客運站候車廳空調(diào)通風送氧研究綜述

□吉 錚 周 航 葉 磊

在我國，客運站人員負荷大是一個長期存在的現(xiàn)實問題。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2018年1～8月份，全國客運車輛完成公路客運量91.8億人次。面對如此之高的客運量，客運站候車大廳經(jīng)常是人滿為患，尤其是節(jié)假日客運高峰期，大量人員在客運站內(nèi)聚集，導(dǎo)致客運站候車廳內(nèi)人口密度急劇增大。傳統(tǒng)的客運站空調(diào)送風系統(tǒng)多為集中式空調(diào)，采用混合通風方式，空調(diào)送風難以到達人員等候區(qū)的每一個角落，由于人群會散發(fā)出大量的熱量，其呼吸廢物還可在等候區(qū)不斷累積，因此傳統(tǒng)空調(diào)送風系統(tǒng)難以保障客運站內(nèi)等候人群的人體熱舒適需求，甚至還會為疾病的傳播埋下隱患，導(dǎo)致室內(nèi)空氣品質(zhì)急劇下降。以目前我國交通高速發(fā)展的趨勢來看，在較長的時間內(nèi)，火車、汽車仍然是人們出行的重要交通方式，因此，為保證旅客有一個舒適的候車環(huán)境，客運站候車廳的空調(diào)設(shè)計更應(yīng)得到足夠的重視。

一、客運站候車廳空調(diào)通風設(shè)計現(xiàn)狀

汽車站、火車站作為典型的大空間建筑，具有空間高大、層高較高、人員聚集程度高且密度與流動性大、空間通透性要求高、空調(diào)負荷較大且熱環(huán)境難以保證等特殊性。大空間建筑的室內(nèi)氣流存在極其明顯的分層現(xiàn)象，且垂直方向梯度很大[1]。上述現(xiàn)象的出現(xiàn)使大空間建筑的室內(nèi)環(huán)境控制成為一個較難解決的問題。目前常見的氣流組織形式對于車站候車廳這類高大空間建筑，在遠離送風口的區(qū)域由于人員密集且空調(diào)送風射程不足，經(jīng)常會導(dǎo)致局部熱濕環(huán)境不滿足人體熱舒適的需求。現(xiàn)有客運站候車廳空調(diào)通風氣流組織的形式主要有五類，現(xiàn)作簡要介紹。

(一)上送下回式。上送下回是指氣流在由上向下的流動過程中，不斷與室內(nèi)空氣混合進行熱濕交換。對于上送下回式送風，氣流不直接進入工作區(qū)，新風與原本的室內(nèi)空氣的混摻距離較長，能夠形成比較均勻的溫度場與速度場[2]。

(二)置換式通風。置換通風以極低的送風速度將新鮮的冷空氣由房間底部送入室內(nèi)，由于送入的冷空氣密度大而沉積在房間低部，形成“涼空氣湖”。當遇到人員、設(shè)備等熱源時，“涼空氣湖”被加熱而導(dǎo)致空氣上升，形成的熱羽流成為室內(nèi)空氣流動置換的主導(dǎo)氣流，從而將熱量和室內(nèi)空間底部沉積的污染物等帶至房間上部，脫離人體的停留區(qū)[3]。

(三)層式通風。層式通風的送風口布置在墻體0.8～1.4m的高度上，即人體呈坐姿時呼吸區(qū)高度，它通過在房間墻體中部送風的方式將新風送達到人體呼吸的區(qū)域，使該空氣層能達到較高的熱舒適度，同時還將污染物及CO2濃度等控制在較低范圍。不僅如此，層式通風還可在垂直方向上產(chǎn)生“頭冷腳熱”的逆向溫度梯度，更加符合人體熱舒適規(guī)律。相對于傳統(tǒng)的通風方式，層式通風的送風溫度可以提高到21℃左右[4]。

(四)分層空調(diào)。當建筑高度(H)大于10m，建筑空間容積(V)大于10,000m3，需要的空調(diào)送風區(qū)高度h1≤1/2H時，可以利用合理的氣流組織僅對需要空調(diào)的下部建筑空間進行空調(diào)送風，即通過分層式空調(diào)的運行實現(xiàn)垂直分區(qū)空調(diào)。與傳統(tǒng)的全室空調(diào)相比，分層式空調(diào)可節(jié)省空調(diào)冷負荷約30%左右，能有效降低建筑能耗[5]。

(五)豎壁貼附射流式通風。豎壁貼附射流通風的本質(zhì)是一種介于混合式通風和置換式通風之間的氣流組織形式，其通過合理的控制空氣射流的相關(guān)物理參數(shù)，延長空調(diào)送新風的射程，將新鮮空氣得以最大限度地送達人員工作區(qū)并沿地面逐漸擴展開來，產(chǎn)生“空氣湖”，從而形成類似于置換式通風的氣流組織[6]。

二、大空間建筑空調(diào)通風設(shè)計研究現(xiàn)狀分析

客運站人員等候區(qū)較大的人員密度使得上送下回式的送風方式在回風方面受到較大阻力，難以實現(xiàn)；而置換式通風、層式空調(diào)、豎壁貼附射流式通風難以根據(jù)客運站人流量變化來調(diào)整送風面積和送風區(qū)域，不太適用于客運站人員等候區(qū)這類人流量變化浮動較大的高大空間。分層式空調(diào)在冬季熱負荷較高時并不節(jié)能，其送風區(qū)域及送風面積也難以根據(jù)人流量的變動作出調(diào)整，這就需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)就近送風、送風面積及送風區(qū)域可相應(yīng)調(diào)整，并且能夠滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)和人體熱舒適性要求的送風方式，來滿足人員等候區(qū)的送風要求。

