CN103277857B - 服务于铁路客站高大空间的分层空调系统及其节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一个服务于铁路客站高大空间的分层空调系统及其节能方法，该节能方法提供了一个分层空调系统，该分层空调系统包括了喷口、与之匹配使用的回风口以及用以室内换气的排风口和进风口，所述喷口所在的水平面为分层面，该分层面将高大空间分为该水平面上方的非空调区与下方的空调区，所述喷口用以向空调区输送冷气，所述排风口与进风口均位于非空调区，且两者组合使用实现换气，所述进风口与所述排风口组合使用进行换气次数根据以下公式确定：α_1n＝(12.9n²+20.1n+2746)/100其中，α_1n—节能率；n—每小时的换气次数。本发明由于创造性地发现了室内换气次数与节能率的具体量变关系，从而能够利用该量变关系的规律设置室内的换气次数，实现有效节约能耗的效果。

Description

服务于铁路客站高大空间的分层空调系统及其节能方法

技术领域

本发明涉及建筑暖通领域，尤其涉及一种服务于铁路客站高大空间的分层空调系统及其节能方法。

背景技术

目前大型铁路客站高架候车层建筑空间多具有高大空间的建筑空间特点。国铁站房建筑特点之一：新建客站候车区通常高度达25米，有些跨层的进站大厅高是均达30m以上，乘客候车区高度远小于建筑空间高度，这是温度梯度的主要原因；

特点二是大空间的外墙面积与地板面积之比较大，一般办公建筑标准层为0.2～0.3m²/m²,而大空间可能达到1.0m²/m²,这就形成了外界界面对室内空间的自然对流影响较大，冬季易在外围护四周形成下降冷气流；

特点三是乘客候车区人均所占空间体积大，可采用较小的换气次数以满足卫生标准的要求。在铁路客站的设计规范中对于客运专线的普通候车区的最大候车人员密度规定为0.91人/m²，而人员密度存在波动性，尤其在“春运、暑运、节假日”波段，候车区人员有可能超过设计值。

大型铁路站房体量大,层高高,进出站口、检票口等与室外连通口部众多的特点,客观造成了铁路客站建筑围护能耗比普通公共建筑能耗大的特点；又加上目前铁路站房候车区为“等候式”候车模式,人员滞留时间较长,车站内人员密集,所需新风量大,尤其每年客运高峰段的客流较集中,新风负荷在站房空调系统所占比例较大。据有关资料测算，铁路客站能耗中有60-80％是空调系统所占能耗，而站房空调负荷中新风负荷占30％以上。

大型铁路客站候车区的建筑形态特点使得候车区多属于高大空间建筑，在末端空调系统的设计上基本上采用了适用于高大空间建筑的分层空调系统。这种系统是将调节离地面1～2米处人员停留区温度和速度作为首要目的。空调气流即在竖向高度位置上形成一道水平空气幕，将空间在高度上一分为二，空气幕的下方为空调区，利用合理的气流组织对其进行空气调节，从而达到并满足工艺和人员所需要的温、湿度要求；空气幕的上方(上部较大的空间)为非空调区，非空调区不设空调，可根据该区热负荷强度酌情采取一般通风排热措施或者不采取任何排热措施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种服务于铁路客站高大空间的分层空调系统及其节能方法实现铁路客站能耗的降低。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种服务于铁路客站高大空间的分层空调系统的节能方法，适用于供冷工况，该节能方法提供了一个分层空调系统，所述分层空调系统包括了喷口、与所述喷口匹配使用的回风口以及用以室内换气的排风口和进风口，所述喷口所在的水平面为分层面，该分层面将高大空间分为该水平面上方的非空调区与下方的空调区，所述喷口用以向空调区输送冷气，所述排风口与进风口均位于非空调区，且两者组合使用实现换气，所述排风口位于所述进风口上方，所述回风口位于所述喷口的下方，所述喷口、回风口、排风口和进风口均靠近铁路客站高大空间的侧墙壁安装，且开口均背向该侧墙壁设置，

所述进风口与所述排风口组合使用进行换气的次数与节能率的关系符合以下公式：

α_1n＝(12.9n²+20.1n+2746)/100

其中，α_1n—节能率；n—每小时的换气次数，n小于3。

在安装所述喷口时，其高度与节能率的关系符合以下公式：

${\mathrm{\α}}_{2n}=-72.96\stackrel{\‾}{H}+49.6,$

其中，α_2n—节能率；—喷口的高度与侧墙壁高度之比。

所述喷口的设置高度小于所述侧墙壁高度的一半。

所述喷口斜向上设置，且其与水平面间夹角的范围为10度至15度。

本发明还提供了一种铁路客站高大空间的分层空调系统，至少包括喷口、与所述喷口匹配使用的回风口以及用以室内换气的排风口和进风口，所述喷口所在的水平面为分层面，该分层面将高大空间分为该水平面上方的非空调区与下方的空调区，所述喷口用以向空调区输送冷气，所述排风口与进风口均位于非空调区，且两者组合使用实现换气，所述排风口位于所述进风口上方，所述回风口位于所述喷口的下方，所述喷口、回风口、排风口和进风口均靠近铁路客站高大空间的侧墙壁安装，且开口均背向该侧墙壁设置。

