检票时间，计算进站口全天渗透风总量，平均分配至车站运营时间，算得进站口平均每小时渗透风量。

图2 测点示意图

用钢卷尺测量每个通风口尺寸。手持热指数仪测试风速，每个通风口测试9 次。根据风速和尺寸，计算通风口渗透风量。通风口风向通过挂线飘动或人体感知判断，并逐时记录。

主要测试仪器规格参数详见表1。

1.2.3测试时间

测试时间为2016年12月7日10:30～13:30。

2 结果分析与讨论

2.1 室外风速风向

室外风测试时间间隔为1 分钟，记录风速和风向，测试期间室外风速位于0～4.3m/s 之间，平均风速1.8m/s。风向介于北偏西67.5°和北偏东67.5°之间。

2.2 渗透风

渗透风量测试结果如图3所示。

2.2.1出站层

出站层常开通风口包括3 部分：⑴南北两侧车站与停车场连通门及出站通道门；⑵东西两侧外门；⑶出站层与站台层连通楼梯中间平台门洞。车站与停车场连通门及出站通道门面积相同，均为18.0m2，南侧19 扇，总面积为342.0m2，北侧20 扇，总面积为360.0m2。东侧常开外门8 扇，面积介于6.6～14.4m2之间，总面积为80.25m2，西侧常开外门9 扇，面积介于6.6～14.4m2之间，总面积为113.25m2。出站层与站台层连通楼梯中间平台门洞，南侧6 扇，面积介于6.0～9.0m2之间，总面积为35.8m2，北侧6 扇，面积介于3.0～6.0m2之间，总面积为30.0m2。

出站层南北两侧车站与停车场连通门及出站通道门，北侧门风向从室内流向室外，为出风，平均风速介于0.27～0.95m/s 之间，南侧门风向从室外进入室内，为进风，平均风速介于0.96～2.39m/s 之间。北侧各门洞进风渗透风量介于6.19～15.48 万m³/h 之间，总计204.11 万m³/h；南侧各门洞出风渗透风量介于1.72～6.17万m³/h之间，总计82.13万m³/h。

出站层东侧门为进风，平均风速介于0.42～2.73m/s 之间；西侧门为出风，平均风速介于0.99～2.08m/s 之间。东侧各门洞渗透风量介于1.00～13.83万m³/h 之间，总计51.99 万m³/h；西侧各门洞渗透风量介于2.57～6.67万m³/h之间，总计48.05万m³/h。

出站层与站台层连通楼梯中间平台门洞，北侧为进风，平均风速介于0.69～2.38m/s 之间；南侧为出风，平均风速介于0.60～1.59m/s 之间。北侧各门洞渗透风量介于1.09～7.70 万m³/h 之间，总计21.66 万m³/h；西侧各门洞渗透风量介于0.64～3.43 万m³/h 之间，总计12.08万m³/h。

2.2.2站台层

站台层东侧门常开，形成渗透风。洞口面积2.10m2，平均风速1.59m/s。渗透风量为1.20万m³/h。

2.2.3候车层

候车层渗透风通风口包括两部分：⑴候车层西侧常开门渗透风；⑵检票口间断开启渗透风。候车层西侧常开 门 共3 扇，面 积 分 别 为10.0、18.0 和20.0m2，共18.0m2。渗透风为出风，平均风速介于1.70～2.21m/s之间。渗透风量介于6.10～14.33 万m³/h 之间，共计32.64万m³/h。

由于检票口为短时间断开启，其渗透风量通过测试加统计方法得到。具体为，参照前述出站层和站台层方法测试典型洞口渗透风量，根据全天发车及洞口开启情况，平均分布得到。北侧检票口13 个，南侧检票口15个。全天发送列车292次，每次开启时间10min，平均分布到16 小时发送时间（6:30～22:30）。典型洞口面积为6.0 m2，北侧进风，平均风速2.27m/s，南侧出风，平均风速0.93m/s。平均渗透风量北侧为14.89 万m³/h，南侧为6.12万m³/h。

2.2.4总渗透风量及风量不平衡率

出站层进风277.78 万m³/h，出风142.26 万m³/h。站台层进风1.20 万m³/h。候车层进风14.89 万m³/h，出风38.76 万m³/h。总渗透风量进风293.87 万m³/h，出风181.02万m³/h，风量不平衡率为38.4%。

总渗透风量测试结果与南京南站结果（320.535 万m³/h）[8]相近。但从已有文献来看，航站楼、高铁客站等高大交通建筑的渗透风量多数位于15.5～62.0万m³/h之间。本次测试远高于以上结果，也高于前人对研究建筑的模拟分析结果[9]（进风量20.05 万m³/h，出风量10.54 万m³/h）。可能与建筑体量、开口方式及开口面积、室外温湿度状况不同等因素有关。

3 结论

⑴在室外平均风速与研究地夏季平均风速1.8m/s相同的情况下，该大型铁路建筑的无组织渗透风总进风量为293.87 万m³/h，总出风量181.02 万m³/h，风量不平衡率为38.4%。本次测试结果对高大建筑室内环境的研究分析有参考价值。

⑵高铁站房等高大建筑存在大量的渗透风，将对采暖和空调负荷带来较大影响，应充分研究渗透风特征，采取合理的措施以降低不利影响。

⑶测试得到的进出风不平衡率较大，主要原因如下：①未考虑办公区、商业区、楼梯间风量渗透。②未考虑出站层与地下一层的风量渗透。③风量测试为10:30 至13:30，历时2h，室外风速处于0～4.3m/s 之间，变化范围较大，由此带来测试和计算误差。