北方城市地铁活塞风对地铁环境的影响规律及其有效利用

论文摘要

活塞风通过隧道和出入口引起地铁环境的变化,是地铁能耗的重要影响因素。在过渡季节和冬季充分利用活塞风是实现地铁通风系统进一步节能的有效措施。带风口屏蔽门系统可有效利用活塞风,因其兼具安全、舒适的特点,较之传统的半高安全门系统和屏蔽门系统具有许多优点。本文在大量现场实测的基础上,重点研究三方面的内容,即活塞风对地铁环境的影响规律、活塞风的有效利用对地铁通风空调系统能耗的影响和带风口屏蔽门系统在北方城市的适用性。本文就天津地铁车站的大量实测数据分析了活塞风对地铁环境的影响规律及其影响因素,分析了地铁环境动态条件下和瞬变条件下的舒适性。舒适性分析和可吸入颗粒物、噪声的测试表明半高安全门系统可满足规范中的设计要求。将地铁按照地下室考虑,应用EnergyPlus能耗分析软件,在周详的负荷计算基础上,以典型年的气候条件计算分析了屏蔽门系统、半高安全门系统和带风口屏蔽门系统的能耗。通过合理的参数设置和模块选择提高了EnergyPlus能耗分析软件应用于地铁系统的精确性和便捷性。利用费用年值和价值工程方法对屏蔽门系统、半高安全门系统和带风口屏蔽门系统进行了技术经济性分析。结果发现在北方地区,从降低初投资、节约能耗的角度考虑,半高安全门系统优于屏蔽门系统,为工程设计提供了必要的依据。为了得到更精确的站台的温度场和速度场的波动情况,在CFD(computational fluid dynamics)模型中根据实测数据将活塞风速设置为分段函数,利用动态模拟分析活塞风和站台、站厅温度、速度的变化规律。这是与以往研究的不同之处,应该说用比较简单的方法获得了比稳态模拟精确和丰富的模拟数据。为地铁活塞风和通风空调系统的数值模拟研究提供了一种可行的研究方法。本文提出了一种新的屏蔽门形式——带风口屏蔽门,即在屏蔽门上加装可控风口,夏季关闭隔断列车产生的热量和活塞风的影响,过渡季和冬季打开有效利用活塞风降低通风能耗,在火灾工况下打开协助排烟,为火灾事故情况下乘客的顺利疏散争取了时间。带风口屏蔽门系统综合了屏蔽门系统和半高安全门系统的优势,可为北方城市地铁提供更安全、更舒适和更节能的站台门系统,将为站台门系统的改进和通风空调能耗的降低提供一项新的技术。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 地铁环控系统国内外研究现状
• 1.2.1 主要研究内容
• 1.2.2 主要研究方法
• 1.3 问题的提出
• 1.4 研究方法与主要内容
• 1.5 本文创新与意义
• 第二章 列车对车站环境的影响分析与实测
• 2.1 天津地铁1 号线介绍
• 2.1.1 建设情况概述
• 2.1.2 列车基本数据
• 2.1.3 天津地铁1 号线站台门的形式—半高安全门
• 2.1.4 典型站情况概述
• 2.2 典型站活塞风速理论计算
• 2.2.1 活塞风的成因
• 2.2.2 活塞风空气动力学基本方程
• 2.2.3 下瓦房站列车进站活塞风速
• 2.2.4 下瓦房站列车出站活塞风速
• 2.2.5 鞍山道站列车进站活塞风速
• 2.2.6 活塞风量的影响因素分析
• 2.3 典型站现场实测
• 2.3.1 国内外相关实测研究
• 2.3.2 现场实测目的
• 2.3.3 现场实测内容及测点布置
• 2.3.4 测试仪器
• 2.3.5 现场实测分析
• 2.4 活塞效应下车站温度变化影响因素
• 2.4.1 客流量
• 2.4.2 车站形式
• 2.4.3 新风量
• 2.4.4 室外气温
• 2.5 空气质量及舒适性分析
• 2.5.1 地下车站设计标准及空气质量标准
• 2.5.2 瞬变条件下和动态条件下的舒适性
• 2.5.3 地铁内部环境舒适性的影响因素分析
• 2.6 小结
• 第三章 地铁通风空调系统的热、湿负荷分析与比较
• 3.1 地铁通风空调负荷分析
• 3.1.1 地铁通风空调负荷的主要影响因素
• 3.1.2 地铁车站各部分得热量计算方法
• 3.1.3 地铁区间隧道得热量计算方法
• 3.1.4 湿负荷分析
• 3.2 下瓦房站负荷计算分析与比较
• 3.2.1 夏季空调冷负荷计算方法
• 3.2.2 地铁车站不同季节负荷情况
• 3.2.3 全年负荷分析与比较
• 3.3 小结
• 第四章 地铁车站的建筑能耗分析
• 4.1 建筑全能耗分析软件 EnergyPlus 简介
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 基本原理
• 4.1.3 EnergyPlus 的特点
• 4.2 地铁车站能耗分析模型设置
• 4.2.1 基本设置
• 4.2.2 模拟车站的 HVAC 系统
• 4.2.3 两种系统全年空调通风运行模式
• 4.3 通风空调系统能耗模拟结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 不同站台门形式地铁环控系统技术经济性分析
• 5.1 方案介绍
• 5.1.1 半高安全门系统
• 5.1.2 屏蔽门系统
• 5.1.3 带风口的屏蔽门系统
• 5.2 不同站台门形式地铁环控系统费用年值数学模型
• 5.2.1 数学模型中目标的建立
• 5.2.2 机组寿命年限
• 5.2.3 年运行费用的构成
• 5.2.4 年维护费用
• 5.3 不同站台门形式地铁环控系统费用年值经济性分析
• 5.3.1 初投资和运营费用汇总
• 5.3.2 费用年值计算
• 5.3.3 费用年值分析
• 5.4 价值工程评价
• 5.4.1 价值工程基本原理
• 5.4.2 方案价值系数分析
• 5.5 结论
• 第六章 地铁活塞风对站台环境影响规律数学模型的建立及验证
• 6.1 概述
• 6.1.1 计算流体力学在流体流动问题研究中的应用
• 6.1.2 计算流体力学的特点
• 6.1.3 计算流体动力学的分支及常用软件
• 6.2 数学模型的建立
• 6.2.1 几何模型的建立
• 6.2.2 对气流流动的假设
• 6.2.3 控制方程
• 6.2.4 湍流模型的选择
• 6.2.5 单值性条件的设定
• 6.3 SIMPLE 算法简介及欠松弛因子的选择
• 6.4 离散方程的误差及收敛性的影响因素
• 6.5 建模过程中产生的误差分析
• 6.5.1 物理模型的简化对模拟结果的影响
• 6.5.2 边界条件的设置对模拟结果的影响
• 6.6 地铁车站现场测试与CFD 模拟结果比较
• 6.7 研究意义与创新
• 第七章 带风口屏蔽门系统活塞风数值模拟结果分析
• 7.1 屏蔽门风口位置的确定
• 7.2 温度场和速度场分析
• 7.3 舒适性分析
• 7.4 带风口屏蔽门系统火灾工况排烟效果分析
• 7.5 节能效果分析
• 7.6 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 研究结论
• 8.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