地铁洞口空气幕设置的技术与能耗

地铁洞口空气幕设置的技术与能耗分析摘要：针对地铁是否要安装洞口空气幕问题，本文采用CFD技术对洞口空气幕系统进行数值模拟，得到空气幕所产生的阻力系数与洞口气流水平速度之间的关系，再利用STESS软件对某地铁全线进行各工况的通风模拟和热模拟，着重分析了洞口空气幕对事故工况、车站空调装机容量与全年环控能耗的影响，为地铁是否采用洞口空气幕系统提供必要的理论依据。关键字：地铁空气幕能耗分析1引言地铁工程是否要采用洞口空气幕，目前各设计研究院和地铁使用单位没有统一的依据，因此有必要对地铁工程洞口空气幕设置的技术和全年能耗进行分析，为地铁工程是否采用洞口空气幕系统提供必要的理论依据。2空气幕阻力系数与气流速度的关系模拟根据我国目前建设中的某地铁工程的土建、设备型号与数量、发车密度等资料，采用CFD技术进行数值模拟。洞口空气幕所产生的阻力系数随水平方向气流速度的不同而变化。3空气幕对车站空调装机容量和全年通风空调总能耗的影响由以上模拟分析可知，洞口空气幕的设置，相当于在洞口添加一个变化的局部阻力系数，不同的通风方案，洞口中的空气流速是不同的，因此洞口空气幕所产生的阻力系数是不一样的。3.1工程概况本工程有地下车站8个，见图2。其中洞口至ST1的隧道长度为930m，洞口至ST8的隧道长度为450m，空气幕设置在距洞口180m处，上下线4个洞口，每个洞口设置一套空气幕系统，每套系统的空气幕风机功率为55KW。ST1车站现配置了四台TVF风机，每台风量为66.0m3/s,余压1023Pa，还配置了四台回/排风机（兼排烟风机），每台风量为25.0m3/s,余压800Pa。ST2车站现配置了四台TVF风机，每台风量为66.0m3/s,余压919Pa，还配置了四台回/排风机（兼排烟风机），每台风量为21.6m3/s,余压911Pa。这些风机在事故工况下可全部开启或局部开启。3.2洞口有、无空气幕时车站空调负荷与全年通风空调总耗电量模拟与分析根据工程所在地气象特点及目前国内外地铁运行情况，分别对该地铁全线全年远期有、无洞口空气幕装置采用空调季（6～9月份）闭式空调、冬季（1、2、12月份）高峰时刻（7:00～8:00、17:00～18:00）开式其余闭式、过渡季（3～5、10、11月份）开式运行、全年无夜间通风进行热模拟，模拟结果见表1。表1洞口有、无空气幕时车站空调负荷与全年空调总耗冷量道能耗葡车站赔最大空调负呼荷串(钳KW)挖不保执证着30破h劝空调负膊荷收(焦KW)歉全年空调总耗荐冷糖量隆(桃万浓KWh)蜂无幕握有幕有节省慕无幕吐有幕串节省辅无幕询有幕定节省丧ST1饼3284.8摊3153.5截131.3敌2205.8籍2117.4毅88.4眼196.65友192.66逗3.99烧ST2慧2555.1蛮2553.9挂1.2柴1918.9哭1916.6泼2.3娱183.37扛183.10汽0.27柳ST3形3446.6岭3462.9纷-16.3予2467.4召2475.5心-8.1拳190.76营191.69头-0.93民ST4兰2870.4废2873.0森-2.6辱1992.0说1993.5盗-1.5童219.54狠219.61甚-0.07盐ST5锡3474.0够3477.4备-3.4喉2497.8蹦2500.2凤-2.4柜316.28浓316.36纹-0.08痕ST6捡3193.7晋3199.9百-6.2嘱2209.3西2212.3刚-3.0神158.48瑞159.31修-0.83谱ST7拍2982.3及2940.4箩41.9贵2069.9神2069.6祝0.3反177.35缎176.97氏0.38碌ST8桥3865.0华3670.3剧194.7符2660.4耽2554.4品106.0颠214.51狭205.91世8.60双总计议25671.得9佳25331.斧3洲340.6佛18021.闻5柱17839.猾5底182.0膨1656.9宅4胞1645.6之1吩11.33由表1得到以下主要结论：3.2.1地铁线两端车站空调装机容量减少安装洞口空气幕后，ST1车站不保证30h的空调负荷可减少88.4KW，ST8车站可减少106.0KW，可见端站空调负荷的减少程度与洞口区间长度有关，洞口区间长度越长空调负荷减少的量就越大。其它车站负荷变化不大，ST3车站至ST6车站的空调负荷反而增加，主要由于洞口风量减少后，各车站人员出入口的新风量有所增加所致。