地铁车站环控温度场的研究分析

地铁车站环控温度场的研究分析

严师  陈清

福州地铁集团有限公司运营事业部，福建 福州350001

摘要：在地铁车站内，地铁车站环控系统为乘客提供了一个舒适、安全的环境，但环控系统运行时会产生大量的热量，影响了环控系统的正常工作。本文主要分析了地铁车站环控系统的温度场，以及通过三维数值模拟优化地铁车站的气流组织方案，提出了“分区控温”技术具体实施细节和效果评估，以改善地铁车站环境，为城市居民出行提供一个高效、环保、快捷、舒适的乘车环境。

关键词：地铁车站；环控温度场；三维数值模拟；“分区控温”

引言：

在地铁车站内，乘客与车站环境之间存在着一定的相互影响，乘客在车站内会产生大量的热量，同时地铁车站内还会产生大量的烟气和异味等污染物质。为了保证地铁车站内的环境质量，提高乘客的出行体验，需要采取一定的措施来减少这些污染物对乘客的影响。因此，在地铁车站内建立一个合理、科学、高效的环控系统对改善地铁车站环境具有十分重要的意义。

1、地铁车站环控系统的温度场

车站温度场的主要作用是为了保持地铁车站环境的温度，确保乘客在车站内的舒适度，同时，为了保证地铁车站的安全性，还需要将乘客所处的环境控制在一定的温度范围之内。因此，要对地铁车站进行温度场分析【1】。地铁站内，乘客所处的环境空间是有限的，不能长时间停留，乘客在地铁车站内走动时会产生大量的热量，这些热量会直接通过各种途径传递到地铁站内。其中包括：乘客自身产生的热量、环控系统产生的热量、空调系统产生的热量以及自然对流产生的热量等。

地铁车站内温度场是一个动态变化过程。在地铁车站内，乘客所处的环境空间是有限的，不能长时间停留在一个环境空间中；而地铁车站内温度场也是一个动态变化过程，随着时间和环境条件变化而变化。地铁车站内温度场的变化主要取决于两个因素：一是在整个时间尺度上地铁站内温度场变化；二是在不同时间尺度上地铁站内温度场变化。地铁站内环境空间有限，乘客在站内走动时会产生大量的热量；而地铁车站环控系统运行时会产生大量热量。为了使地铁车站环境中乘客所处环境空间能够始终保持舒适状态，需要采取一些措施减少环控系统运行时产生的热量。

研究表明，地铁车站温度场在空间上呈非线性分布，会随着时间和环境条件变化而发生变化【2】。在同一个空间中，温度场随时间变化而发生非线性变化。当人们从室外进入室内时所产生的热量会通过地铁车站环控系统传递到地铁车站内部。如果将地铁车站作为一个有机体进行研究分析，可以发现随着时间和环境条件变化而发生。这种现象不仅影响到地铁车站环控系统运行时产生热量，还影响到地铁站内环境空间和乘客所处环境空间。如果地铁站内环境空间与乘客所处环境空间不能保持一致，就会使地铁站内产生不良影响；反之则会对乘客产生不良影响。

2、三维数值模拟优化地铁车站的气流组织方案

随着城市地铁交通的快速发展，地铁车站内的空气质量和舒适度问题日益受到关注。为了确保乘客在地铁站内的舒适体验，并保障车站内的空气质量，需要对地铁站内的气流组织进行精细化设计和优化。通过三维数值模拟的方法，能够更精准地掌握车站内的气流状况，进而为气流组织方案提供有力的科学依据。

2.1建立精准的地铁站模型

气流组织方案的设计首先需要依赖于一个详尽且精确的地铁站模型。这一模型不仅包括车站内部的结构布局、各区域的功能划分，还需细致描绘材料的导热属性、热桥效应、通风口的分布及其性能参数。同时，考虑到地铁车站与外部环境的紧密互动，模型还应包括车站周围的建筑环境、气象条件以及交通状况等因素。

