深圳北站空调通风系统设计

深圳北站空调通风系统 郑文国(香港华艺设计顾问(深圳)有限公司) 摘要 介绍了深圳北站的空调、通风、防排烟系统和空调自控系统的设计，给出了空调通风系统的主要设计参数、空调系统形式、设备选型及结合消防性能化设计的要求而采取的防排烟设计方法等。设计时结合建筑特点，采用了分层空调的送风方式，经CFD模拟，明空调通风系统的设计可以满足使用要求。 大空间 喷口送风 分层空调 防排烟 消防性能化设计 关键词 候车室 0 引言 图1 深圳北站外景效果图 深圳北站是广深港客运专线中的一个东西向从地下穿过站房。图1为深圳北站外重要的大型车站，位于深圳市龙岗区龙华景效果图，图面右侧为北向。 镇，建成后将成为连接广深港的交通枢纽，1 设计标准 最高聚集人数3500人，高峰小时发送量1.1室内主要设计参数(见表1) 表1 夏季室内主要设计参数 10420人，城市地铁的4、5、6号线贯穿其 房间名称 室内温度 相对湿度 新风量 中。建筑设计新颖复杂，旅客候车室采用大 (?) (,) (m3/h.p) 面积高大空间方式。整个客运站建筑面积为 候车厅 26 ?65 10 18.1万平方米，其中房屋建筑面积为7.5万 售票厅 26 ?65 10 平方米，地上2层，地下1层，南北向长210 贵宾厅 25 ?65 20 米，东西向长330米，建筑总高度43.6米。 办公室 26 ?65 30 地下层为水泵房;首层即站台层和东西辅助 信息用房 25 ?60 30 站房(标高?0.000m)建筑层度为9.1米， 间休用房 26 ?65 40 在4.5m处设有夹层;二层即高架候车厅层 (标高9.172m)建筑面积为5.5万平方米，1(2通风换气次数 -1室内净高12,24米，室内吊顶为波浪式造 水泵房、制冷机房 6 h -1型，南北两侧设旅客进出站通廊，中间为旅 变配电所 15 h -1客候车大厅，通廊与候车厅之间设有商务候 吸烟室 10 h -1车室和小型办公用房(房中房方式)做为区 候车厅 1 h 3域分隔，房中房屋顶为预留商业区域，整个 候车厅卫生间 40 m/h.蹲位 -1高架候车厅为一个大空间用房，未划分防火 发电机房、储油间 12 h 分区。站房建筑屋面最高点标高43.6m，最2 冷负荷计算的主要数据 低点标高32.575m。轨道交通4、6号线由南2(1人员密度指标 北方向从站房东侧上部穿过，地铁5号线由候车室 0.67 p/? 售票厅 0.91 p/? 本工程总空调面积6.7万平方米，计算贵宾厅 0.25 p/? 空调冷负荷14.6MW(约合4152RT)。选用办公室 0.20 p/? 三台4220KW (1200RT)的水冷离心式变频信息用房 0.025 p/? 冷水机组和一台1441KW (410RT)的水冷螺 (2主要计算冷负荷指标 2 候车室 231 w/? 售票厅 320 w/? 贵宾厅 140,196 w/? 办公室 135,180 w/? 3本工程的特点及设计难点 3(1建筑主要特点 本工程对于空调通风系统的设计来说 有着以下特点:单层建筑面积大，高架候车 厅已达5.5万平方米，采用房中房方式，且 建筑未划分防火分区，体积更是高达160万 图2 空调水系统图 立方米;建筑层高高，最高处接近35米; 人员密度大，尤其是节假日期间，客流量会杆式变频冷水机组，供回水温度7,12?，突然加大。 冷媒R134a。空调水泵采用变频控制方式。 (2空调水系统 3(2空调通风系统的设计难点 4 空调水系统采用二管制一次泵变流量3(2(1由于该建筑南北向长210米，东西 系统，设3个大的分支回路，各分支的回水向长330米，而制冷机房又必须布置在建筑 的西南角，使得空调水系统的输送距离明显干管上设平衡阀，用以调节各分支干管的水加大，水平环路长度达600多米，且分支管力平衡，每个分支回路基本为同程系统，设路众多，给系统水力平衡造成影响。 