某特大型铁路站房通风空调系统设计

1工程概况

某站房位于广东省广州市,是广州市“五主三辅”客运布局的主客站之一,如图1所示,规划引入地铁、长途汽车、公交枢纽站,将建设成为集多种方式一体化换乘的综合交通枢纽。该综合交通枢纽建筑面积约46万m2,其中站房建筑面积约15万m2。

该站房是国内首座按照站城融合一体化设计的大型综合交通枢纽,是办理高铁、城际、普速等各类客运的城市中心站,车站最高聚集人数15 000人,高峰小时旅客发送量15 364人。站房主体地下一层、地面两层,并在局部设夹层,建筑高度39.70 m。旅客站房地下一层为出站层,设置进站厅、出站厅及城市东西向联系用中央通道、城市人行通道;地面一层为站台层,东西两侧设置侧站房并设夹层;地面二层为高架进站层,南北两侧设置商业夹层。

2站房空调系统设计

2.1空调设计标准

旅客站房地下层进站厅、售票厅、旅客服务用房、旅客公共卫生间以及地上各层集散厅、售票厅、候车室、旅客服务用房、高架商业夹层、旅客公共卫生间合设集中空调,未完全封闭的地下层集散厅(光谷)、出站厅及市政配套的中央通道、城市人行通道纳入集中空调系统设置局部降温设施。旅客站房用通信、信息系统设备用房及10 kv配电所的控制室根据工艺要求设置工艺性空调,采用机房专用空调。各区域贵宾候车室、vIP候车室、售票办公用房,地面层、地面夹层集中布置的办公管理用房设多联机空调系统,分散布置的办公管理用房设分体式空调器。

2.2集中空调冷源及空调水系统

该站房地处夏热冬暖地区,全年无须考虑采暖,仅考虑制冷,冷源采用水冷离心式冷水机组。集中空调区总面积141 100 m2,经逐时冷负荷计算,总冷负荷为31 620 kw,空调面积冷指标224 w/m2。冷源采用6台10 kv高压型离心式水冷冷水机组,单机制冷量为5 275 kw,总制冷量31 650 kw。

空调冷源侧一般应尽可能靠近空调集中负荷侧,但考虑到本站房冷源侧所占面积大,以及为充分利用咽喉区的用地面积,本站房冷水机房设在南侧咽喉区,冷却塔设于冷水机房屋面。咽喉区制冷机房距离站房主体约400 m,冷源侧与负荷侧距离较远,若采用传统的一级泵空调水系统和供回水温度7/12℃的空调水系统,系统输配能耗势必会较高,不符合节能减排的要求。

结合相关节能设计标准及类似项目设计经验,针对系统作用半径大、设计水流阻力较高的大型工程,空调冷水宜采用变流量二级泵系统[1],因此,本站房空调水系统采用二级泵变流量系统,冷水机组、负荷侧均变流量运行。一级泵设于冷水机房内且与冷水机组一一对应,变频运行;二级泵设于南侧地下停车场二次泵泵房内,末端分城市人行通道、南侧站房、北侧站房、旅客服务用房四套供回水管路,每套供水管路配套设置二级泵一组,变频运行;其中一级泵负责冷水机房到二次泵房分集水器的供回水管道阻力及设备阻力,二级泵负责各自回路中二级泵房分集水器到室内空调末端供回水管道阻力及设备阻力。二次泵房分集水器之间设置旁通管及双向流量传感器,根据流量传感器数据调节一级泵运行频率,实现一级泵、二级泵均衡运行。空调水泵具体参数如表1所示。

此本站房空调水系统采用大温差空调水系统,空调冷冻水供回水温度为6/13℃。相比传统的空调冷冻水供回水温度7/12℃,供回水温差增大,从5℃变为7℃,在相同制冷量的情况下,空调水系统循环水量减少,水系统的运行费用也随之减少。此外,空调供回水管道的管径也会随循环水量的减少而变小,一定程度上降低了初投资。本站房空调水系统采用两管制异程式管路,局部同程式布置,冷水机房至二次泵房供回水管路沿室外综合管廊、站台板下管廊敷设;二次泵供回水管路室内架空敷设,高架层跨越轨行区的管道设置于高架候车层板下检修管廊内。空调水系统原理图如图2所示。

2.3空调风系统

在节能减排的背景下,大温差在空调水系统中的应用越来越多,且近年来的许多研究表明,大温差对整个空调水系统而言具有一定的节能效果[2-5],因高架候车室、各集散厅、地下出站厅及中央通道等旅客公共活动区域采用全空气系统,根据建筑空间布局情况采用喷口侧送风或顶送风方式。纳入集中空调系统的地下南北侧城市人行通道、旅客公共卫生间、办公管理用房均采用水-空气系统,室内设置吊顶柜式空调器或风机盘管,无外窗的场所设置新风设施,气流组织采用上送上回方式,旅客服务用房仅预留集中空调冷冻水供回水管接口及新风引入条件。

