火车站高大空间气流组织模拟设计方案

某火车站高大空间气流组织模拟设计方案

1 前言

大空间空调气流组织设计是根据舒适性要求需要，设计室内送回风形式、风速、等参数，通过设置送回风口位置、送风温度、送风速度来达到满足舒适性要求的效果。在以往的设计过程中，尤其是在多种方案的选择中，往往需要靠设计师的个人经验，常常会出现设计不满足要求或者为满足设计要求导致能源过渡消耗的现象。随着人们对空调舒适性要求越来越高以及能源问题越来越严重，我们需要选择更好的设计方案，而CFD技术恰恰能够为我们提供很好的辅助作用。

本文将以某火车站候车厅空调气流组织为例，阐述CFD技术在方案比选中的应用。

2 模拟对象简介

本文是对某火车站候车厅进行模拟，该车站站场总体规模为18台34线，总建筑面积约24万m2，其中站房面积约8万m2； 5层结构，地上2层，地下3层。地上分别为高架层和火车站台层，高架层内部区域包括两个普通候车厅和一个磁浮候车厅以及外围进站大厅；地下一层为出站大厅，还设有出租车及社会车辆停车场；地下二、三层为地铁站台层。模拟区域为高架候车厅，该火车站高架层为旅客进站及候车区域，其内部布置图如图1所示，其中磁浮候车厅面积4090m2；普通候车厅1的面积8120m2；普通候车厅2的面积为9519m2。如图2所示中间由透明玻璃幕墙围成的区域为高架候车区，即需要模拟的区域。

1 高架层平面布置图 图2 火车站透视效果图

3 模型建立

候车区的气流组织方式分为门套式送风和座椅送风两种形式，下面针对两种送风方式分别建立模型进行模拟分析。其中座椅送风采用诱导送风方式，候车区座椅下部设置52排座椅送风单元，每排4个，每个单元送风量为2800m3/h。诱导风口的诱导比为1：1，诱导后单元风量为5600m3/h，温度为19.5℃，座椅送风口风速为1m/s。

其他部分具体送风参数如表1所示：

表1 两种送风方案送风量表

在AIRPAK中根据CAD图所给尺寸数据进行建模，为了提高计算效率，在保证模拟结果可靠性的前提下需要进行以下适当的简化：

1、结构支撑柱所占面积相对与候车区域来说十分微小，且都处于候车区与进站大厅边缘处，不会对气流组织产生影响，在建模时将其省略。

2、墙面的倾斜较小，且处于气流组织最外围，不会对室内气流组织产生影响，且斜墙面会大大降低计算的速度，建模时视为垂直墙面。

3、因为整个高架层尺寸较大，根据模型对称的特点，为了提高计算速度，在不影响计算结果的前提下，将其作简化处理：计算一半候车大厅通过设置镜像墙来完成整个计算，所以计算模型尺寸为X:72m，

Y：29m，Z：393m。三维效果图如图3所示，

图3 整体模型三维图

4 边界条件

本文模拟对象所在地区夏季空调室外计算干球温度为35.7℃，冬季空调室外计算干球温度为-4℃。具体边界条件如表2所示：

根据设计标准，火车站室内设计参数如表3所示，其中座椅送风组织形式中，根据设计规范，座椅下送风温度为19.5℃。根据夏季冷空气密度较大，有明显沉降作用的特点，夏季送风角度为向上15度。送风风速为座椅送风为1m/s，其他风口送风风速为4.5m/s

表2 边界条件参数表 表3室内设计参数表

5 模拟结果

由于候车厅截面众多，因此选取三个较为典型的截面进行分析，分别为：截面A，磁浮候车厅典型截面；截面B：通道典型截面；截面C：普速候车厅典型截面；其中A截面的上部接触的为采光屋面，B、C截面上部接触的为普通屋面。截面位置如4示：

图4 模拟截面位置示意图

温度场模拟结果如下：

图 5座椅送风截面A温度分布 图 6门套送风截面A温度分布

图7座椅送风截面B温度分布 图 8门套送风截面B温度分布

图9座椅送风截面C温度分布 图 10门套送风截面C温度分布

从以上温度分布图中可以看出，目前所选择的送风参数下，由于采用送风温度与室内设计温度相差9度的温差送风，而且座椅送风的风速也较大，造成室内温度有不同程度的偏低，具体对比两种工况的结果有以下结论：

门套送风和座椅送风在截面A和截面B的温度相当，但在截面A与截面B上可以看出，座椅送风温度分层更加明显，而在截面C上由于门套送风送风温度较低，冷空气有明显的沉降作用，因此门套送风方案的温度较座椅送风的低一些，不适感更强烈。

速度场模拟结果如下

图11座椅送风截面A速度分布 图 12门套送风截面A速度分布

图13座椅送风截面B速度分布 图 14门套送风截面B速度分布

图15座椅送风截面C速度分布 图 16门套送风截面C速度分布

以上结果显示，由于门套送风方案候车区的风由4.15m高的球形喷口送出，虽然采取了向上15°的送风方案，但是由于送风气流是17℃的低温气流，沉降较快，导致空调区风速较大，人处于空调区会有明显的吹风感，同时各个区域的速度分布差异较大，容易产生不适。

根据设计参数进行计算，门套送风的送风量超过座椅送风的送风量达23%，而达到的效果却使处在空调区的人有明显冷感，这充分表明门套方案设计参数选择过大，导致能量过渡浪费。综上所述，无论从空调区温度和度还是从节能角度考虑，均应选择座椅送风方案。

6 结论

通过利用CFD技术对该候车厅进行模拟，可以在理论上得出两种方案的优劣，采用座椅送风的气流组织形式，更有利于人体的舒适性，在空调区域无明显吹风感，而且更有利于节能。通过所得结论为方案的选择提供了较为可靠的依据，避免了因设计过程凭借经验选择方案而易出现不满足要求的现象。因此，CFD技术在工程实践中有着很强的应用空间，尤其在设计方案的选择方面能够给出更加科学、直观的判断依据，对工程实践有着很强的辅助作用。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/e6962254ad1ffc4ffe4733687e21af45b307febc.html