高位膨胀水箱定压。空调水系统图见图2。 3(2(2高架候车厅的面积大、层高高，建5空气处理系统 筑设计的理念是尽可能保持候车厅内的视5(1风机盘管系统 野开阔，故不能在候车区域内设置空调机职工休息用房、公安办公管理用房等采房，而只能勉强设置体型较小的送风单元。 用新风加风机盘管的水,空气系统;贵宾厅3(2(3高架候车厅的体积很大，人员密集，及信号通讯机房采用数码多联机加新风换且人员数量变化也很大，导致空调系统冷负气系统方式。 荷及新风量的需求均变化很大，这就对空调5(2全空气系统 控制系统提出了更高的要求:如何做到既实基本站台候车室、售票厅、高架层内的用又节能。为检验空调系统的设计是否合理商务候车厅和普通旅客候车大厅等大空间实用，必须进行CFD模拟。 用房采用变风量、低风速的全空气系统。为 3(2(4因高架候车厅的面积很大，而建筑 未划分防火分区，也就是说防火分区的面积 远远突破了现行国家有关规范的限定要求， 故对排烟系统的设计带来严重影响，必须采 取消防性能化设计来判定防排烟的设计方 法和其合理性。 为适应上诉建筑特点，解决空调通风系 统的诸多设计难点，采用了如下的设计方 法。 4空调冷源选择及水系统 4(1空调用冷源设计情况 图3 普通旅客候车室球形喷口送风示意图 并在排风管上加设净化消毒装置，以分解废基本站台候车室、售票厅服务的组合式空气气中的有害物质，防止排除的废气又被空调处理机安装在空调区附近专用的空调机房的新风系统吸入造成二次污染。 内;为高架层内的商务候车厅和普通旅客候6.3高架候车厅的吊顶内设有机械排风系车大厅服务的组合式空气处理机安装在站统，在排除候车大厅内上升的热气流的同台层上空的夹层内，夹层高2.7米，空调送时，使得候车厅的新风能够顺利补入，确保回风管穿梁敷设，结构钢梁高2.3米，梁上分层空调系统达到理想的效果，该排风系统留有边间距为1.5米的正5边形蜂窝洞，洞另外还承担着火灾后的冷烟清除功效。 间距2.25米，空气处理机限高为2.1米。空7防排烟系统 气处理机及风管巧妙的利用了结构的梁空本工程为二类高层建筑，所有防烟楼梯和孔洞进行安装，不占用建筑面积和建筑有间及其前室均利用可开启外窗进行自然通效空间。 风排烟;部分信息用房及其内走道、公安办5(3送风方式 公用房的内走道、贵宾厅、基本站台候车室、 职工休息用房采用侧送风方式，公安办售票厅以及高架层内的商务候车室等设有公管理用房、基本站台候车室、售票厅及高机械排烟系统。根据消防性能化设计的要架层内的商务候车厅等采用散流器下送风求，高架层内的商务候车室(每间260?)方式。 按“防火仓”的概念设计排烟系统，其排烟 3/s，远大于按《高规》要求的量不低于13m 3260m/mh的计算量，其余设计的机械排烟系 统均按《高规》的要求进行计算。 高架候车厅建筑面积已达5.5万平方 米，并未划分防火分区，故对其进行了消防 性能化模拟试验，试验结果表明，高架候车 厅可以采用自然通风排烟方式，并经专家论 证认可。具体要求为:高架候车厅上空的吊 顶处需开设有效面积不小于地面面积1.5, 的通风孔，且吊顶与屋面间的四周围护结构 上应再开设有效面积不小于25,的开口。当 图4 局部候车室空调送风平面示意图 候车厅内发生火灾时，烟气可经过上述两道 高架候车厅层高很高，设计采用球型喷通风口排至室外，即使有烟气停留在吊顶上口侧送风的分层空调方式，以利节能。如图下附近，可以在烟气冷却后开启吊顶内的排3所示。因候车区面积较大，且中央部位没风机将冷却了的烟气排除至室外。 有可以利用的建筑小品，两侧辅助用房侧墙8计算机模拟分析 上安装的球形喷口其服务半径只能达到268.1空调送风效果CFD模拟 米左右，无法满足其余近80米宽中央部位为检验空调设计效果，对高架候车厅的的候车区，故另外增设了两排送风单元，每分层空调系统用Fluent Airpak2.1软件进行排10个，以服务于中央部位的候车区。