第3卷 第1期
2007年2月 地下空间与工程学报
Chinese Journal of Undergr ound Space and Engineering Vol . 3 Feb . 2007
文章编号:167320836(2007) 0220161206
地铁活塞风对车站环控速度场的影响
王丽慧, 吴喜平
(同济大学暖通空调燃气研究所, 上海 200092)
3
摘 要:通过地铁实测数据分析, 研究列车进站、列车出站和交会车况下活塞风对地铁车站各单元, 即站台层、站厅层、楼梯和出入口速度场的影响, 分析得到站台层和站厅层两端速度
场受活塞风影响较大; 比较站台层、站厅层、, 得到在活塞风作用下, 受楼梯走向和楼梯位置影响, 站台层、, 度场和出入口速度场变化较明显。
关键词:活塞风; 站台层; 站厅层; 楼梯; ; 中图分类号:U231+.1
The Affect on the P iston Acti on W i n d
L i , W u Xi 2p ing
(V ir Research Institute, Tongji U niversity, Shanghai 200092, China )
Thr the sub way test, research the affect on the vel ocity fields of the p latfor m, the undergr ound hall, the passage way fr om the p ist on acti on wind under different train conditi ons . The both ends of the p latfor m and the undergr ound hall are obvi ously afftected by the p ist on acti on wind . Comparing the vel ocity increasing multi p les of the four seg ments, the vel ocity fields of the p latf or m, the undergr ound hall, the stair and the passageway inter p lay and the vel ocity fields of the stair and the passageway are influenced more obvi ously under the p ist on acti on wind affect .
Keywords:the p ist on acti on wind; the p latfor m; the undergr ound hall; the stair; the passage way; the vel ocity field
1 引言
列车运行产生的活塞风对地铁车站环控影响较大, 主要体现在进站车况, 活塞风将隧道内空气带入站台, 站台层处于正压, 空气在正压的作用下进一步通过楼梯进入站厅层, 进而通过出入口带到室外; 而列车出站工况, 活塞风会抽吸站台层的空气, 站台层处于负压, 室外空气在负压作用下进入站厅, 而站厅空气经过楼梯进入站台。可见, 列车活塞风的作用使得车站环控各单元, 即站台层、站厅层、楼梯和出入口的速度场发生变化。了解地铁环控各单元速度场受活塞风影响的规律和特点, 对于优化地铁设计运营、实现地铁节能有重要意义,
3
而在现有研究中较少提及
[1, 2]
。本文主要通过对
地铁环控各单元的实测, 研究分析了地铁车站站台层、站厅层、楼梯和出入口速度场受活塞风影响的规律及特点。
2 研究方法
论文分析中所用数据通过地铁现场实测获得。对于站台层和站厅层的断面主要通过多测点热电偶速度仪测试。楼梯口和出入口的风速测试仪器为便携式单头热电偶风速测试仪。
对多个地铁车站进行夏季、冬季和过渡季的跟踪测试; 这些车站的环控形式分为闭式系统和屏蔽
收稿日期:2006209208(修改稿)
作者简介:王丽慧(19782) , 女, 黑龙江佳木斯人, 博士研究生, 从事地铁空调通风方向研究。E 2mail:66a my99@126. co m
162地下空间与工程学报 第3卷
门系统, 闭式系统又分为开式运行和闭式运行两种
运行工况。对于站台层和站厅层的测试方法是将其均分为3～5个测试断面, 每个断面上均布9个测点, 同时监测各时段各车况的风速。对于四个单元的测试分为早高峰、非高峰和晚高峰几个时段, 每个时段内分别就列车进站、出站、无车和两车交会几个车况下监测。站台站厅断面及断面测点布置如图1
。
2 站台速度场随车况分布图
Fig . 2 Platf or m vel ocity field’s character with different train conditi ons
出各断面平均值0. 37m /s 左右。A 断面是列车进
入车站在站台层首先通过的断面, 可以看出活塞风
图1 Fig . 1 Testing points p lace ment on the p latf or m
3 结果分析
3. 1 站台速度场
3. 1. 1 站台层各断面风速分布
对A 断面影响最为剧烈, 也就是通过A 断面进入
