高铁站房热风幕节能性能测试分析

黎文峰， 高文佳， 蔡珊瑜

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海200092）



高铁站房热风幕节能性能测试分析

黎文峰， 高文佳， 蔡珊瑜

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海200092）

摘要：本文对兰州西客站乘客通道室内温度和风速在不同电热风幕启停工况下进行现场测试和分析，结果显示开启热风幕对乘客通道出口冷风渗透起到了非常好的阻隔作用，表明热风幕是节能和增强室内舒适性的一项很有成效的技术措施。

关键词：高铁站房； 热风幕； 温度分布； 节能

0　引言

新建的高铁站房建筑空间大、人流量大、频繁开启大门，使得空调采暖能耗非常大，节能技术在高铁站房建设中得到非常多的重视。兰州西客站位于寒冷地区，采暖季车站内外温差大，在出入口附近形成较大的热压和风压，由室外进入室内的无组织渗风量较大，在出入口安装热风幕机，可以有效减少无组织渗风带来的热损失。

热风幕机气流的流动和换热受多种因素影响，这些因素包括：射流速度、射流温度、大门两侧的温差、室外风速等。其中最重要的指标是热风幕运行的稳定性和大门两侧传热传质率。稳定性反映出热风幕的阻隔特性，传质传热率则表现热风幕的节能性能。

1　热风幕的阻隔特性

热风幕的阻隔性能一般用挡风效率η来表示[1]：

式中 Lw—热风幕不运行时，冷风渗透量，m3/s；

Lw′—热风幕运行时，冷风渗透量，m3/s。

要减小冷风渗透量达到节能目的，热风幕需要较高的隔性能，这就要求热风幕射流具有足够的强度，来抵抗室外冷风横向压力的干扰，起到封闭大门的作用。在横向气流作用下的送风射流可简化为二维射流，该二维射流的轴心弯曲轨迹方程[2，3]：

式中 ρw—横向自然风密度，kg/m3；

ρ0—热风幕射流空气密度，kg/m3；W—横向气流速度，m/s；u0—热风幕喷射速度，m/s；bp—热风幕喷口半宽度，m；a0—热风幕喷射角；

Cn—综合修正系数，与喷射角a和高宽比H/2b0有关。

当大门结构尺寸一定时，热风幕的射流轴心轨迹方程只与喷射角a有关，与其他因素无关。大门热风幕在单位门宽上的阻隔效率在大门中间80%范围内能达到一定条件下的较大值，在大门宽度上中间位置的热风幕主体相比靠近门轴处更难被自然风破坏[3]。

2　热风幕的节能性能

热风幕的节能效果可用隔热效率来表示：

式中 Q—热风幕不工作时侵入的室外空气传递的热量，kJ/s；

Q0—热风幕运行时通过热风幕传递的热量，kJ/s。

文献[5]针对某尺寸为10.8 m×6.8 m×2.8 m的便利店建立模型，通过数值模拟研究了在该商店特定条件下热风幕喷射速度对节能的影响，和敞开大门相比，安装大门热风幕后并且以2 m/s的速度喷射，商店室内温度可以降低5℃左右，大大降低了空调系统的负荷。

3　工程实例

兰州西客站是西部铁路交通特大枢纽，是典型的大空间车站，车站位于寒冷地区，在进站台乘客通道出口处设计了电热风幕，乘客通道未设计其他采暖措施。在车站建成通车后，对电热风幕开启对室内舒适性影响和节能性能进行了测试。设计电热风幕设计参数见表1。

表1　电热风幕参数

此次测试包括三个工况：风幕关、风幕开以及热风幕开，使用温湿度测量仪和风速测量仪测量了不同测点上的温度和风速，风幕的安装高度为3.0m。通过对测试数据整理和分析，结果显示热风幕对乘客通道温度和风速分布影响比较大，对阻隔出口冷风渗透起了非常关键的作用。表2为室外温度和风速在垂直高度上的分布，测试地点为进站乘客通道出口大门外。