图3了CFD计算机模拟。 只示意一半的空调区送风方式。喷口的送风8.1.1候车厅温度场模拟 速度为9,10m/s，送风距离为26m和40m。图5是高架候车厅的温度场模拟图，从图4示意了高架层部分区域的空调送风平面图中可以看出:候车厅内温度大部分在26?布置。 左右，靠近南北两侧送风口的局部区域由于6机械通风系统 回风的引流作用，两侧喷口冷气流下沉较6.1变配电室、制冷机房、地下的水泵房等快，从而导致两侧温度较低;候车厅中央区设有机械通风系统。 域局部的温度为27?，是由于送风射程较远6.2卫生间、吸烟室等设有机械排风系统，所致，温度略微偏高一些，但也在允许范围 内，所以整个候车厅内温度满足使用要求。 中央区域基本为人员行走路过的通道，人员8.1.2候车厅速度场模拟 停留少，不会造成吹风感;(3)由于中间送风 图6是高架候车厅1.5m高处人员活动单元下排侧送风口水平送风，气流下降导致 区速度场模拟图，可以看出:(1)南北两侧回两个送风单元间风速较高，通过调节送风角 度，使得两个送风单元间的区域风速也控制风口处速度较大，但该处人员停留时间较 短，此处风速稍高并不会对人员造成吹冷风在允许的范围内，同样的，两个送风单元间感;(2)候车厅中部由于气流下沉到中部形成的区域也是旅客通道，并不做长时停留，对上升气流导致该处扰流较大，风速较高，但人体吹风感可以忽略;(4)候车厅其余大部分 0.5m/s之间，因此整个候 不超过1m/s，从座位安排位置来看，候车厅区域风速在0.2, 图5 高架候车厅温度场 图6 高架候车厅人员活动区(1.5m高)处速度分布 车厅内速度场满足设计要求。 2MW的火灾时，火灾产生的烟气由于热压8.2火灾烟气流动影响的模拟 作用不断上升，一部分经吊顶上的自然排风 本工程的建筑设计已超出国家现行规口排除，另一部分则会积蓄在吊顶下冷却，范的限定条件，故进行了消防性能化设计，在20分钟内室内人员可以安全疏散，火灾对未划分防火及排烟分区的高架候车厅进烟气不会对室内人员造成伤害。图7为烟气行了火灾计算机模拟试验，设计火灾为快速上升及排除的流程示意图。 T2增长型、最大热释放速率为2MW、可燃站台层为东西两侧封闭、南北两侧通透物的产烟量按塑料和木材各占一半来考虑。的有盖区域，性能化设计也对该区域做了模试验结果表明，当候车厅内发生规模为 图7 高架候车厅烟气流程示意图 拟试验，结果表明，该区域也可以采用自然法，在满足人员安全疏散要求的同时简化了 通风排烟方式。 系统设计，做到安全经济。 9 空调自控设计 参考文献:(略) 9.1空气处理机组的控制 空气处理机组的回水管上设有动态平 衡比例积分电动调节阀，由送风温度控制该调节阀的开度，由回风温度控制送风风量，由回风二氧化碳浓度控制新回风比。 .2风机盘管的控制 9 风机盘管的回水管上设有电动两通阀，由室内温控器控制两通阀的开关，温控器上的三速开关控制风机的风量大小。 9.3制冷主机及水泵的控制 对于制冷主机、水泵及冷却塔等采用BKS中央空调能源管理系统进行控制，利用模糊预期算法模型控制冷冻水系统，利用模糊优化算法控制冷却水系统，同时控制系统提供基于能量平衡的动态水力调节功能控制冷冻水区域管路流量，以实现空调水系统的最大节能。 动态平衡阀的使用可有效解决因冷冻水回路过长可能引起的水利失衡问题;中央空调能源管理系统的应用以及制冷主机及水泵采用变频控制方式的变流量空调水系统的设计可有效解决冷负荷变化大的问题，以期降低空调系统的能耗，提高节能效果。 10设计体会 本工程人员密集、单层面积大、层高高，空调送风风口布置受限，为设计增加了很多难度。经CFD模拟试验，对空调送风的喷口数量、位置及角度进行了多次调整，以满足空调区的温度场及速度场的使用要求。 对于防排烟系统的设计，经消防性能化反复模拟试验，找出了适合本工程的设计方