高架候车室是旅客候车区域,也是旅客长时间逗留区域,其空调效果的好坏直接影响到旅客的舒适感,因此高架候车室的空调设计是整个站房设计的重点。高架候车室室内净高21 m,空间高大,而旅客活动区一般是在2 m以下高度,候车室空调设计的主要目的是保证旅客活动区的舒适感,无须保证活动区上部空间的空调效果,而分层空调可以很好地达到这样的效果。此外,与全室性空调方式相比,分层空调可节省冷量30%左右[1],能减少冷源和空调末端的容量,因此高架候车室采用分层空调在保证候车区空调效果的同时,也能实现节能减排的目标,并且能节省初投资。高架夹层南北两侧分别设置3个空调机房,内设组合式空调机组和柜式空调器,服务于高架候车室。高架候车室跨度112 m,两端采用喷口送风,由于送风距离较远,在候车室中部结合座位设置两列送风单元侧送风,来保证候车区的空调效果,候车室全空气系统设计参数如表2所示。

高架候车室四个角进站广厅的实名验证匝机的正上方各有一处连廊,为高架夹层与室外的连接通道。进站广厅的空调送风管在该连廊板下布置,该连廊梁下净高为4.5 m,建筑专业根据旅客活动区域吊顶空间尽可能高的原则,连廊板下装修吊顶按紧贴结构梁底敷设的原则进行设计,这给空调送风管的布置带来了极大的困难。为保证建筑专业的净高要求,需将空调送风管从梁底布置调整至梁窝内布置,这将导致风管穿梁,结合相关项目设计经验,风管穿梁的案例少之又少,风管穿梁也给结构专业的安全性验证带来了极大的挑战。在设计过程中,经与结构专业密切配合,实现了结构梁上风管孔洞的预留(图3),在保证室内净高的同时也解决了风管安装问题,实现了梁窝空间的最大利用,这也将为日后项目设计中风管穿梁技术的应用提供一定的参考。

3通风系统

卫生间、污水泵房、气体灭火防护区、变电所、会议室以及无外窗的办公管理用房均需设置机械排风系统,餐饮类旅服用房场所均预留排风管路接口,由承租人配套设置油烟净化设施,油烟需经处理达标后方可排放。上述排风均为污染性或高温性气体,需直接排至室外,一般是在建筑外墙上设置防雨百叶进行排风。本站房面积大,排风量大,导致在外墙上需要设置的防雨百叶面积势必很大。考虑建筑外墙大部分为幕墙结构,幕墙上大面积设置防雨百叶风口对立面整体的美观效果将产生极大的影响,因此,解决排风百叶与建筑立面结合的问题成为本站房通风设计的重难点。研究发现,建筑专业在东西侧站房外廊平台设置有花坛,利用花坛作为排风亭将是解决站房内排风出口问题的有效措施,具体排风出口方案如图4所示。

图4中用作排风的风室和花坛利用梁隔断,单独隔离出来,站房内的排风管接至风室,风管高出风室0.3 m,避免雨水倒灌进风管。风室和花坛中间通过竖向防雨百叶连通,站房内排风从风室经该防雨百叶进入花坛,防雨百叶底边距花坛底部300 mm,避免花坛的雨水进入风室。建筑外廊平台的部分花坛根据排风需要作为排风亭,花坛顶板设置有通风效果的检修盖板,站房内进入花坛的排风经过该检修盖板排至室外。花坛顶部四周设置200 mm高挡水槛,且花坛底部设置排水设施,避免雨水进入风室,从而倒灌至风管进入站房内。

4结束语

随着高速铁路的快速发展,站房项目迎来了从单一功能的客运站房到站城融合的大型综合交通枢纽的跨越式发展,这也给站房设计提出了更高的要求。作为站房内的能耗大户,本站房空调系统突破传统设计理念,采用二级泵变流量和大温差两大节能技术,对降低空调系统能耗起到了很大的促进作用,符合节能减排的要求,为后续站房空调节能设计提供了一定的参考。风管穿梁技术在保证空间效果的同时,实现了结构空间的最大利用,给风管布置提供了一个新的方向,同时也可为后续站房风管穿梁技术的应用提供参考。排风口与建筑室外花坛的结合,最大程度减少了建筑外墙上防雨百叶的设置,保证了立面效果,同时也对用作排风的花坛的排水措施提出了更高的要求,可为后续站房的通风出口设计提供一定的参考。