站台的活塞风风速最大, 风量最大。
相比于车况对站台速度场的影响, 时段对站台速度场影响规律并不明显, 可见室外空气温度和客流量的变化对站台速度场的作用不大。3. 1. 2 同一断面上各测点风速分布由图3可见, 列车进站时, 靠近列车的从高至低三点的风速升高较快, 且高处测点风速相对较大; 列车离站时, 远离列车的从高至低三点的风速升高较快, 同样高处测点风速相对较大, 即1, 2, 4, 5, 7, 8点。说明了活塞风对站台气流组织影响的规律, 即列车进站时, 活塞风对靠近列车的站台部分气流组织影响较大, 列车离站时, 活塞风对站台远离列车一侧的气流组织影响较大, 具体高出的幅度与数据采集的瞬间、车站等物理参数有关。而测试各点中, 较高位置测点的风速变化较明显。3. 2 站厅速度场
分析实测数据得到, 对于闭式系统, 活塞风井开启时, 各车站站台风速介于0. 89～1. 3m /s 之间; 活塞风井关闭时, 各车站站台风速在0. 558～0. 898m /s 之间。可见对比于活塞风井关闭的闭
式运行工况, 活塞风开启的开式运行工况下, 站台速度场受活塞风影响较大。
结合图2和图1, 以上行线方向为准, 站台层速度场的特点为:进站车况下, 靠近来车方向的A 断面受列车活塞风影响最大, 风速明显高于其他各断面, 其最大风速可高出风速较小断面的3倍左右。实测中发现, A 断面风速最大值时往往出现在列车进站前80s 左右。出站车况下, 靠近出站方向的E 断面风速较大, 可见活塞风对靠近出站方向的站台有较大的抽吸作用。A 、E 断面风速高出同工况各断面均值在50～60%之间。
综合各种车况可得, A 断面平均风速最大,
高
从测试中站厅的速度值可见, 站厅层在各车站单元中受列车活塞风影响较小。一方面是因为站厅层不直接与隧道区间相连, 活塞风要通过楼梯间接影响其速度场; 另一方面, 站厅层由于面积较大, 同样风量, 引起风速变化不大。
站厅速度场变化具有如下规律:靠近车站两端
2007年第1期 王丽慧, 等:地铁活塞风对车站环控速度场的影响163
3. 3. 1 楼梯速度场随时段变化
行车对数和客流量是随时段影响楼梯速度场
的两个因素:一方面, 高峰期行车对数增加, 楼梯速度场受活塞风影响的频率和程度增加, 会导致速度值增大; 另一方面, 高峰期通过楼梯的人流密度增加, 在一定程度上对风速有阻碍作用, 会导致楼梯速度值降低。两方面因素作用的相对强弱, 决定了楼梯高峰时段和非高峰时段速度的大小关系。图5为6个车站楼梯速度场随时段变化情况
:
图3 站台层测试断面内各测点风速分布图
Fig . 3 Vel ocity distributi on character of the testing points on the p latf om
楼梯处的断面风速较大, 且一侧在列车进站时风速较大, 另一侧在列车出站时风速较大, 呈现对称分布, 参见图4
。
楼梯速度场随时段变化
Fig . 5 Variati on of the stair vel ocity field with the peri od of ti m e
从图中可见, C 、D 、E 、F 四个车站都呈现出高
峰期楼梯速度场较大的趋势, 可见活塞风作用大于人流作用; 而A 站、B 站呈现出非高峰速度场较大的特点, 人流对气流的阻碍作用大于活塞风的作用。3. 3. 2 楼梯速度场随车况变化
楼梯速度场受车况影响的规律与楼梯走向及楼梯起点在站台层的位置有关。根据楼梯走向与列车前进方向的夹角, 将楼梯走向分为a, b 两类, 如图6所示
:
图4 站厅速度场分布规律
Fig . 4 Vel ocity field distributi on character
of the undergr oud hall
站厅层速度场分布的特点主要与不同车况下
活塞风作用原理有关。进站车况下, 活塞风在站台一端风速较大, 较大风速通过一端楼梯进入站厅, 影响站厅该处的速度场; 出站时, 活塞风在站台另一端抽吸空气, 站厅另一侧空气通过楼梯进入站台, 使得站厅该处速度场在出站车况风速较大。通过站厅速度场的分析, 可见活塞风通过楼梯对站厅两端靠近楼梯处的断面影响较显著。3. 3 楼梯速度场
楼梯速度场是站台层与站厅层之间的气流通道, 由于离站台、隧道区间比较近, 且面积较小, 在地铁车站各单元中, 受活塞风作用最为明显。测试中各车站楼梯平均风速为1. 69m /s, 为各单元平均风速中的最大值。
图6 楼梯走向的分类
Fig . 6 Cat ogories of the stair with the directi ons
设楼梯走向为站台层指向站厅层的方向, a 类
楼梯如图a 所示, 楼梯走向与列车前进方向成锐角; b 类楼梯如图b 所示, 楼梯走向与列车前进方向成钝角。楼梯的走向直接决定了气流沿楼梯上下的难易程度; 列车进站时, 列车活塞风使得站台处于正压, a 类楼梯便于气流在正压作用下, 沿楼梯向上扩散, 因此a 类楼梯进站车况楼梯风速增加明显; 而列车出站时, 站台负压, b 类楼梯便于气流
164地下空间与工程学报 第3卷
从站厅层进入站台, 因而b 类楼梯速度场受出站车
