深圳某地下四层国铁站房空调系统设计分析

摘 要：以深圳某地下四层国铁站房为例，分别介绍了其公共区集中空调系统设计，办公及设备区冷却水型机房专用空调系统、水冷多联空调系统设计。

关键词：铁路站房；集中空调；冷却水型机房空调；水冷多联空调

中图分类号：TU96+2    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2024）03-0042-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.03.011

0    引言

随着国家八纵八横高速铁路干线网络的逐步形成以及各地高速支线路网的逐步加密，各地配套兴建了大量的高铁站房。第一代高铁站房一般都建在距离城市较远的郊区，出行十分不便，意识到这一点后，近年来新建的站房越来越靠近市区、走进市区。为了降低对新建铁路线网、车站及市区既有设施和建筑的影响，很多线路采用隧道的方式穿越城区，并设置地下站房。

地铁、地下城际铁路站房应用较多，但是地下国铁站房相对较少。国铁站房在人员候车、人员密度、旅客流线等方面与地铁和城际铁路有很大的区别，其空调系统设计在规范、理念、系统型式等方面也存在差异，本文以深圳某新建地下四层国铁站房为例，对其空调系统的设计进行介绍。

1    工程概况

该铁路站房位于广东省深圳市，夏热冬冷地区。车站最高聚集人数1 000人，为中型旅客车站，采用地下式站房，共四层，站场规模为两台四线。其中地下四层为站台层，地下三层为候车厅、车站办公及设备区，地下二层为交通厅、停车场及设备区，地下一层为出站厅、停车场及预留商业区域。

车站总长约600 m，总宽43 m，埋深约39 m，总建筑面积95 800 m2。

2    公共区集中空调系统

车站候车厅、出站厅、设置全高站台门的站台、交通厅等公共区域设置集中空调系统，冷源采用离心式冷水机组+冷却塔。

2.1    集中空调系统负荷

2.1.1    室内设计参数

铁路与地铁、城际铁路的运营管理模式不同，旅客候车、乘车的方式也有差别，因此室内设计参数、执行规范也有区别。铁路站房室内设计参数按TB 10056—2019《铁路房屋供暖通风与空气调节设计规范》确定，候车厅室内温度26～28 ℃、相对湿度40%～70%，出站厅、集散厅、设置全高站台门的站台室内温度28～30 ℃、相对湿度40%～70%，地下站候车室新风量按12.6 m3/（h·人）计。

2.1.2    空调负荷

公共区空调冷负荷主要包括人体热湿负荷、设备发热负荷、围护结构负荷、新风负荷、渗透风负荷等。

人体散热、散湿负荷主要是由乘客在车站内的活动引起的，负荷计算的关键在于确定地下车站内的具体人数，即高峰小时客流量[1]。一般根据车站最高聚集人数、小时到发旅客数量、各区域人员密度、座椅数量等进行综合确定。

设备发热量主要包括站内公共区的照明、电梯、闸机、安检设备、广告灯箱、自动售票机、指示牌、12306服务台等用电设备产生的热量。这部分负荷相对较为稳定，一般情况下，设备发热负荷占公共区总空调负荷的30%左右。

围护结构负荷包括车站四周围护结构与土壤的传热和屏蔽门传热。土壤传热是一个不稳定的传热过程，与土壤特性、围护结构热物性参数等有关，一般计算侧墙、顶板、站台范围底板、轨行区与站厅层相邻结构板的传热。

新风负荷，根据人数、人员新风量计算。

渗透风负荷主要包括站台屏蔽门渗透风、出入口渗透风引起的空调负荷。屏蔽门渗透风主要包括屏蔽门漏风、屏蔽门开启时的渗透风，渗透风负荷的大小受屏蔽门密闭性能、活塞风压、屏蔽门尺寸、屏蔽门开启频次等的影响。在实际设计过程中，一般会利用模拟软件进行屏蔽门漏风量的计算，在计算负荷时，一个车站的屏蔽门漏风量一般取值5～10 m3/s。出入口渗透风负荷是由于车站内外压差变化引起的室外热湿空气带来额外的空调负荷，工程中通过出入口渗透风指标与出入口断面面积计算，数值计入站厅余热，出入口全热附加可按200 W/m2断面面积计算[2]。

