1、0引言 隨著城市地鐵的大規模建設，地鐵車站的環境已日益引起人們的重視。當前國內外對地鐵通風模擬的視線大多停留在“緊急狀況下”（如火災）上13，而忽視了在正常運行情況下氣流組織的情況。地鐵站臺區作為主要的候車區域，其環境問題尤為重要。因此有必要對地鐵站臺區氣流組織進行模擬研究。送風末端作為空調系統的關鍵，但目前人們主要是針對于地鐵氣流組織形式及狀況方面45，很少涉及到送風末端的選取。 筆者曾參與過武漢某地鐵站的通風空調系統設計。在設計的過程中，我們嚴格按照相關規范的要求來操作，但是實際效果還有待檢驗。本文依據武漢某地鐵站臺空調通風系統，建立 CFD 模型，進行數值計算，預測室內氣流組織及熱舒適性

2、狀況，并探討四種方案下模擬結果，從而提出合理的空調通風系統設計方案。1工程概況1.1地鐵車站介紹 該地鐵站是典型的地下雙線島式站臺，設有地面風亭兩座，四處出入口。車站主體總長為223.7m，標準寬為 19.7m。具體站臺剖面圖如圖 1 所示。1.2室內外設計計算參數 該地鐵車站位于湖北省武漢市，選取夏季空調室外空氣干球溫度為 32.2，相對濕度 64.25%；站臺公共區設計空氣狀態點為：干球溫度為 28，相對濕度 59.32%。1.3站臺公共區空調系統簡介 站臺公共區采用全空氣空調系統，兩端各設一臺空氣處理機組，分別承擔公共區一半的空調通風負荷。其中站臺公共區設送風口（雙層百葉風口或方形散流器

3、）共20 個，尺寸為500 ×360；設單層百葉回風口共 12 個，尺寸為 630 × 500。送風口及回風口標高為 3.2m。2模型建立 本文根據建筑物實際尺寸來建立 CFD 模型。車站內乘客用長方體模塊來代替，均勻分布在站臺公共區；其中樓梯、電梯均簡化為模塊，依據實際位置布置；由于風口模型對公共區氣流組織影響較大，本文將采用不同的末端模型來對應不同種類的風口，并按實際尺寸與具體位置來建立風口模型（具體對應關系如圖 2 4）。最后建立 CFD 三維模型如下圖 5 所示。3邊界條件3.1負荷邊界條件 該地鐵車站是典型的島式站臺，采用屏蔽門系統。站臺公共區空調負荷主要由人員負

4、荷、設備負荷、照明及廣告牌負荷、自動扶梯及電梯負荷、通訊設備負荷、風道及屏蔽門傳熱負荷等組成，具體數據及處理方式如下： 人員負荷共 27.0kw，平均到每個人體模型上，每個人體模型約為 964w；照明及廣告牌負荷共為63.34kw，平均到吊頂模型上，每平米約為 54w；自動扶梯及電梯負荷分別為3×2=6kw，5×1=5kw；通訊設備負荷共為2.5kw，平均到每個立柱上，每立柱約為 250w。 根據風道及屏蔽門傳熱特性，統計結果為：由站廳層與站廳層的傳熱，得到站臺頂板熱流密度為3.9w/m2；由于屏蔽門傳熱和軌頂排熱風道的傳熱，得到屏蔽門側面為35.9w/m2；因為軌底排熱風

5、道傳熱，將傳熱量平均到站臺底面，得到底板熱流密度為 9.5 w/m2。3.2風口邊界條件3.2.1送風口邊界條件 送風溫度為 20，即送風溫差為 8時，每個風口的送風量為 0.6m3/s，送風速度為 3.3m/s；送風溫度為 23，即送風溫差為 5時，每個風口的送風量為 0.96m3/s，送風速度為 5.3m/s。采用不同的送風末端裝置時，將采用對應的送風口模型，具體如圖 24。3.2.2回風口邊界條件 系統所有的回風口均采用單層百葉風口。送風溫差為 8時，回風量為 12m3/s；送風溫差為 5時，回風量為 19.2m3/s。4模擬結果及分析 完成上述設置之后，選取“室內零方程湍流模型6”，同

