278西安北站候车厅变新风量空调系统数值模拟研究

278西安北站候车厅变新风量空调系统数值模拟研究 西安北站候车厅变新风量空调系统数值模拟研究 中南建筑设计院 徐 鸿 严 阵 张亚男 华中科技大学 刘显晨 陈 龙 姜 涛 徐玉党 摘 要:利用软件Airpak对西安北站候车厅的变新风量空调系统进行了数值模拟～计算结 果明～当候车厅内人员负荷发生变化时～变新风量系统既可以满足降低能耗的 要求～又不会降低室内空气品质～是大空间较为理想的送风方式。模拟结果为工 程实践提供了有力的理论支持。 关键词:大空间空调 变新风量 CFD 1. 前言 火车站候车大厅是极具代表性的高大空间建筑，其气流组织方式以及室内的空气品质一直是设计人员关心的热点。在候车厅内人员流动性大，负荷变化幅度大，因此采用变风量系统更有利于节能。然而由于候车厅水平距离较大，而当变风量系统送风量减少时，会导致冷射流的扩散范围减少，卷吸空调较远区域的热量减少，因此在离风口较远的区域形成局部温度偏高，空调区域温度的不均匀性将导致人体的热舒适性逐渐下降。为了既能满足室内热舒适性需求，又能体现节能的设计理念，本文提出了采用变新风量系统的方法，当室内人员负荷变化时，在保证送风量不变的前提下，只改变新风量，这样既可以保证热舒适性，又能降低新风负荷，进而达到节能的目的。 在采用变新风量的过程中，由于新风量的降低势必导致室内空气品质的下降，有可能会导致室内CO浓度偏高，进而达不到卫生条件要求本本文将针对变新风量系统是否能满足2 室内空气品质的要求进行模拟计算，并对其节能效果进行初步探讨 2. 设计参数 该车站全长8.4km，其中车场部分3.4km，动车所及走行线部分5km，车场设计为18台34线。站房为南北双向客运站房，东西长184m，南北长348m，设计容纳人数13000人，按最新的初步设计修改意见总建筑面积为11.52万平方米，其中，高架层5.18万平方米。所模拟区域为二楼候车厅，候车厅平面图如图1所示。 与变新风量系统有关的设计参数如下 新风量:根据《铁路旅客车站建筑设计》规定，客运专线候车厅最小新风量标准为 3[1]310m/h?人，西安北站根据实际设计需求，选用新风量为:12m/h?人。候车厅的总新风量 333为:81413 m/h，进站广厅的总新风量为:181872.84 m/h。总风量:1012634.7 m/h 新风比:根据总风量以及新风量可以计算出新风比为:26% CO散发量:根据《使用供热空调设计手册》规定，轻劳动成年男子的CO散发量为2223L/h。进站广厅以及候车厅总人数为21940人。 图1 候车厅平面图 图2 变新风量系统数值模拟模型图 3. 模型建立 为了分析整个候车厅以及进站广厅内部CO浓度分布情况，在模拟过程中进行了如下2 简化: 1)将人员简化为矩形模块，均匀分布在候车厅以及进站广厅内部。 2)将室内CO总量均匀分布在每个模块上，因为相对整个空间人体呼出CO的位置相对较22 小，因此每个模块上设置0.1m×8m的opening作为人体CO散发源。 2 通过以上简化，对于变新风量模拟的具体模型如图2所示: 4. 边界条件 模型中条形送风口采用opening形式风口，回风口采用设定速度的vent形式风口。具体送风参数如表1所示。同时由于高架层呈轴对称分布，取半边为模拟区域，在对称轴上设置对称面。 表1 送风参数表 风量 冷暖 风速 装配高度 型号尺寸 温差 场所 区域 条件 3(?) (m) (mm) 区分 (m/h) (m/s) 候 冷房 水平送风 8 车 1 3.7 ATVH 600*300 3000 6.4 暖房 斜下送风 8 厅 冷房 斜上送风 8 ATVTL-3 2 3.7 40000 5.8 33000L 暖房 斜下送风 8 进 冷房 水平送风 8 站 3 5.5 ATC2 30# 1125 4.4 暖房 垂直送风 8 厅 冷房 水平送风 8 4 3.5 ATVH500*200 1333 5.4 暖房 斜下送风 8 根据人体散发的CO量以及风口数量，按照均匀分布的原则，具体CO在每个送风口22以及人员模型处的散发量如表2所示。 