2.2    集中空调主机配置

经负荷计算，车站公共区大系统计算冷负荷4 647 kW，集中空调系统配置两台变频离心式冷水机组。地下站相比地上建筑检修条件差，前期设计必须考虑检修通道的预留和设计。本项目冷水机房位于地下三层，冷水机房毗邻隧道排烟井布置，利用上下贯通的排烟井作为设备运输及检修通道，可以满足设备吊装、运输、检修要求。

由于本项目长度接近600 m，水系统输送距离较远，为降低水系统输送能耗，采用大温差系统，水系统按7 ℃温差设计。冷水机房集中空调系统冷源主要设备参数如表1所示。

2.3    室内空调末端及气流组织

本项目车站形状狭长，尤其是B2层交通厅，长度接近390 m，不适宜集中设置空调机房。各層公共区域结合设备用房分散设置空调机房，减少空调末端设备服务半径，降低风系统输送能耗。车站地下四层，如果每层均设置冷冻水循环干管，投资较高，本次共设置两个水循环支路，每两层空调末端合设一个水系统支路，水系统干管采用主干管同程、局部异程的布置方式，既节省了投资，也提高了系统的水力平衡和可调节性。

车站公共区一般采用一次回风全空气空调系统，室内空调送风根据建筑高度、吊顶形式等采用顶送风或侧送风。本站公共区吊顶下净高4～6 m，设置有满铺条板吊顶，各区域均采用顶送风、下部集中回风的方式，结合吊顶设置条缝型送风口。

2.4    集中空调系统控制

2.4.1    冷源控制系统

集中空调冷源配套设置高效智能控制系统，通过采用优化控制主机台数、优化控制冷冻水出水温度、冷冻水节能联控、冷却水回水温度自动优化重设等策略，保证冷源系统高效运行，同时提供能效诊断、分析及管理功能。

系统具备安全联锁控制功能，可以实现冷源设备的自动台数控制、联锁控制及一键启停控制，实现阀门—水泵—主机的开机顺序联锁控制及主机—水泵—阀门的关机顺序联锁控制，实现一键启停冷站设备；控制系统根据负荷预测、系统水力平衡等参数，动态优化冷冻供水温度设定，在满足末端供冷的同时，确保冷水机组的高效运行；根据末端负荷的变化，实施冷冻水循环泵加减泵、变频等控制策略，确保冷机、冷冻水泵在不同工况下均处于高效运行区；系统结合室外实时气象参数，适时优化调节冷却水回水温度设定，确保冷却水回水温度始终处于最合适的参数。

2.4.2    空调末端智能控制

末端组合式空调机组设置智能控制系统，主要控制设备包括组合式空调机组、新/回风电动调节阀、动态平衡电动调节阀。

（1）温度调节。

根据回风管温度自动调节变频风机风量，根据送风管温度调节动态平衡电动调节阀开度，风机风量调节优先。

（2）风阀调节。

根据回风管CO2浓度测点数据调节新/回风阀开度，当测定数据≥1.5‰时，调大新风阀、调小回风阀；当测定数据≤1.0%时，调小新风阀、调大回风阀。

当空调季节室外新风焓值大于车站回风焓值（B1～B3层hn=63 kJ/kg，站台层hn=64.8 kJ/kg）时，采用空调小新风运行模式，小新风阀打开，全新风阀关闭，回风风阀打开；当室外新风焓值小于车站回风焓值且其温度大于空调送风点温度时，采用空调全新风运行模式，小新风阀关闭，全新风阀打开，回风风阀关闭；当室外新风温度小于空调送风点温度时，室外新风不经冷却处理，利用空调末端直接送入车站公共区。

3    办公及设备区空调系统

本项目位于市区，车站地面上方后期要进行商业开发，空调室外机应集中布置，减轻对后期上盖开发的影响。车站埋深较深，冷媒管管线较长，如采用风冷多联机或风冷机房空调，室外机数量较多，难以布置，且冷媒管距离过长，冷量衰减较为严重，因此本项目办公及设备区空调系统均采用水冷方式。

3.1    冷却水型机房专用空调系统

通信机房、通信机械室、防雷分线室、信息机房、信息电源室、信号机房等设备用房根据工艺要求设置工艺性空调。地铁站通信、信息等设备用房一般采用全空气系统或多联空调系统，全空气系统需设置空调机房，占用建筑面积，且风管尺寸较大，管线复杂，对管线排布要求较高；多联空调系统使用方便、投资小，主要适用于温湿度要求不高的空调系统。本项目根据工艺专业环境要求，考虑到室外机布置困难、车站埋深较深，通信、信息、信号设备用房设置冷却水型机房专用空调，设备选型按设备发热量计算确定。