6、時考慮輻射換熱作用，應用“FLUENT”求解器進行計算。本文將討論四種方案，具體參數設置如下表 1。4.1方案一模擬結果及分析 方案一的溫度場、速度場及PMV7分布圖如圖68。 本文選取人員活動區域特征截面Y=1.65m來分析（下同）。由溫度場圖可以看出大部分區域的溫度都在28以下，其中靠近送風口的一側溫度在25附近，而遠離送風口的一側溫度則在 27.5左右，溫度場分布并不均勻。速度場顯示：在人體活動區域尤其是送風口下方區域，速度達到了0.5m/s，吹風感強烈，不符合夏季空調風速不大于 0.3m/s的要求，但在送風口另一側風速均在 0.25m/s以下，滿足要求。通過 PMV 分布云圖，看到整個

7、區域的 PMV值在-11 之間，基本上滿足舒適性的要求，在送風口附近區域 PMV 值較?。ㄔ?1 左右）。4.2方案二模擬結果及分析 下圖 911 給出了方案二的溫度場、速度場及PMV 分布情況。 方案二和方案一均采用雙層百葉送風口，只是送風溫差不同。對比方案二和方案一溫度分布結果，可以看出溫度場分布沒有大的變化，只是溫度略有升高（0.5左右），這可能是方案二的送風溫度（23）高于方案一（20）的緣故?？傮w上溫度均在 28附近，基本滿足設計要求。相對于方案一的速度場，方案二在送風口下方區域風速增大了，達到了 0.6m/s 左右，吹風感有所增強，更不滿足設計要求。對比 PMV 分布情況，方案一和

8、方案二基本類似。4.3方案三模擬結果及分析 在方案三模擬結果如圖 1214 所示。 和方案一相同，方案三也采用8的送風溫差。對比溫度場發現，兩方案溫度場類似，均能滿足設計要求。相對于方案一的速度場，我們發現采用散流器風口之后，速度場有明顯的改善，大部分區域風速均在 0.3m/s 以下，滿足夏季空調風速要求。通過PMV分布云圖，可以看到：對比方案一，PMV值范圍為-0.750.75 之間，有所改善。4.4方案四模擬結果及分析 圖 1517 分別給出了方案的溫度場、速度場及PMV 分布情況。 方案四和方案二均采用 5的送風溫差，只是送風末端不一樣。采用散流器送風口之后，相對于方案二，方案四特征截面

9、的溫度略有所增加，但絕大部分區域均在 28.3附近，符合設計要求。對比方案四和方案二的速度場，可以看到速度有明顯的減小，大多數區域速度在 0.3m/s以下，只是局部區域風速達到了0.4m/s。方案四的PMV值范圍在-0.750.75之間，相對于方案二（-10.75）有所改善。 方案四和方案三送風溫差不同，但是同是采用散流器送風口。對比溫度場，看到方案四和方案三的溫度分布類似，溫度稍有偏高，同樣也在設計溫度 28附近。相對于方案三，方案四風速偏高，不符合空調設計的要求。方案四和方案二的 PMV 分布都在-0.750.75 之間，沒太大的變化。4.5小結及建議 結合四種方案的模擬結果，分別對比四種

10、方案下溫度場、速度場及 PMV 分布情況，我們對四種方案進行星級評定，具體結果如下表 2。其中“” 由表 2 可知，方案三為最優方案，即送風末端采用散流器送風口，并選擇送風溫差為8，可以得到最好的氣流組織，完全滿足室內熱舒適性的要求；方案四也采用散流器送風口，但送風溫差為5，溫度場可以滿足要求，但是速度場部分區域速度達到0.4m/s，略大于夏季空調室內風速不大于 0.3m/s 的要求，盡量不要采用方案四；采用方案一或方案二后，雖然溫度場基本符合要求，但由于均采用雙層百葉送風，在人員活動部分區域風速大于 0.5m/s，有不同程度的吹風感，不滿足空調室內風速的要求，所以不宜采用。5結論 本文通過對武漢某地鐵車站站臺公共區進行CFD 模擬計算，并分析了四種方案下的氣流組織及熱舒適性狀況，得出如下結論： （1）該地鐵站臺公共區采用全空氣空調系統，利用 CFD 技術預測室內熱舒適性，模擬結果可以滿足室內舒適性的要求； （2）通過對兩種送風溫差（8和5）方案進行模擬，分析并比較計算結果，發現均能滿足室內溫度場的要求，但是送風溫差為5時，室