李先庭以航站樓類高大空間為例，通過CFD模擬獲得了高大空間內(nèi)詳細的參數(shù)分布并分析排風對負荷的影響，從而根據(jù)能量平衡關(guān)系獲得了高大空間負荷減小的規(guī)律。Tan提出了一套通用的高大空間恒溫空調(diào)氣流組織設(shè)計方法，該方法在氣流組織初步計算的基礎(chǔ)上，運用數(shù)值分析的方法得出最優(yōu)的設(shè)計方案。Cheng提出了一種基于CFD仿真計算冷負荷的方法，進一步闡明了有效的冷卻負荷因子概念，使其可方便地用于計算空調(diào)冷負荷并確定送風量。王龍閣則根據(jù)不同高大空間建筑的負荷構(gòu)成及分布特點等提出“負荷物理特征”的概念，通過對具有典型“負荷物理特征”高大空間建筑的不同氣流組織形式進行CFD數(shù)值模擬分析，得出了不同氣流組織條件下的工作區(qū)溫度場、速度場對比結(jié)果。

而在針對車站等人員等候區(qū)的氣流組織研究中，Silas利用CFD軟件和SES程序，對地鐵車站進行了模擬計算，分析并比較在兩種不同通風方式下(自然通風與機械通風)車站內(nèi)的氣流溫度分布情況。Sanchez采用FLUENT軟件分別模擬了標準回風、軌頂排風及站臺下排風等幾種方案下的車站通風效果，優(yōu)化其環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計。Yuan以地鐵側(cè)式站臺為研究對象，采用CFD軟件建立了原始和優(yōu)化設(shè)計模型，按照現(xiàn)場測試的結(jié)果設(shè)置邊界條件，發(fā)現(xiàn)使用k-ε模型來預(yù)測車站氣流溫度場和速度場是可行的，并提出一種優(yōu)化通風策略。任榮利用CFD軟件模擬典型氣象條件下合肥客運南站自然通風時的氣流組織情況，對車站南站廳大門開口位置進行了優(yōu)化。劉顯晨以西安北站候車廳為例，利用CFD技術(shù)對候車廳的負荷進行了動態(tài)模擬，并針對不同氣流組織形式進行了模擬，給出了合理的氣流組織形式。王康利用數(shù)值模擬的方法對豐臺火車站候車廳空調(diào)系統(tǒng)夏季和冬季送風工況中的溫度場、相對濕度場、人體舒適性以及室內(nèi)空氣品質(zhì)分別進行模擬計算分析，得出不同氣流組織方式優(yōu)化比較方案。那艷玲使用CFD軟件，模擬了正常工況下深圳、天津和沈陽的地鐵車站內(nèi)的氣流組織情況，并提出了合理的通風方式，優(yōu)化其環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)計。姜濤利用CFD對武漢地鐵站臺氣流組織進行模擬研究，得到四種方案(兩種送風溫差、兩種送風末端)下的溫度場、速度場分布情況，為選取合理的送風溫差及送風末端提供依據(jù)，優(yōu)化其空調(diào)通風系統(tǒng)的設(shè)計。

三、高海拔地區(qū)通風送氧研究現(xiàn)狀分析

在一些高海拔地區(qū)，空氣密度隨海拔升高而降低，由于該區(qū)域空氣密度小，氧氣分壓及大氣的絕對含氧量均呈下降趨勢，由此導(dǎo)致的缺氧則成為高海拔環(huán)境對人體健康影響的主要因素。因此，地處高海拔區(qū)域的火車站、汽車站等人員密集區(qū)不僅需要注意熱濕環(huán)境，更重要的是要關(guān)注到密集人群所需的氧氣量是巨大的，僅通過送新風已無法滿足高海拔地區(qū)的客運站等人員相對密集區(qū)對大量、高濃度氧氣的需求。而目前針對高海拔地區(qū)客運站等的人員密集區(qū)，有關(guān)于供氧方式及其效果的研究還相對較少。

常海娟對高原旅客列車供氧狀況進行了跟車實測與調(diào)查，分析了青藏鐵路列車供氧系統(tǒng)的工作現(xiàn)狀并給出了改進建議。歐陽仲志對青藏鐵路列車的三種增氧方案進行了可行性分析，指出目前采用制氧機供氧可行性較高。謝文強用Fluent流體力學計算軟件對隧道內(nèi)氧氣濃度的影響因素進行了深入分析，并建立了隧道內(nèi)氧氣濃度預(yù)測關(guān)系式，制定了巴朗山隧道采用個體式供氧與彌散式供氧的供氧方案。祝顯強采取實驗和CFD結(jié)合的方法研究了高原低氣壓環(huán)境富氧室內(nèi)局部彌散供氧圓形出氧口供氧特性，得到了富氧面積隨出氧流量與氧氣擴散系數(shù)變化關(guān)系式。

四、結(jié)語

由于高大空間建筑的冷、熱負荷都很大，而這與建筑空間構(gòu)造、人員密度及聚集程度等因素密切有關(guān)，同時空間內(nèi)部人員活動區(qū)所需要的負荷與建筑總負荷相比又很小，因此在工程設(shè)計中往往存在由于氣流組織的不合理，使得一部分能量浪費在非人員活動區(qū)的現(xiàn)象。而在高海拔地區(qū)，更應(yīng)注意在保證通風、人體熱舒適及建筑節(jié)能的同時，滿足客運站等人員密集區(qū)的送氧需求。為了避免上述問題在今后的設(shè)計和應(yīng)用過程中再次發(fā)生，應(yīng)注意在客運站候車廳等高大空間且人員活動密集區(qū)對氣流組織效果進行仿真和分析，提出更適宜此類空間應(yīng)用的合理的通風、送氧氣流組織形式。