2.2利用数值模拟技术进行气流分析

在模型建立完成后，采用先进的计算流体动力学（CFD）技术，对地铁站内的气流进行精细化模拟。模拟过程中，重点关注以下几个方面：

1）空气龄与温度分布：通过模拟计算，可以获取地铁站内空气的“空气龄”数据，即空气在车站内部停留的平均时间。同时，分析室内空气的温度分布，以评估气流组织的效率和质量。这些数据有助于了解空气流通的状况，进而为气流组织方案的优化提供指导。

2）列车运动对热环境的影响：地铁列车的进出站会产生显著的热效应，对车站的公共区域温度产生直接影响。通过三维动态数值模拟，可以分析列车运动对车站热环境的具体影响，从而预测并调整气流组织方案，以应对列车运动带来的温度变化。

3）速度场与温度场的分析：通过模拟地铁站内的速度场和温度场，可以深入了解地下超市和地铁站内的气流分布规律。这有助于发现气流组织中存在的问题，如气流死角、温度分层等，进而为优化气流组织提供依据。

2.3优化送风温差设计

在侧式站台空调系统的气流组织设计中，送风温差是一个关键参数。通过数值模拟，可以评估不同送风温差下的气流组织效果，从而确定一个既能保障乘客舒适度又能提高空调系统能效的送风温差。这不仅有助于提升地铁车站的整体环境品质，还能为节能减排做出贡献。

3、“分区控温”技术具体实施细节和效果评估

现如今地铁已成为各大市民日常出行的重要选择。然而，不同乘客对于车厢温度的需求却不尽相同，特别是在炎热的夏季。为了解决这一难题，上海地铁引入了“分区控温”技术，以满足不同乘客的需求，提升乘车舒适度。

目前，这一技术在上海地铁的11条具备车厢分区调温功能的轨道交通线路上得到了广泛应用。实施细节上，列车车头和车尾两节车厢的空调温度被调至“弱冷”，比普通车厢高约2℃左右，而中间的其他车厢则维持原有的温度设置。这样的设计，既照顾到了对温度较为敏感的乘客，又确保了整体车厢的舒适度。对于较老的车型，如3、4号线，上海地铁同样展现出了卓越的技术创新能力。通过集中技术力量，克服了空调集控单一的难题，实现了非激活端车厢单独设置温度，从而完成了分区调温。这一举措不仅提升了老旧车型的性能，也展现了上海地铁对于技术革新的不懈追求。

在效果评估方面，乘客的反馈无疑是最为直接的证明。许多乘客纷纷表示，这种“分区控温”措施非常人性化和周到。有乘客表示，这种从细节出发的管理方式让人感到温暖，尤其是对于老年乘客来说，能够提供更加舒适的乘车体验。此外，通过车站广播提醒乘客按需选择乘坐对应的车厢，以及在相关线路车站在出入口、换乘通道LED屏中滚动宣传，进一步提升了乘客的满意度【3】。除了乘客的直观感受外，一些统计数据也进一步印证了“分区控温”技术的积极效果。据统计，自该技术实施以来，地铁乘客的满意度普遍提升，尤其是在高温季节，乘客对于车厢温度的满意度更是有了显著地提高。这一成果不仅证明了“分区控温”技术的有效性，也展现了上海地铁在提升乘客体验方面的努力。

“分区控温”技术的广泛应用，为上铁乘客带来了更加舒适、人性化的乘车体验。这一技术的成功实施，不仅展示了上海地铁在科技创新和服务提升方面的领先地位，也为其他城市的地铁建设提供了有益的借鉴。

结束语：

综上所述，地铁车站环控系统设计对于乘客的舒适度和安全至关重要。合理的环控系统应结合空调和自然通风模式，为乘客创造舒适的环境。此外，种植树木或摆放花盆也有助于降低站内温度。综上所述，通过优化环控系统和环境改善措施，乘客可以享受到更舒适、安全和便捷的地铁出行体验。

【参考文献】

[1]陈宜汉,朱祝龙,姜林月.占地受限地铁车站环控设计方案的优化[J].建筑技术开发,2023,50(02):27-28.

[2]黄建辉.地铁车站高效空调系统的研究与应用[J].现代城市轨道交通,2023,(01):28-32.

[3]孙小通,刘琼蓉.城市轨道交通智能环控设备监控系统节能控制策略研究[J].科技创新与应用,2022,12(36):97-100.