客运站候车厅空调通风送氧研究综述

□吉 铮 周 航 叶 磊

在我国，客运站人员负荷大是一个长期存在的现实问题。根据国家统计局数据显示，2018年1～8月份，全国客运车辆完成公路客运量91.8亿人次。面对如此之高的客运量，客运站候车大厅经常是人满为患，尤其是节假日客运高峰期，大量人员在客运站内聚集，导致客运站候车厅内人口密度急剧增大。传统的客运站空调送风系统多为集中式空调，采用混合通风方式，空调送风难以到达人员等候区的每一个角落，由于人群会散发出大量的热量，其呼吸废物还可在等候区不断累积，因此传统空调送风系统难以保障客运站内等候人群的人体热舒适需求，甚至还会为疾病的传播埋下隐患，导致室内空气品质急剧下降。以目前我国交通高速发展的趋势来看，在较长的时间内，火车、汽车仍然是人们出行的重要交通方式，因此，为保证旅客有一个舒适的候车环境，客运站候车厅的空调设计更应得到足够的重视。

一、客运站候车厅空调通风设计现状

汽车站、火车站作为典型的大空间建筑，具有空间高大、层高较高、人员聚集程度高且密度与流动性大、空间通透性要求高、空调负荷较大且热环境难以保证等特殊性。大空间建筑的室内气流存在极其明显的分层现象，且垂直方向梯度很大[1]。上述现象的出现使大空间建筑的室内环境控制成为一个较难解决的问题。目前常见的气流组织形式对于车站候车厅这类高大空间建筑，在远离送风口的区域由于人员密集且空调送风射程不足，经常会导致局部热湿环境不满足人体热舒适的需求。现有客运站候车厅空调通风气流组织的形式主要有五类，现作简要介绍。

(一)上送下回式。上送下回是指气流在由上向下的流动过程中，不断与室内空气混合进行热湿交换。对于上送下回式送风，气流不直接进入工作区，新风与原本的室内空气的混掺距离较长，能够形成比较均匀的温度场与速度场[2]。

(二)置换式通风。置换通风以极低的送风速度将新鲜的冷空气由房间底部送入室内，由于送入的冷空气密度大而沉积在房间低部，形成“凉空气湖”。当遇到人员、设备等热源时，“凉空气湖”被加热而导致空气上升，形成的热羽流成为室内空气流动置换的主导气流，从而将热量和室内空间底部沉积的污染物等带至房间上部，脱离人体的停留区[3]。

(三)层式通风。层式通风的送风口布置在墙体0.8～1.4m的高度上，即人体呈坐姿时呼吸区高度，它通过在房间墙体中部送风的方式将新风送达到人体呼吸的区域，使该空气层能达到较高的热舒适度，同时还将污染物及CO2浓度等控制在较低范围。不仅如此，层式通风还可在垂直方向上产生“头冷脚热”的逆向温度梯度，更加符合人体热舒适规律。相对于传统的通风方式，层式通风的送风温度可以提高到21℃左右[4]。

(四)分层空调。当建筑高度(H)大于10m，建筑空间容积(V)大于10,000m3，需要的空调送风区高度h1≤1/2H时，可以利用合理的气流组织仅对需要空调的下部建筑空间进行空调送风，即通过分层式空调的运行实现垂直分区空调。与传统的全室空调相比，分层式空调可节省空调冷负荷约30%左右，能有效降低建筑能耗[5]。

(五)竖壁贴附射流式通风。竖壁贴附射流通风的本质是一种介于混合式通风和置换式通风之间的气流组织形式，其通过合理的控制空气射流的相关物理参数，延长空调送新风的射程，将新鲜空气得以最大限度地送达人员工作区并沿地面逐渐扩展开来，产生“空气湖”，从而形成类似于置换式通风的气流组织[6]。

二、大空间建筑空调通风设计研究现状分析

客运站人员等候区较大的人员密度使得上送下回式的送风方式在回风方面受到较大阻力，难以实现；而置换式通风、层式空调、竖壁贴附射流式通风难以根据客运站人流量变化来调整送风面积和送风区域，不太适用于客运站人员等候区这类人流量变化浮动较大的高大空间。分层式空调在冬季热负荷较高时并不节能，其送风区域及送风面积也难以根据人流量的变动作出调整，这就需要一种能够实现就近送风、送风面积及送风区域可相应调整，并且能够满足室内空气品质和人体热舒适性要求的送风方式，来满足人员等候区的送风要求。

