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马能耗热车站董最大空调妨负跃荷抓(须KW)遇不保亩证傲30急h惹空调负棚荷始(松KW)乡全年空调蚂总耗冷蚁量咸(朗万砍KWh)阔无幕筛有幕节节省钢无幕玻有幕迈节省返无幕跳有幕慧节省赚ST1跃3284除.8链3153监.5晃131.慕3确2205删.8饰2117姻.4找88.4缩196.拒65室192.烈66诵3.99貌ST2询2555吩.1河2553匪.9理1.2构1918滴.9绵1916讲.6奏2.3肠183.猎37狠183.行10要0.27咳ST3声3446蒸.6抢3462铺.9锤-16.是3狐2467槐.4赚2475弱.5叹-8.1笋190.锅76趴191.雹69躲-0.9趟3坛ST4柄2870已.4度2873的.0鄙-2.6伸1992博.0则1993透.5似-1.5亮219.穿54错219.肥61够-0.0寇7由ST5盗3474乖.0栋3477苦.4牧-3.4冰2497贺.8祸2500痕.2肆-2.4哲316.洁28嘱316.酱36斧-0.0椒8暴ST6大3193段.7矿3199写.9些-6.2蝴2209内.3猫2212摊.3救-3.0竹158.絮48巡159.济31催-0.8斗3惑ST7扶2982训.3谋2940垒.4烘41.9妇2069滤.9母2069椒.6歌0.3仁177.猜35弄176.估97婚0.38匠ST8念3865驻.0健3670渗.3也194.盖7侍2660盛.4症2554眠.4其106.蓝0抛214.耽51畏205.瓶91探8.60让总计捆2567瑞1.9她2533脾1.3头340.絮6结1802障1.5幼1783李9.5牌182.芦0矩1656是.94乡1645禾.61舒11.3兰3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。4洞口无空气幕时事故工况的模拟嘴本文以洞标口惩至雀ST忧1欲车站之间腥发生事故旦工况为例遮，进行模盒拟。在事认故工况时插，特ST缓1财和室ST听2胡车站的八赔台工TV胁F博风机和八师台使回翠/朴排风机（口兼排烟风鱼机）都可弄开启。忍4.1漏钓阻塞工况蛛无洞口空菊气幕时，翻洞口铃至岗ST四1业车站发生发阻塞时，年如开既启岩ST倦1闲和接ST待2行车站呼的监8特台内TV罗F防风机，其献通风模拟彻结果见侨图提3晃，图中单蒙位亏为奇m垦3爪/壁s萄，与上、朽下行方向壳一致为正施，相反为挥负，由轨图雨3渔可知，阻街塞区间断臣面风速稼为润1.56照m/葱s析（区间隧宋道断面疫积论21.2竞6m苍2旷），小灰于貌2.0m暮/弯s户，不能满忽足设计规参范要求；释如开辣启间ST独1女和俩ST书2天车站量的接8孩台步TV愧F辛风机侮及亚8惹台辜回细/延排风机，车其通风模堆拟结果见旗图翁4办，此时，双阻塞区间虽断面风速谎为岂2.02飞m/戒s三，大爬于产2.0m厅/坦s兵，满足设望计规范要珍求。关4.2你拴火灾工况导无洞口空浆气幕时，吨洞口铸至伍ST宝1芳发生火灾慰时，如开退启唱ST步1死和看ST阅2跃车站逝的午8努台旗TV津F测风机，其鲜火灾排烟幼模拟结果毫见复图坊5益，由狼图润5用可知，排追烟断面风滥速中为典1.56餐m/脊s疤，小崭于味2.0m牧/悟s坊，不能满荐足设计规薄范要求；考如开免启樱ST布1烤和怨ST待2孤车站搅的酿8净台企TV犹F越风机奖及急8椅台舅回许/蠢排风机，掩其火灾排岸烟模拟结注果见赴图悠6昆，此时，失隧道区间宣排烟断面凑风速累为栋2.02裹m/务s鱼，可满足俗不小及于庸2.0m线/庭s隙的设计要丛求。撕图陷5月驶洞口扛至掘ST疯1塌发生火灾服时通风排散烟模拟结猪果（无洞限口空气幕己、蒜开泡8蜡台愚TV稠F长风机）敞5宽塑洞口有空雷气幕时事抬故工况的膜模拟敏有洞口空首气幕时，铲洞口撑至拢ST堤1顷车站发生农火灾时，炉如仅开草启刊ST祸1点和石ST叫2挑车站积的站8四台园TV炭F聪风机，着岛火区间排令烟断面风天速总小叶于扁2.0m替/针s登，不能满袖足大顶于雷2.0m惹/灯s绑的设计要震求。如同吵时开评启炊ST将1熔和短ST洋2礼车站民的丽8芬台从TV读F季风机殃及迅8棉台佳回粱/叹排风机，袖并关闭洞尽口空气幕租处的连通危道，其排槐烟模拟结过果见批图蹈7肌，此时，碑火灾隧道野区间排烟局断面风速协为永2.08壁m/议s冶，可满足友不小搬于魂2.0m咏/绪s扮的设计要菊求。比较敏图翁7乳与双图海4种，可发现康采用洞口哈空气幕能贴起到提高黄火灾隧道玉区间排烟杠断面风速炊的作用，掏但效果不袄明显。抄图体6加鸡洞口出至显ST胞1衰发生火灾消时通风排现烟模拟结龟果（无洞茫口空气幕幕、低开亡8禾台传TV排F序风机波和音8蛛台睬回模/顾排风机）荡图卡7盖语洞口宅至丹ST袍1驴发生火灾兔时通风排黑烟模拟结止果（有洞仪口空气幕窗、址开择8遥台杠TV淡F金风机东和维8联台诚回予/拴排风机）6结论犯安装洞口拥空气幕后事，地铁线者洞口两端漠的地铁车木站空调装形机容量可拼减瓣少售5谅％左右，映全线全年冠可节程省市11.3嫩3绞万翁KW饼h狸的空调冷广量，但全变年通风空辟调耗电量榆和洞口空非气幕耗电业量总量反格而增加称了幅31.2汽8贼2火万纤KW纸h诸。众不论洞口纺是否安装粘空气幕，纯如果只开挥启嚼ST呆1薯和弄ST吐2懒两车站肯的殖8辉台北TV两F象风机，都辈不能满足烂洞口姻至皇ST宜1镇区间的阻才塞通风或舒火灾时排胡烟的设计困要求；只识有同时开档启施ST历1亦和结ST泄2国两车站宏的筹8念台猜TV趁F搏风机些和存8冲台榴回娱/视排风机，涂才能满足酷洞口炭至赛ST推1义区间的阻秃塞通风或鸭火灾时排叛烟的设计唤要求。因般此，建议萍不采用洞庄口空气幕斑为宜。参考文献敏[1]折摔陕西科学摸技术出版僻社，地下法铁道设计臭与施工溪，衫199流7渡年梯6寻月；住[2]急口朱颖心、呜秦绪忠、凤江亿，站秤台屏蔽门青在地铁热矮环境控制导中的经济戒性分析，借《建筑科耕学》走，烦199浪7漂年医第君3缘期；恐[3]圆册朱颖心，白水力网络涉流动不稳狭态过程的颈算撒法寺,拜清华大学鼻学世报修,19猾8肿9胡年杯第纲5灰期梦,鹊第忍2邮9益卷；易[4]衫Ming伍-T