天津站交通枢纽工程副广场地下出租车蓄车——待客区环控模式的CFD模拟研究

天津站交通枢纽工程副广场地下出租车蓄车——待客区环控模式的CFD模拟研究

王一飞1于涛2

1天津市地下铁道集团有限公司天津市300010；2天津大学天津市300350

摘要：以天津西站、天津站交通枢纽的地下出租车蓄车、待客区为研究对象，建立了空气品质模型并进行了计算机数值模拟研究，通过研究提出了优化的地下出租车蓄车、待客区的环境控制的目标参数和环境控制方案。此外，通过对已建成的同类型，同用途，使用条件近似的天津站副广场地下出租车蓄车、待客区进行现场测试，然后对实际情况建立模型进行模拟，通过测试结果和模拟结果的对比验证了模拟方法正确，可信。

关键词：交通枢纽；地下出租车蓄车；待客区CFD模拟；现场测量；模型验证

一前言

随着城市规模的增长和经济的飞速发展，我国城市内和城市间客运需求出现了较快的增长。在城市内和城市间交通方式交叉的位置，集中了铁路、地铁、出租车及公交车线路的大型综合交通枢纽系统不断出现，方便旅客在不同交通方式间换乘。在这样的综合性交通枢纽中，为方便换乘，一般在地下设有出租车蓄车、待客区，供出租车排队等候乘客。如天津站副广场地下出租车蓄车、待客区，北京南站的地下出租车蓄车、待客区。

目前国内的出租车主要是用汽油为燃料，其排放的污染物主要由汽油发动机产生。汽油发动机的排出的废气中包含着许多成分，其组成随着运转条件的改变而变化。一般情况下，汽车尾气的基本成分包括二氧化碳（CO2）、水蒸气（H2O）、多余的氧（O2）及存下的氮（N2）等。它们是汽油完全燃烧后的产物，与空气的组分相同但是不同组分的含量不同。但是，由于汽油中往往含有其他杂质和添加剂，而且汽油往往不会燃烧完全，导致排出一些有害物质，主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）、颗粒物（PM）等。

由于地下出租车蓄车、待客区处于地下封闭或半封闭空间，同时又有大量汽车尾气排出，自然通风的情况下无法保证区域内的空气品质。因此，汽车尾气的污染问题不容忽视，我们在认识到其危害的同时，应采取相关的措施，改进环控系统，控制空气中的污染物浓度，降低汽车尾气对环境的污染，保证人员的身体健康。

二项目的提出及意义

在目前已经建成的天津站副广场地下出租车蓄车、待客区的实际使用中发现：出租车在驶入蓄车、待客区排队等候的时候，发动机并不熄火，而是保持怠速或低速运行状态，这就使得汽车尾气持续性的排放，乘客在此区域能够明显感觉污染物浓度高，空气品质差。分析其原因发现，在地下车库中的车辆一般停车即熄火，也就是说汽车尾气的排放是非连续性的，因此污染物释放量较少，用较少的换气次数即可排出污染物，满足空气品质要求。而按照地下车库的设计规范设计的地下出租车蓄车、待客区，由于这些区域内汽车尾气持续排放，污染物释放量大，较少的换气次数无法达到稀释、排出污染物的效果，这就导致尽管在车道附近设置了下排风口，地下出租车蓄车、待客区的污染物浓度仍然较高，空气品质差。由于目前没有相应的设计规范，这一问题在其他的地下出租车蓄车、待客区也普遍存在。

因此，为了保证人员长期停留时的身体健康，保持良好的空气品质，创造舒适的环境，有必要对地下出租车蓄车、待客区的环控方案进行深入研究。主要通过计算机数值模拟，辅以现场测试的方法，考虑到投资和运行费用，针对热舒适度和空气品质情况进行模拟研究，以期能够对环控系统设计有参考作用。

通过之前介绍，可以发现目前地下出租车蓄车、待客区空气品质出现问题，舒适性不好的主要原因在于缺少相关的设计规范。从而导致了地下出租车蓄车、待客区环控系统在设计阶段缺少相关依据，使得环控系统的实际效果存在不确定性。因此，本项目的研究成果可以为类似工程环控系统的设计提供参考，也对将来地下出租车蓄车、待客区环控系统的相关设计规范的编制具有参考价值。

三CFD软件简介

CFD（ComputationFluidDynamics）—计算流体力学，简单地说，就是利用计算机求解流体流动的各种守恒控制偏微分方程组的技术。即在工程设计中，通过建立数值模型，然后再从计算中获取数据的技术。在暖通空调工程领域，CFD技术主要应用于空间解析，即对气流分布、温湿度、气体浓度的空间分布进行计算。CFD（计算流体力学）软件模拟应用于建筑环境模拟研究已经有大约20年的历史。当前，随着计算机科技的快速发展，数值计算与模拟开始广泛地应用在室内空调和通风的效果和气流组织分析中。通过CFD软件，可以直观的看到模拟区域内的气流速度，温度以及空气组分含量，对室内通风系统的效果研究有很好的辅助作用。