李先庭以航站楼类高大空间为例，通过CFD模拟获得了高大空间内详细的参数分布并分析排风对负荷的影响，从而根据能量平衡关系获得了高大空间负荷减小的规律。Tan提出了一套通用的高大空间恒温空调气流组织设计方法，该方法在气流组织初步计算的基础上，运用数值分析的方法得出最优的设计方案。Cheng提出了一种基于CFD仿真计算冷负荷的方法，进一步阐明了有效的冷却负荷因子概念，使其可方便地用于计算空调冷负荷并确定送风量。王龙阁则根据不同高大空间建筑的负荷构成及分布特点等提出“负荷物理特征”的概念，通过对具有典型“负荷物理特征”高大空间建筑的不同气流组织形式进行CFD数值模拟分析，得出了不同气流组织条件下的工作区温度场、速度场对比结果。

而在针对车站等人员等候区的气流组织研究中，Silas利用CFD软件和SES程序，对地铁车站进行了模拟计算，分析并比较在两种不同通风方式下(自然通风与机械通风)车站内的气流温度分布情况。Sanchez采用FLUENT软件分别模拟了标准回风、轨顶排风及站台下排风等几种方案下的车站通风效果，优化其环境控制系统设计。Yuan以地铁侧式站台为研究对象，采用CFD软件建立了原始和优化设计模型，按照现场测试的结果设置边界条件，发现使用k-ε模型来预测车站气流温度场和速度场是可行的，并提出一种优化通风策略。任荣利用CFD软件模拟典型气象条件下合肥客运南站自然通风时的气流组织情况，对车站南站厅大门开口位置进行了优化。刘显晨以西安北站候车厅为例，利用CFD技术对候车厅的负荷进行了动态模拟，并针对不同气流组织形式进行了模拟，给出了合理的气流组织形式。王康利用数值模拟的方法对丰台火车站候车厅空调系统夏季和冬季送风工况中的温度场、相对湿度场、人体舒适性以及室内空气品质分别进行模拟计算分析，得出不同气流组织方式优化比较方案。那艳玲使用CFD软件，模拟了正常工况下深圳、天津和沈阳的地铁车站内的气流组织情况，并提出了合理的通风方式，优化其环境控制系统设计。姜涛利用CFD对武汉地铁站台气流组织进行模拟研究，得到四种方案(两种送风温差、两种送风末端)下的温度场、速度场分布情况，为选取合理的送风温差及送风末端提供依据，优化其空调通风系统的设计。

三、高海拔地区通风送氧研究现状分析

在一些高海拔地区，空气密度随海拔升高而降低，由于该区域空气密度小，氧气分压及大气的绝对含氧量均呈下降趋势，由此导致的缺氧则成为高海拔环境对人体健康影响的主要因素。因此，地处高海拔区域的火车站、汽车站等人员密集区不仅需要注意热湿环境，更重要的是要关注到密集人群所需的氧气量是巨大的，仅通过送新风已无法满足高海拔地区的客运站等人员相对密集区对大量、高浓度氧气的需求。而目前针对高海拔地区客运站等的人员密集区，有关于供氧方式及其效果的研究还相对较少。

常海娟对高原旅客列车供氧状况进行了跟车实测与调查，分析了青藏铁路列车供氧系统的工作现状并给出了改进建议。欧阳仲志对青藏铁路列车的三种增氧方案进行了可行性分析，指出目前采用制氧机供氧可行性较高。谢文强用Fluent流体力学计算软件对隧道内氧气浓度的影响因素进行了深入分析，并建立了隧道内氧气浓度预测关系式，制定了巴朗山隧道采用个体式供氧与弥散式供氧的供氧方案。祝显强采取实验和CFD结合的方法研究了高原低气压环境富氧室内局部弥散供氧圆形出氧口供氧特性，得到了富氧面积随出氧流量与氧气扩散系数变化关系式。

四、结语

由于高大空间建筑的冷、热负荷都很大，而这与建筑空间构造、人员密度及聚集程度等因素密切有关，同时空间内部人员活动区所需要的负荷与建筑总负荷相比又很小，因此在工程设计中往往存在由于气流组织的不合理，使得一部分能量浪费在非人员活动区的现象。而在高海拔地区，更应注意在保证通风、人体热舒适及建筑节能的同时，满足客运站等人员密集区的送氧需求。为了避免上述问题在今后的设计和应用过程中再次发生，应注意在客运站候车厅等高大空间且人员活动密集区对气流组织效果进行仿真和分析，提出更适宜此类空间应用的合理的通风、送氧气流组织形式。