况影响较大。另一方面, 因为活塞风在站台两端作用明显, 故楼梯起点靠近车站站台两端的楼梯受活塞风影响较大。综合上述两方面原因, 楼梯速度场呈现出列车进站车况, 靠近站台A 断面的a 类楼梯风速较大; 另一方面, 靠近站台E 断面的b 类楼梯风速较大。楼梯速度场的这一特点, 也导致站厅两端的断面更易受活塞风的影响, 如3. 2所述
。
分析测试数据可见, 出入口是继楼梯之后受列车活塞风影响较明显的单元。活塞风的作用, 使得出入口两端即室内室外交替出现正负压差, 而出入口处风压大、横截面积小, 造成出入口空气流动活跃。
3. 4. 1 出入口速度场随时段变化
大部分车站出入口最大风速都出现在高峰时段(早高峰或晚高峰) , 出入口在高峰时段同楼梯相似, 受到行车密度增大导致的活塞风作用增加和人流密度增大两方面影响, 测试结果说明高峰时段的出入口速度场, 因列车班次增加导致的活塞风影速因阻碍而削减的程度, 有关,
参见图8。
图8 出入口风速随时段变化
Fig . 8 Passage way vel ocity variati on with the peri od of ti m e
3. 4. 2 出入口速度场随车况的变化
对于无列车、列车进站、列车出站、两车交会典
型的四种列车工况, 各车站出入口体现出共同的特征:列车进站时出入口风速最大, 然后是列车出站和两车交会工况, 最后是无列车工况, 见图9。从数值上可以看出, 列车进站工况平均高出其他三种工况出入口风速平均值1. 49m /s, 即高出约51%。可见活塞风对车站出入口的影响是不可忽视的, 为了避免夏季和冬季出入口处室外空气对车站环控的不良影响, 可采取一定的措施, 如加装空气幕等。
图7 站台层、站厅层以及楼梯速度场的相互影响
Fig . 7 Vel ocity fields interacti on of the p latf or m, the undergr ound hall and the stairs
可见, 通过列车活塞风的作用, 站台层、站厅层和楼梯速度场之间存在着相互影响和相互制约的关系。图7反映出列车进站和出站两车况下, 站台层、站厅层和楼梯相应位置速度场的连带关系。进站车况下, 受活塞风影响, a 类楼梯且靠近站台端部的楼梯1、站台A 断面、站厅A 断面风速增加较’大; 出站车况下, 受活塞风影响, b 类楼梯且靠近站台端部的楼梯4、站台D 断面、站厅D 断面风速增’加较大。从进站出站时的速度值可见, 楼梯速度场受进站车况影响更大。3. 4 出入口速度场
5 活塞风对各单元速度场影响比较
测试中不同时间不同车站各单元风速测试的
绝对值会受到车站大小、车站结构、测试仪器和测试操作误差等方面的影响, 不便于横向比较, 特引入无量纲量:速度增加倍数b 。b 是速度变化的相对值, 即相对于该车站该时段无列车工况下的速度增加倍数, 通过这个无量纲量来反映车站各单元速度变化的趋势和幅度, 更有利于反映不同车况下活
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图9 出入口风速随车况变化
Fig . 9 Passage way vel ocity variati on with the train conditi ons
塞风的作用强度, 便于不同车站之间的风速比较, b 值定义如下:
b 1j =b 1c =b 1i =
V 1j -V 1w
V 1w V 1c -V 1w
V 1w V 1i -V 1w
V 1w
(1) (2) 式中, 角标1, 2, 3, 4和出入口; j , c, i, w 、、交; , m /s 。
同理, b 2j 、b 2c 、b 2i , b 3j 、b 3c 、b 3i , b 4j 、
b 4c 、b 4i , 、楼梯和出入口的在各种车况下
的速度增加倍数。对所有测试车站得到的数据进行分析, 得到不同车况下, 各单元平均b 值比较图10所示。从图中可以看出, 在各个车况下, 在活塞
风作用下, 楼梯速度场相对于无列车工况增加的倍数都是最大的, 其次为出入口, 然后依次为站台层和站厅层, 这是车站各单元速度场受活塞风影响的普遍规律。
图10 活塞风对各单元速度场影响程度比较
Fig . 10 Compare of the affect degree of
the four seg ments vel ocity fields by the p ist on acti on wind
6 结论
通过上述分析, 得出活塞风对车站各单元速度场影响具有如下主要特点:
(1) 通过引入不同车况下速度增加倍数的无量纲量, 在站台层、站厅层、楼梯和出入口速度场中, 各车况下各单元速度场受活塞风影响强弱程度依次为楼梯、出入口、站台层和站厅层;
(2) 站台速度场两端风速受车况影响明显, 平均风速较大; 同一测试断面上, 较高位置的点风速较大;
(3) 站厅速度场受楼梯位置和方向影响, 两端楼梯附近速度场受活塞风作用明显;
(4) 楼梯速度场受到客流量和行车密度的双
重影响, 总体来说列车进站车况对其影响较大; 楼梯速度场受到楼梯的位置和走向的制约, 并与站台层速度场、站厅层速度场存在相互影响相互制约的关系;
(5) 出入口速度场受进站车况影响明显, 在活塞风作用下, 在行车密度较高的高峰时段风速较高。
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