表2 不同送风状态下CO散发量参数表 2 设计参数 全负荷 负荷减少10% 负荷减少20% 人体模型处风口CO含量(质量分数) 0.75% 0.75% 0.6% 2 人体模型处风口风速(m/s) 0.46 0.46 0.418 空调风口处CO含量(质量分数) 0.152% 0.137% 0.1216% 2 5. 模拟结果 为了更好的反应模拟计算结果，在整个模拟区域内选择了三个特征截面，通过三个特征 截面来反映整个候车厅区域的CO浓度分布，具体2 截面位置如图4所示。特征截面选取说明:因为对 于室内CO浓度进行模拟时，将所有人员都简化为2 长方体均匀分布在了候车厅空间内，因此在选取特 征截面时主要选择离风口较近和远离送风口两种区 域，这两种区域基本可反映整个空间内的CO浓度2 分布，另外由于空间较大，在中间部分选择了一个图4 特征截面示意图 截面(特征截面2)以增加模拟的可信度。 1)全负荷模拟结果 全负荷模拟结果如图5到7所示。 图5 特征截面1CO浓度分布 图6 特征截面2CO浓度分布 22 通过三个特征截面的CO分布可以看出，在整2 个空间内，绝大部分区域的CO浓度都在国家2 规定的标准体积分数不超过0.1%[2]，只有在 进站广厅远离送风口处有局部CO浓度过高，2 有超过0.1%的现象，出现该状况的主要原因是 因为在距离风口较远处CO容易形成聚集，而图7 特征截面3CO浓度分布 22 模型模拟的为静态，在实际的工况中，人员流动会带来CO浓度的变化，使其趋于均匀的分布，因此整个候车厅和进展广厅的CO浓度22分布能够满足设计要求。 2)负荷减少10%模拟结果 在人员负荷减少10%的模拟计算中，除送风参数以及送风中CO浓度发生变化外，其他2 参数均不发生变化，与全负荷工况一致，为了便于对比，所选特征截面也与全负荷工况一致，具体模拟结果如图8到10所示。 图8 特征截面1CO浓度分布 图9 特征截面2CO浓度分布 22 通过三个特征截面可以看出，当人员负 荷10%后，整个模拟区域的CO浓度分布与2 全负荷时基本相同，在绝大部分区域内能够 满足设计标准要求的体积百分比不超过 0.1%，但在进站广厅远离风口处有局部CO2图10 特征截面3CO浓度分2浓度略高的现象，同样在实际运行过程中， 布 人员的流动会使CO浓度的分布更加均匀，2 因此整个空间也能满足设计规范的要求。 3)负荷减少20%模拟结果 在人员负荷减少20%的模拟计算中，除送风参数以及送风中CO浓度发生变化外，其2 他参数均不发生变化，与全负荷工况一致，为了便于对比，所选特征截面也与全负荷工况一致，具体模拟结果如图11到13所示。 图11 特征截面1CO浓度分布 图12 特征截面2CO浓度分布 22 通过三个特征截面可以看出，整个空调 区域的CO浓度不超过设计标准规定的2 0.09%，最高的浓度出现在距离风口较远的 区域，主要原因是因为当新风从风口送出， 在距离风口较远处容易形成CO聚集，但在2图 13 特征截面3CO浓度分布 2 最高处CO浓度仍然可以达到设计要求。 2 6. 结论 通过三种不同工况的模拟，可以看出当人员负荷降低时，降低新风量既可以满足室内的卫生条件要求，又能达到节能的目的。因此，对于火车站候车厅这类的高大空间，在采用变风量无法满足室内热舒适性的前提下，当人员负荷发生改变时，适当的改变新风量，既可以满足室内热舒适性和空气品质的要求又可以较大幅度的节能，因此采用变新风量系统送风是较为合理的送风方式。 参考文献 [1] 铁路旅客车站建筑设计规范(GB50226-2007)，北京，中国出版社，2007. [2] 陆耀庆，使用供热空调设计手册，北京，中国建筑工业出版社，1993. [3] 沈晋明等，室内空气品质的新定义与新风直接入室的实验测试.暖通空调，1995，25(:6)30一33 . [4] 张明远，室内高大空间污染物分布数值模拟.硕士学位论文，北京:华北电力大学，2003. [5] 谭良才，陈沛霖。高大空间恒温空调气流组织设计方法研究。暖通空调，2002，32(2):1-4 [6] 范存养，大空间建筑空调设计及实录。中国建筑工业出版社 2001:1-5