铁路站房大门空气幕阻隔特性分析

铁路站房大门空气幕阻隔特性分析

李琦

中国铁路北京局集团有限公司天津房产管理所，天津市 300010

摘要：铁路房屋建筑作为交通运输房屋耗能量巨大，建设节能型交通运输房屋建筑是铁路行业发展的必然趋势。铁路站房候车大厅、售票厅等是客站主要的空调供暖空间，为方便旅客进入和人员疏散，该区域外面经常保持敞开，导致大量的无组织渗风进入室内，对空调系统的冷热负荷、主站房室内气流组织及热舒适性有着巨大的影响，甚至可能导致空调系统设计颠覆性的变化。

关键词：铁路车站；空气幕；阻隔特性；数值计算；

基于不可压缩流体N-S方程及k-ε两方程湍流模型，采用有限体积法，对铁路站房大门空气幕的夏季阻隔特性进行了研究，得到了车站室内外流场分布特性。

一、建筑外观设计的演变

古代的人们对美没有一个确切的认知，设计外观依附于承重结构。在漫长的建筑历史中，人们对美的事物的眼光不断地发生着变化，设计理念也在不断的发展变化。但设计外观依然依附于承重结构。结构是设计的灵魂，外观设计不能超越结构而独立存在的。但是现在的建筑外观设计要体现更多的理念，不仅要体现独特的地域特色，彰显当地文化活力，还要体现颜色，造型、审美上的变化，给人以视觉的冲击与享受；在体现地域文化与民族风情的同时，还要把一些先进的元素加进去，以此保证整个建筑的设计达到既美观又先进的目的

二、铁路站房建筑的设计目的和设计理念

铁路站房建筑是为了满足人们出行生活的需要，要坚持建筑设计和人类的活动和谐统一。人们出行到一座城市，迎入眼睑的就是铁路站房，我们可以从这个城市铁路站房的外观和建筑特点简单快速感知当地文化特点。所以铁路站房要构思要体现当地文化的特征、区域特色和现代创新理念。在站房设计中强调地域文化特征，也是为这座城这个区域做宣传，站房设计成为了体现当地文化的一种方式。因此现在的铁路站房已成为了一个地方、一座城市的标志性建筑。如某南站是周秦高台式建筑。古典的屋顶、廊柱，檐下中国古典特色仿木构建抽象展示“凤羽”形象，喻示宝鸡。建筑立面上青铜古典装饰由中间相两侧延展伸开，站台上的青铜饰灯都展现了宝鸡悠久的青铜文化。站台与广场高差8米，营造了依附大地，拔地而起的雄伟气势。这一经典建筑展现了宝鸡炎帝故里、周秦之源、青铜之乡的悠久历史和文化底蕴。进入站房，人们看到的景观就是室内设计。随着时代的变化人们物质生活丰富了，精神需要就多了，人们对于审美的要求也越来越高，包括新材料，新的结构工艺等。现代的设计要能满足人们在精神上和视觉上的双重效果，所以现代设计更加注重科学与艺术方面的结合，人们看到的设计要能让人感到眼前一亮，艺术与舒适，简单与和谐相统一。设计的艺术性要达到一种可以帮助人们改善心理，陶冶情操的效果，从而提高工作效率。

三、案例

1.铁路旅客站房空气幕系统模型的建立。通过工程调研，确定空气幕系统的几何尺寸，其中门洞宽度为2 m，门洞高度分别设为2.4m、3.0 m和3.6 m，空气幕射流宽度与门同宽。采用CFD数值模拟软件建立空气幕系统的三维模型。

2.模拟结果及分析。（1）冬季工况模拟结果及分析。冬季考虑风压和热压耦合作用时的冷风渗透量在6．96～24．73 m3/s之间，表1给出了每种工况时空气幕系统的阻隔效率，图1以室内外压差5 Pa和射流高度3 m为例，给出了门洞处的气流组织分布。

表1冬季风压和热压耦合作用时的阻隔效率

图1冬季室内外压差5 Pa时的气流组织分布(10 m/s)