空调室内机按照《铁路房屋建筑设计标准》中“全年运行，24 h不间断工作”的要求及《电子信息系统机房设计规范》中C级机房标准，一般每间设备用房中均设置不少于两台空调设备，但不考虑冗余备用，当单台设备发生故障停机时，剩余设备可提供不少于房间次负荷70%的供冷量[3]。

强弱电设备用房应避免水管进入，但冷却水型水冷机房需要连接冷却塔散热，必须通过水管把热量传递出去，为解决这一问题，在设备用房一侧设置设备隔间，机房空调均布置在隔间内，在设备隔间与设备用房的隔墙上设置送风口、回风口，隔间宽度满足设备安装、人员检修即可。设备隔间示意图如图1所示。

冷却水型水冷机房专用空调机设置集中冷却水系统，机房内设两台循环水泵（一用一备）。地面设置两台闭式冷却塔（一用一备）。集中空调水系统流量较小，水泵功率仅7.5 kW，且考虑到设备用房全年冷负荷较为稳定，水泵变频意义不大，循环水泵按定频运行考虑。

集中冷却水系统采用环状供回水管网，接空调设备分支处按N-1原则配套设置检修阀，确保空调系统检修时每间机房内有不少于一台机房专用空调正常工作，满足工艺环境要求。冷却水型机房专用空调系统原理图如图2所示。

3.2    水冷多联空调系统

由于车站办公区与公共区使用时间不一致，办公区一般采用多联空调系统。变电所、配电所设置机械通风排出余热，同时设置多联空调辅助降温；运转室、消控室、公网机房等设备用房设置多联空调系统。

多联空调系统室外机主要有风冷、水冷两种散热方式，风冷多联空调系统简单、投资小、使用灵活，应用较为普遍，一般地上站房多采用风冷多联空调系统。地铁车站也有较多采用风冷多联空调的案例，地铁站设备区、办公区集中布置两侧，车站出入口、风亭等需结合地面规划设置，一般会形成较长的排风道，空调室外机可布置在风道中。本项目区别于地铁车站，设备区、办公区布置较为分散，且风道较短、空间较小，难以布置较多的空调室外机，因此采用水冷多联空调系统。

办公区多聯空调系统、设置多联空调系统的设备用房区域合设集中冷却水系统，冷却水系统设两台循环水泵（一用一备），地面设置一台闭式冷却塔。集中冷却水系统采用枝状供/回水管网。本项目位于地下，设备用房空调冷负荷全年较为稳定，办公区负荷也较为稳定，但运行时间不一致，设备区为全年24 h不间断运行，办公区仅空调季工作时间运行，因此集中空调水系统循环水泵采用变频运行，根据供回水温差、运行季节自动调节运行频率。

4    结束语

在低碳减排的背景下，精确计算确定空调负荷、合理设计空调方案、优化系统运行对空调系统节能降耗意义重大，地下站房相对地上站房，在空调负荷计算、空调运行模式、系统型式等方面差别较大，地下国铁站房的应用和研究也偏少，其计算、设计过程都借鉴了大量地铁的相关研究成果。

新风负荷在空调负荷中占了很大的比例，如何合理确定新风量、减少新风负荷，对系统设计、节能运行意义重大。站房存在大量的渗透风，根据之前的一些测试，部分站房的渗透风量达到了1～2次/h，远大于需要供应的新风量，此时空调末端设备再引入新风已经没有意义。站房的空调设计，应该考虑渗透风对新风量的影响，减少有组织的新风引入，减少空调负荷，降低能耗。

[参考文献]

[1] 张巍.标准地下车站公共区空调负荷计算解析[J].科学技术创新，2018（11）：96-97.

[2] 彭程.浅谈城市轨道交通地下车站通风空调系统的负荷分析[J].科技信息，2011（13）：363-364.

[3] 闫利.城际铁路地下站空调系统设计[C]//2016年全国铁道与城轨暖通学术年会文集，2016：86-91.

收稿日期：2023-10-30

作者简介：彭新东（1990—），男，河南人，工程师，研究方向：暖通空调。