天津站的地下出租车蓄车、待客区也分为南北两个部分，分别为副广场出租车蓄车、待客区，后广场出租车蓄车、待客区，均位于市政公用工程广场的地下，其中副广场的地下出租车蓄车、待客区已经建成并投入使用。具体情况在后面的几何模型中进行介绍。

四天津站副广场（南广场）地下出租车蓄车、待客区模型

天津站副广场地下出租车蓄车、待客区为不规则形状，模型的结构尺寸为：东西最长为84.4m，南北长85.6m，层高为3.3m，除去配套设备用房后模拟区域的总面积为5841.3m2，一共分为4个防火分区。天津站副广场地下出租车蓄车、待客区内没有自然通风口，因此整个模拟区域设置机械通风系统，利用设在通风机房内的送排风机和相应设备组成通风系统。其中防火分区2-4均设有下排风口。各防火分区的送排风口尺寸和数量见表2-3。

天津站副广场地下出租车蓄车待客区共有120辆车，与其他的地下蓄车区类似，由于电脑性能限制，为了减少网格数，将车辆分为5个部分，其中最南侧的部分为：65m×5m×1.5m，代表20辆车，其余4个部分为75m×5m×1.5m，各代表25辆车。具体模型如图2-4所示。

五现场测试

现场测试的地点为天津站副广场地下出租车蓄车、待客区。

在设计工况下，天津站副广场地下出租车蓄车、待客区通风系统的换气次数为6次。蓄车、待客区工作人员反映，在夏季车流量最大的情况下，蓄车、待客区内空气品质比较差。

选定风口的排风量测试结果如下：

指定位置1.6m高处（呼吸区）温度，CO浓度，CO2浓度。

测试结果如表3所示，由于实测时蓄车、待客区内的车流量并没有达到最大，且在蓄车、待客区域（T1~T6）内多数车辆处于熄火状态，因此在蓄车、待客区域（T1~T6）的温度、CO浓度、CO2浓度并不高。温度均在27℃左右，CO浓度<20ppm，CO2浓度在700~1100ppm之间。但是在乘客候车区附近及其车道内（T6~T12），由于送风不畅，且车辆密集，温度、CO浓度、CO2浓度显著升高。在未检测到风速的送风口附近的车道内，测得CO浓度最大值37.5ppm，附近的乘客候车区内测得CO2最大浓度1367ppm。

综合看，出去少数差异较大的点以外，各点的模拟值和实际值差距不大，且变化趋势基本相同。考虑到测试仪器CO浓度±3ppm的测量精度，CO2浓度±50ppm的测量精度以及实测条件的波动性，可以认为模拟条件的设置比较接近实际情况，模拟的结果和实际结果基本吻合，其结果是可信的。

七．小结

天津站副广场地下出租车蓄车、待客区在现有环控条件下的送排风量，区域内指定位置1.6m高处（呼吸区）温度，CO浓度，CO2浓度等进行了现场测试。通过现场测试取得的一部分数据作为单值性条件用于模拟，而获得的呼吸区的温度和污染物浓度的大致分布情况用于和模拟结果进行比较。实测得到温度在25℃~30℃，CO浓度在13~37.5ppm，CO2浓度在700~1300ppm之间。温度、CO浓度、CO2浓度平均值分别为：27.8℃，21.3ppm，974.8ppm。其中乘客候车区附近及其车道内温度、CO浓度、CO2浓度均较高。在未检测到风速的送风口附近的车道内，测得CO浓度最大值37.5ppm，附近的乘客候车区内测得CO2最大浓度1367ppm。

随后，通过对天津站副广场地下出租车蓄车、待客区模型在现场测试得到的条件下进行了模拟。从模拟结果看，其温度大多分布在24℃~30℃之间，最高点温度为33.3℃。区域中部温度较低，区域四周温度较高，最不利情况发生在乘客候车区及候车区附近的车道内温度较高。CO和CO2浓度分布类似，最不利情况仍然是发生在乘客候车区及候车区附近的车道内。CO浓度、CO2浓度平均值分别为：29.0℃，23.8ppm，919.2ppm。CO最高浓度为42.4ppm，CO2最高浓度为1424ppm。

经过对比，模拟的结果和现场测试的结果主要分布趋势相同，模拟值和测试值基本吻合，可以认为模拟条件的设置比较接近实际情况，模型的模拟结果是可信的。