统计结果表明，空气幕系统的阻隔效率在1．47%～27．65%之间，具体结论如下:第一，室内外压差越大，空气幕系统的阻隔效率越低，室内外压差在10 Pa以上时，空气幕的阻隔效率基本在10%以下;第二，空气幕的射流速度越高，阻隔效率越高，但最高阻隔效率也仅为27．65%，此时空气幕的射流高度为2．4 m，射流速度为21 m/s;第三，空气幕的射流高度越低，阻隔效率越高，因此在满足外门使用功能的前提下，应尽量降低门洞高度。（2）夏季工况模拟结果及分析。夏季同时考虑室外风速和室内外温差时的冷风渗透量在7．12～23．64 m3/s之间，表2给出了每种工况时空气幕系统的阻隔效率，图2以室内外压差5 Pa和射流高度3 m为例，给出了门洞处的气流组织分布。

表2夏季风压和热压耦合作用时的阻隔效率

图2夏季室内外压差5 Pa时的气流组织分布(10 m/s)

统计结果表明，对于所研究的工况，夏季空气幕系统的阻隔效率在－0．47%～25．13%之间，具体结论如下:第一，室内外压差越大，空气幕系统的阻隔效率越低，室内外压差在10 Pa以上时，空气幕的阻隔效率最高不超过11．15%，此时如果射流速度也在10 m/s以下，则空气幕的阻隔效率甚至为负值，即空气幕射流引起的空气扰动加剧了门洞处的无组织渗风;第二，空气幕的射流速度越高，阻隔效率越高，但最高阻隔效率也仅为25．13%，此时空气幕的射流高度为2．4 m，射流速度为21 m/s;第三，空气幕的射流高度越低，阻隔效率越高，但由于空气幕系统的最高阻隔效率也仅为25．13%，因此改变空气幕射流高度时阻隔效率值变化不大。

3.空气幕阻隔效率优化措施。（1）改变空气幕系统的射流角度。考虑射流角度对空气幕阻隔效率的影响，将空气幕系统送风角度夏季向室内偏移15°，冬季向室外偏移15°，模拟分析空气幕系统阻隔效率变化情况。在此以冬季风压和热压耦合作用时的工况为例，模拟结果表明，空气幕射流角度偏移15°后，通过门洞的无组织渗透风量在4．76～24．44 m3/s之间，空气幕系统的阻隔效率得到提高，达到2．63%～50．52%，与调整空气幕射流角度前相比，阻隔效率增加了1．16%～22．87%，提升效果比较明显。（2）增大空气幕系统的射流厚度。考虑风幕机射流厚度对空气幕系统阻隔效率的影响，将风幕机送风口射流厚度增大至等效厚度的5倍，模拟分析空气幕系统阻隔效率变化情况。在此仍以冬季风压和热压耦合作用时的工况为例，结果表明，空气幕送风口射流厚度增大至等效厚度5倍后，通过门洞的无组织渗透风量在－0．25～21．76 m3/s之间，空气幕系统的阻隔效率提高至12．01%～103．59%，(负值和大于100%表示该工况下风幕机将部分室内空气吹至室外)，与调整空气幕射流厚度前相比，阻隔效率增加了10．54%～75．94%，提升效果明显，能够满足空气幕的节能要求。建议工程选型时，采用大风量的风幕机，以长度1．2 m的风幕机为例，其出风速度应在14 m/s以上，风量在6 000 m3/h以上。

总之，通过对铁路旅客站房外门在冬季/夏季不同室内外压差和不同空气幕设计参数时的无组织渗风流场进行模拟计算，得到了空气幕系统的阻隔效率，如下:冬季风压和热压综合作用下空气幕系统的阻隔效率最高为27．65%，此时空气幕的射流速度达到了21 m/s，而安装高度为2．4 m;夏季考虑风压和热压综合作用时，空气幕系统的阻隔效率最高为25．13%;改变空气幕系统的送风角度，可在一定程度上提高空气幕系统的阻隔效率，阻隔效率可增加1．16%～22．87%;风幕机射流厚度增大至等效厚度的5倍时，阻隔效率提高至12．01%～103．59%，因此实际工程应采用大风量、高风速的风幕机，建议风幕机风速度在14 m/s以上，风量在6 000 m3/h以上;由于无组织渗风在一定程度上可以补充室内所需新风，空调系统设计时考虑减少外门附近区域的新风量，以实现站房空调系统的节能运行。

参考文献：

［1］李月．铁路房屋建筑节能技术研究．2018．

［2］朱兆军，关于铁路站房大门空气幕阻隔特性分析.2019.