所述喷口的设置高度小于所述侧墙壁高度的一半。

所述喷口斜向上设置，且其与水平面间夹角的范围为10度至15度。

所述喷口靠近两个相邻的侧墙壁设置，所述回风口靠近其中一个侧墙壁设置。

本发明由于创造性地发现了室内换气次数与节能率的具体量变关系，从而能够利用该量变关系的规律设置室内的换气次数，实现有效节约能耗的效果，同时，本发明利用喷口将室内空间分成了喷口以上的非空调区以及喷口以下的空调区，本发明还将排风口与进风口设置在了非空调区，进而充分考虑了非空调区向空调区辐射和对流的热转移，从而得到了节能率与回风口换气次数的对应关系。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的铁路客站的空调系统的模型结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的排风次数的分析图；

图3是本发明一实施例提供的喷口的设置高度的分析图；

图中，100-侧墙壁；101-喷口；102-回风口；103-进风口；104-排风口。

具体实施方式

以下将结合图1对本发明提供的铁路客站高大空间的分层空调系统及其节能方法进行详细的描述，其为本发明一可选的实施例，可以认为本领域的技术人员能够根据公知的常识，在不改变本发明的精神和内容的范围内对其进行修改和润色。

请参考图1，本实施例提供了一种服务于铁路客站高大空间的分层空调系统的节能方法，适用于供冷工况，该节能方法提供了一个分层空调系统，其包括了喷口101、与所述喷口101匹配使用的回风口102以及用以室内换气的排风口104和进风口103，所述喷口101所在的水平面为分层面，该分层面将高大空间分为该水平面上方的非空调区与下方的空调区，所述喷口101用以向空调区输送冷气，所述排风口104与进风口103均位于非空调区，且两者组合使用实现换气，所述排风口104位于所述进风口103上方，所述回风口102位于所述喷口101的下方，所述喷口101、回风口102、排风口104和进风口103均靠近铁路客站高大空间的侧墙壁安装，且开口均背向该侧墙壁设置；所述进风口103与所述排风口104组合使用进行换气的次数与节能率的关系符合以下公式：

α_1n＝(12.9n²+20.1n+2746)/100

其中，α_1n—节能率；n—每小时的换气次数，n小于3。在此公式的指引下，本领域的技术人员能够据此关系选取最合适的换气次数。

节能率α为计算分析分层空调负荷节能量化指标，α＝1-Q_CL/Q_L，其中，Q_CL为分层空调负荷，Q_L全室空调负荷。

请参考图2，随着换气次数的提高，空调区的平均温度下降。上部不设排风时与设置排风且换气次数为1次/h时，空调区的平均温度变化较大，而当换气次数从1次/h加大成3次/h时，空调区的平均温度变化较小，故可认为相对于不设排风的做法，在上部非空调区设置排风，可有效改善候车区温度，但加大换气次数对候车大厅的温度改变作用就相对较小。本发明通过模拟分析和实际勘测，得到了这一公式，其是通过实践经验得到进行该实验的启示，然后根据实验获得数理分析的启示，然后根据该启示通过实验和模拟分析得出的具体变量关系，绝非根据公知的常识能够通过有限次实验就能得到的对应量变关系。

当n>3次/小时时，其非空调区的排热率并不随n的增加而上升，排热率增加不明显。当顶部排风次数大于7次/小时，上部排风会对空调区射流的卷吸作用加大，会出现干扰空调区的气流组织，并不节能。故本专利中的n的适用范围为n<3次/小时。

在本实施例中，在安装所述喷口101时，其高度与节能率的关系符合以下公式：

${\mathrm{\&alpha;}}_{2n}=-72.96\stackrel{\&OverBar;}{H}+49.6,$

其中，α_2n—节能率；—喷口101的高度与侧墙壁100高度之比。在此公式的指引下，本领域的技术人员能够据此关系选取最合适的喷口101的设置高度。这里所说的高度为距离地面的高度。本实施例中的喷口101的高度为7.5米，侧墙壁100的高度为24.5米，所以为7.5：24.5。请参考图3，通过采用本实施例的数据进行定量的建模分析与实际勘测的比对，可以看出随着喷口送风高度的降低，空调区的温度降低，且竖向温度梯度加大，如在5米时，其温度与最高温度的差值达9.5K，而在7.5米时，其温差值降为6K，故随着喷口高度的降低，分层面降低，能提高分层空调的节能性；但当喷口送风高度提高到12m以上，此时已超出总高度的1/2，其空调区的温度值明显升高，回风口102附近的局部温度已达304.6K，超出室内温度设计值(301K)达3.6K，故可认为这是一个不能满足设计要求的分层高度。本发明通过模拟分析和实际勘测，得到了这一公式，其是通过实践经验得到进行该实验的启示，然后根据实验获得数理分析的启示，然后根据该启示通过实验和模拟分析得出的具体变量关系，绝非根据公知的常识能够通过有限次实验就能得到的对应量变关系。在模拟分析与实验中发现，改变顶部换气次数，发生明显变化的是非空调区对空调区对流热转移负荷，随着非空调区通风量加大，带走更多的聚集在高大空间高处的热量，使得对流热负荷随着非空调区随着排热率增加而减小，从而减小了分层空调负荷，达到节能效果。

