摘要： 地铁是大城市立体交通体系的重要组成部分，其空调系统耗能巨大，因此地铁热环境详细的测量与分析对地铁空调系统节能具有重要意义。但是目前国内对地铁空调负荷的实测数据较为缺乏，无法系统总结地铁空调系统的负荷情况。本文通过在典型夏季日地铁空调系统正常运行工况下，对南方某大城市两个典型地铁站的站台、站厅及隧道进行了多次现场热环境参数测量，计算动态逐时出入口新风负荷、活塞风负荷、列车负荷、人员负荷以及车站设备负荷。通过研究活塞风分布情况以及车站气流分布情况，分析活塞风对地铁热环境的影响，由此确定车站冷负荷组成，分析系统能耗的实际应用情况。此外，通过测量空调系统实际运行情况，并对其运行状况与设计状况的差异进行了对比分析。本研究获得地铁热环境的重要实验数据，可为地铁热环境模拟提供指导及实验验证。地铁空调负荷的研究结果对地铁空调系统设计以及空调系统的节能运行调节具有重要的指导意义。

    关键词： 活塞风 新风负荷 运行工况 能耗 地铁

    1 研究背景

　　地铁空间作为典型的地下大空间建筑，其空调运行能耗是地铁总能耗的重要组成部分。因此，地铁空调系统的合理设计及优化运行对于地铁的节能运行具有举足轻重的影响。由于列车是影响地铁热环境的主要干扰源，列车的往来运动导致地铁站台内气流分布的周期性变化，根据静态平均负荷设计的空调系统在实际运行中可能无法满足设计要求，因此有必要了解这一动态变化过程。同时地铁站作为一个整体，其各部分负荷相差很大，所以有必要分析各部分负荷的实际情况，有针对性的采取节能措施，以合理减低空调能耗。

　　这些问题的解决，都依赖于对地铁热环境详细的测量与分析。同时，近年来应用渐广的地铁热环境模拟手段，也急需大量的实验验证。但是由于地铁热环境实地测量的复杂性，目前国内对地铁空调负荷的的实测数据非常缺乏。

    2 负荷分析

　　本文选取中国南方城市的四出口地下双层岛式车站作为地铁热环境测量标准站，以典型夏季日空调系统开启工况作为主要测量环境，进行了多次现场热环境测量。

　　在所测地铁站系统中，其设计负荷按照远期进行设计，包括两部分：列车运行散热负荷和公共区空调负荷。其中，列车负荷包括列车运行负荷和活塞风负荷。公共区空调负荷包括站厅、站台人员设备负荷和空调系统新风负荷。

　　以其中某车站为例，根据设计资料，地铁系统设计各部分负荷情况为：列车运行负荷1283kW，设备负荷285kW，人员负荷320kW，空调系统新风负荷170kW，设计总负荷2058kW。

　　通过实地测量分析，计算出地铁系统各部分实际负荷为：列车运行负荷239kW，设备负荷210kW，人员负荷18kW，出入口新风负荷1009kW，活塞风负荷215kW，实际运行总负荷1691kW。

　　设计和实际各负荷比例关系分别见图1和图2。按设计目标，现阶段为近期工况，负荷应该是设计负荷的40％－50％。但事实上空调系统在近期运行环境下达到了远期设计负荷的80％。分析其各部分负荷情况，设计设备负荷略大于实际设备负荷，比较合理；设计列车对数约为实际列车对数的2.5倍，设计列车负荷为实际列车运行负荷与活塞风负荷的2.9倍，因此设计列车负荷也比较合理；设计人员负荷为实际人员负荷的17.8倍，在远期列车对数增加的情况下，列车上平均人员密度为现在的7倍，该结果被认为略大，但仍然可以接受，因此人员负荷设计基本合理。

　　设计新风负荷占总负荷比例较小，而近期阶段实际运行时，出入口的新风负荷成为主要部分,为设计新风负荷的6倍。如此巨大的新风负荷是由于送排风不平衡（送风量24万m3／h，排风量37万m3／h）引起出入口新风量13万m3／h，加上活塞风引起车站出入口新风量8万m3／h，合计总新风量21万m3／h，远大于设计值5万m3／h。因此设计中未考虑出入口新风负荷是导致空调系统实际运行情况和设计不吻合的主要原因。

    进一步研究各部分负荷变化的逐时变化图（见图3），出入口新风负荷不仅所占比例较大，且随时间变化较为明显。因此在其余各负荷变化不大的情况下，出入口新风负荷变化成为导致空调总负荷波动的主要因素。

 

    3 改进和建议

　　 3.1 对于新建的地铁站

　　在设计上首先应考虑地铁站作为特殊的地下空间，其负荷特性不同于一般的民用建筑。设计过程中，地铁活塞风导致的出入口的显著新风负荷是不可忽略的重要影响因素，如何减小活塞风对地铁热环境的影响，是否仍然需要从空调箱引入新风和机械排风都是值得考虑的问题。

　　3.2 对于已建成的地铁站

　　由于在设计上未考虑活塞风影响（或考虑活塞风影响较小），可通过调整运行模式，以达到一定的节能效果。可将空调箱的排风阀及新风阀完全关闭，依靠活塞风作用诱导出入口新风来满足人员卫生要求。以本文实测车站为例，由送排风不平衡造成出入口新风量约是出入口总新风量的2／3。关闭排风阀和新风阀后，车站的新风量为8万m3／h，大于5万m3／h新风量的设计要求，完全能够满足人员的卫生需要。这样可以将新风量减小60％（减少13万m3／h），减小新风负荷约600kW，从而将总负荷减小为约1000kW，为设计远期负荷的50％。研究出入口进入站厅的新风流动过程（见图5），可以看到出入口的新风完全可以进入站台以满足卫生要求。因此一般情况下地铁站的空调箱可运行在无新风工况下，减少了经过空调箱引入车站的新风，从而达到一定的节能效果。

 

 

　　在实测日工况下，假定关闭空调系统排风的状况下，可以得到理想状况下车站全天负荷变化情况（见图4）。在这种工况下的车站负荷约为设计负荷的50％，可达到设计要求。因此关闭空调系统新风与排风，有效降低负荷，在实际工程中是可以采用的方法之一。

    4 结论

　　地铁空调系统负荷实验研究通过地铁热环境实际测量所得数据进行深入分析，为地铁热环境模拟及空调体统运行管理提供一定的指导作用Ｍü