表2　室外温度和风速在垂直高度上的分布

图1和图2分别表示了离大门1.5m处温度和风速在垂直方向的分布，在风幕开/关的工况下，离大门1.5m处垂直面上温度分布比较均匀；在风幕开的工况下，温度略有升高，体现风幕的阻隔作用；而当热风幕开启后，温度分布变化非常明显，在1m以下温度变化不大，在高度大于1m的区域，温度随着高度增大而升高，受热风幕影响越大，温度增大了2℃以上。图2所示为风速分布，在自然通风作用下，风速在垂直方向上分布较为均匀。室内为采暖工况，形成气流速度加剧，风速比室外测量值要高；在风幕开和热风幕开工况下，风速分布变化一致，都是随着高度增加而减小，表明空间区域离风幕越近，受影响越大。

图3和图4分别表示了在人员主要活动区（1.5m高度）的温度分布和风速分布。从图3中可以看出，在风幕的开启以及热风幕的开启工况下，温度分别升高了4℃和2℃。从图4中可以看出三种工况下，风速变化趋势比较一致，体现了风幕的开关以及加热器的开启对风速的影响，而且在20m以后区域风速基本上变化不大，这表明室内区域风速分布较为均匀。

图5表示了在热风幕开启的工况下，离大门距离1.5m、4.5m、8.5m下，垂直方向上温度最大波动分别为10℃、2.2℃、2.6℃。从图中可以得知距离大门较远，温度分布更均匀，这表明里在这一区域受室外渗透气流更小。图6表示的是相同工况下，风速的分布，从图中可以看出，距离大门较远，风速变化越小。这主要是反映了热风幕的阻隔作用，热风幕向下的气流和水平方向室外渗透气流作在室内叠加后形成抛物线状影响，即离门越近高度越低的区域受到室外渗透气流影响越大，而离大门越远高度越高的区域受到热风幕影响越大。

4　结语

本文对高铁站房进站台乘客通道热风幕的开启对相邻室内空间温度和风速影响进行了测试研究，结果表明热风幕向下的气流和水平方向室外渗透气流作在室内叠加后形成抛物线状影响，即离门越近高度越低的区域受到室外渗透气流影响越大，而离大门越远高度越高的区域受到热风幕影响越大，热风幕的开启对室外渗透气流起了非常大的阻隔作用

乘客通道仅在乘客进站时启用，启用时长较短，热

风幕的开启使得这一区域能够达到乘客快速通过时的热舒适要求。因此乘客通道根据室外温度开启风幕或热风幕来阻隔室外渗透气流，不考虑其他采暖方式的设计是可行的，既能满足热舒适要求，又可以减少了车站采暖能耗，达到车站节能的目的。

参考文献：

[1]黄松，何川.空气幕研究现状及展望[J].建筑热能通风空调，2008，27 （5）：23~26.

[2]汤晓丽，史钟璋.横向气流作用下气幕封闭特性的理论研究[J].建筑热能通风空调，1999，（6）：6~8.

[3]汤晓丽，史钟璋.横向气流作用下气幕封闭特性的实验研究[J].建筑热能通风空调，1999，（3）：1~5.

[4]査显顺，毕海权.大门空气幕沿门宽方向阻隔特性分析[J].制冷与空调，2013，27（3）：297~300.

[5]李强民.空气幕的隔断特性及其节能效果[J].暖通空调，1986，16（2）：4~8.

修回日期：2016-04-05

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.02.017

中图分类号：TU832

文献标识码：B

文章编号：2095-3429（2016）02-0076-03

作者简介：黎文峰（1988-），男，湖南岳阳人，硕士，助理工程师，主要从事暖通空调系统设计工作。

收稿日期：2016-03-07

Test and Analyzing of the Energy Efficiency Performance for Air Curtain in Railway Station

LI Wen-feng， GAO Wen-jia， CAI Shan-yu

（Tongji Architectural Design（Group）Co.，Ltd，Shanghai 200092，China）

Abstract：In this paper，the indoor temperature distribution and wind velocity of the passenger channel of Lanzhou West Railway Station have been field tested and analysised in different hot air curtain condition.The results show that the opening hot air curtain has a very good blocking effect on the cold air infiltration，which indicates that the hot air curtain is a very effective technical measure for saving energy and improving the indoor comfort.

Key words：railway station； hot air curtain； temperature distribution； energy saving