通过研究分析可得出：在候车厅高大空间的设计中，我们可以在满足喷口101射程及温度场、速度场的前提下，在建筑高度1/2(即侧墙壁高度的1/2)以下范围内可尽量地降低喷口101的设置高度，以提高分层空调的节能性。所以在本实施例中，所述喷口101的高度小于所述侧墙壁100高度的一半。

本实施例中，回风口102的尺寸为2000mm*1800mm，回风口102底部距地面200mm；排风口104的尺寸为1800mm*800mm，排风口104之间的间距为8m。

在本实施例中，所述喷口101斜向上设置，且其与水平面间夹角的范围为10度至15度。当该送风的角度抬至+20度时，即斜向上设置，与水平面夹角抬至20度，冷风向上卷吸，候车区平均温度偏高，温度场均匀度较差。

当喷口101送风角度调至0度至-15度时，即斜向下设置，与水平面夹角降至0度至15度时，冷射流下沉，喷口101的射程受限，速度场均匀度较差。

喷口101送风角度在+10°至+15°时，喷口101射程的冷射流可以实现较好的室内温度场及速度场。

本实施例还提供了一种铁路客站高大空间的分层空调系统，至少包括了喷口101、与所述喷口101匹配使用的回风口102以及用以室内换气的排风口104和进风口103，所述喷口101所在的水平面为分层面，该分层面将高大空间分为该水平面上方的非空调区与下方的空调区，所述喷口101用以向空调区输送冷气，所述排风口104与进风口103均位于非空调区，且两者组合使用实现换气，所述排风口104位于所述进风口103上方，所述回风口102位于所述喷口101的下方，所述喷口101、回风口102、排风口104和进风口103均靠近铁路客高大空间站的侧墙壁100安装，且开口均背向该侧墙壁100设置；

所述喷口101的设置高度小于所述侧墙壁100高度的一半。

所述喷口101斜向上设置，且其与水平面间夹角的范围为10度至15度。

所述喷口101靠近两个相邻的侧墙壁100设置，所述回风口靠近其中一个侧墙壁100设置。

本发明由于创造性地发现了室内换气次数与节能率的具体量变关系，从而能够利用该量变关系的规律设置室内的换气次数，实现有效节约能耗的效果，同时，本发明利用喷口将室内空间分成了喷口以上的非空调区以及喷口以下的空调区，本发明首先将排风口与进风口设置在了非空调区，充分考虑了非空调区向空调区辐射和对流的热转移，从而得到了节能率与回风口换气次数的对应关系。同时，本发明发现喷口位置越低，空调区高度越低，空调区内温度分布越均匀，节能效果越明显。喷口角度在+10°至+15°时的冷射流可以实现较好的室内温度场。受到排风量的影响，过大或者过小则不利于节能。在满足送风射流的射程及速度场等要求下，分层高度越低，这两个负荷越小，越能提高分层空调的节能效果。

Claims (4)

1.一种服务于铁路客站高大空间的分层空调系统的节能方法，适用于供冷工况，其特征在于：提供了一个分层空调系统，其包括喷口、与所述喷口匹配使用的回风口以及用以室内换气的排风口和进风口，所述喷口所在的水平面为分层面，该分层面将高大空间分为该水平面上方的非空调区与下方的空调区，所述喷口用以向空调区输送冷气，所述排风口与进风口均位于非空调区，且两者组合使用实现换气，所述排风口位于所述进风口上方，所述回风口位于所述喷口的下方，所述喷口、回风口、排风口和进风口均靠近铁路客站的高大空间侧墙壁安装，且开口均背向该侧墙壁设置；

所述进风口与排风口组合使用进行换气的次数与节能率的关系符合以下公式：

α_1n＝(12.9n²+20.1n+2746)/100

其中，α_1n—节能率；n—每小时的换气次数，n小于3。

2.如权利要求1所述的服务于铁路客站高大空间的分层空调系统的节能方法，其特征在于：在安装所述喷口时，其高度与节能率的关系符合以下公式：

${\mathrm{\&alpha;}}_{2n}=-72.96\stackrel{\&OverBar;}{H}+49.6,$

其中，α_2n—节能率；—喷口的高度与侧墙壁高度之比。

3.如权利要求1所述的服务于铁路客站高大空间的分层空调系统的节能方法，其特征在于：所述喷口的设置高度小于所述侧墙壁高度的一半。

4.如权利要求1所述的服务于铁路客站高大空间的分层空调系统的节能方法，其特征在于：所述喷口斜向上设置，且其与水平面的夹角为10度至15度。