兰州地铁通风空调系统能耗分析与研究

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2020年《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》以中城轨[2020]10号文件正式发布实施,为我国新冠疫情后时代交通业的发展点明了方向——智慧城轨。“智慧城轨”概念的提出,标志着城市地铁在我国城市轨道交通运输中地位显著,其在城市交通运营中起着重要作用。但地铁通风空调系统存在能耗巨大、舒适性有待提高等问题。本文采用理论分析计算与数值模拟计算的研究方法对兰州地铁车站在不同通风空调方案条件的能耗进行了研究,研究中结合了热舒适性评价,得到了舒适性与节能性都较为优异的空调方案。同时,本文采用文献《直接蒸发冷却空调技术在拉合尔地铁站的应用研究》中实测与模拟数据和本文的研究结果进行相互验证,保证数据偏差率在合理范围内。基于车站负荷计算理论、人体热舒适理论以及空调系统综合能效比理论,研究了兰州地铁车站公共区设计负荷的组成比例、不同空调方案对人员热舒适指标的影响、不同空调系统的节能效果;基于DeST软件与FLUENT软件,研究了兰州地铁车站公共区全年动态负荷和夏季不同空调系统方案的能耗、不同空调系统方案的流场及相关热舒适计算的基础物理参数的提取。经过以上研究,得出如下结论:(1)地铁车站的设计负荷计算是本文后续研究的基础,本文利用理论计算得到,车站公共区总负荷为549.20k W,车站公共区设计冷指标为119.55W/m2,站厅设计冷指标75.28W/m2,站台设计冷指标为201.13W/m2;(2)在设计负荷的基础上,本文又利用DeST软件对兰州地铁车站公共区全年负荷进行了数值模拟计算,地铁通风空调季的负荷数值变化并不明显,虽然空调季动态负荷在大多时间未达到设计冷负荷(地铁车站DeST冷负荷模拟结果达到设计计算冷负荷±2%的累计时段占6、7、8、9月份总时长的0.42%),但空调季DeST模拟公共区平均冷指标(115.41 W/m2)仍占设计冷指标的96.54%;(3)基于FLUNT软件模拟结果计算的热舒适指标显示,在地铁车站内部,送风温差为10℃的一次回风空调系统(PMV指标平均值为0.679,乘客对站内热湿环境不满意度为9.940%)较直接蒸发冷却系统(PMV指标平均值为0.723,乘客对站内热湿环境不满意度为11.316%)更加舒适;(4)利用DeST软件对不同空调方案进行能耗模拟是本文的核心内容,模拟结果显示,直接蒸发冷却方案相较于一次回风方案全年空调系统能耗(全年能耗46.87万k W·h)较低,较舒适度最好的送风温差为10℃的一次回风系统(63.06万k W·h)节能34.56%;(5)最后本文对兰州地铁通风空调系统的选择给出建议:(1)舒适性评价与能耗模拟结果结合分析,兰州地铁公共区最佳空调方案为直接蒸发冷却系统与送风温差为10℃的一次回风系统;(2)从节能角度出发,直接蒸发冷却系统为较佳空调方案;(3)从乘客舒适度角度出发,送风温差为10℃的一次回风系统为较佳空调方案。同时,也可采用降低直接蒸发冷却系统吹风感和相对湿度来提高乘客舒适度。本文应用数值模拟和理论分析相结合的研究方法,从节能性和人员舒适性两个角度出发,对兰州地铁车站公共区空调系统进行研究。同时,本文采用已发表的可靠实测与模拟数据、理论计算结果、数值模拟结果进行相互验证,三种数据偏差率均在合理范围内,保证了结论的可靠性。为以兰州地区为代表的地铁空调系统的选择提供优化意见及数据支持。
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