3.2.2地铁线全年通风空调耗电量和洞口空气幕耗电量总量增加安装洞口空气幕的话，全年全线满负荷运行时，一方面可节省11.33万KWh的冷量，如空调系统综合COP取2.6，则空调可节省的耗电量为4.358万KWh；另一方面四台洞口空气幕在三个多月的空调季中所耗电能至少为35.64万KWh。这样由于安装洞口空气幕，全年通风空调耗电量和洞口空气幕耗电量总量反而增加了31.282万KWh。气4泥犯洞口无空气幕因时事故工况的色模拟侍本文以洞口叠至盒ST启1境车站之间发生姻事故工况为例时，进行模拟。略在事故工况时裤，燕ST皂1犬和蹄ST采2信车站的八恼台蹦TV下F让风机和八台眠回帝/置排风机（兼排杜烟风机）都可牢开启。康4.1谎衫阻塞工况反无洞口空气幕黑时，洞口少至白ST象1泛车站发生阻塞晋时，如开帐启圈ST欢1惹和太ST弹2监车站益的伟8肉台图TV敬F做风机，其通风棕模拟结果见缴图拣3播，图中单位滨为汁m班3婶/绸s状，与上、下行先方向一致为正凉，相反为负，集由罪图这3搭可知，阻塞区崇间断面风速为泪1.56m牌/俱s像（区间隧道断昼面积案21.26m欣2松），小于都2.0m竟/友s驴，不能满足设妹计规范要求；贤如开侄启粥ST汁1胜和拉ST捕2淘车站侮的客8障台背TV赌F侦风机获及加8蚊台秒回爹/镇排风机，其通桐风模拟结果见须图着4徒，此时，阻塞艇区间断面风速究为鸡2.02m鼠/萄s育，大于兼2.0m尝/芽s珠，满足设计规涝范要求。级4.2沃胸火灾工况灌无洞口空气幕费时，洞口支至玉ST交1附发生火灾时，希如开粗启牺ST兽1祖和蚁ST榆2私车站汗的货8迁台狮TV妥F或风机，其火灾修排烟模拟结果盆见岸图掏5蚂，由愤图状5拼可知，排烟断泥面风速为钥1.56m屯/尖s肢，小于味2.0m圾/有s斥，不能满足设适计规范要求；卡如开曲启都ST练1乔和演ST弯2摔车站稍的依8床台亦TV狭F蚕风机飘及感8暂台老回掀/式排风机，其火怒灾排烟模拟结乱果见草图窗6伞，此时，隧道搭区间排烟断面堵风速为办2.02m狐/陵s皱，可满足不小面于姥2.0m扇/东s抛的设计要求。蚕图嗓5杨辣洞口烛至壶ST道1驼发生火灾时通蹄风排烟模拟结冬果（无洞口空湖气幕、提开夫8洽台智TV蚂F贯风机）香5碌撤洞口有空气幕做时事故工况的松模拟宽有洞口空气幕漆时，洞口循至刻ST窃1太车站发生火灾损时，如仅开屯启雀ST独1燥和减ST听2怀车站吉的的8戒台软TV黄F爪风机，着火区神间排烟断面风同速总小于赖2.0m遭/场s辞，不能满足大榆于唤2.0m患/殊s记的设计要求。红如同时开夏启衫ST侦1鉴和至ST塔2危车站也的表8共台浩TV册F早风机呆及抚8埋台熊回压/唤排风机，并关纲闭洞口空气幕脸处的连通道，秩其排烟模拟结妹果见切图锈7箱，此时，火灾血隧道区间排烟笼断面风速为介2.08m腰/休s旺，可满足不小铃于百2.0m篮/要s献的设计要求。幻比较胞图筐7悔与定图悟4醒，可发现采用次洞口空气幕能恳起到提高火灾蜂隧道区间排烟快断面风速的作紧用，但效果不缠明显。幕图兆6央惧洞口替至怠ST腔1择发生火灾时通犹风排烟模拟结恶果（无洞口空逃气幕、李开芹8式台拨TV唱F丧风机居和个8妇台差回无/川排风机）冻图绵7秩蜡洞口晋至森ST瞎1奸发生火灾时通吗风排烟模拟结行果（有洞口空王气幕、津开钢8魄台匆TV脸F卧风机滋和匹8继台解回眠/走排风机）6结论稍安装洞口空气典幕后，地铁线娘洞口两端的地华铁车站空调装吧机容量可减斤少习5努％左右，全线臣全年可节饰省繁11.3歇3纳万渔KW母h晕的空调冷量，纳但全年通风空血调耗电量和洞窜口空气幕耗电换量总量反而增池加计了裤31.28您2盛万局KW带h导。共不论洞口是否妙安装空气幕，店如果只开轰启让ST蚕1付和胜ST制2望两车站获的亮8建台库TV蒜F需风机，都不能殊满足洞口可至抛ST呀1炭区间的阻塞通介风或火灾时排恒烟的设计要求风；只有同时开泪启冲ST薪1逢和坑ST旗2距两车站显的运8叮台垦TV鹊F摊风机副和境8断台仆回签/健排风机，才能夺满足洞口猪至芬ST救1拥区间的阻塞通茫风或火灾时排围烟的设计要求邮。因此，建议律不采用洞口空潮气幕为宜。参考文献晒[1]理舒陕西科学技术亲出版社，地下虎铁道设计与施舒工云，驴199景7复年晃6冻月；穿[2]犁捕朱颖心、秦绪劈忠、江亿，站痰台屏蔽门在地菠铁热环境控制宴中的经济性分岔析，《建筑科于学》漂，头199窗7音年晶第郑3热期；让[3]辈邪朱颖心，水力粱网络流动不稳桶态过程的算溜法鼻,贝清华大学学数报序,198岛9欲年料第麦5磁期村,浪第办2世9沫卷；覆[4]M