舒适节能策略在南京南站中的应用

舒适节能策略在南京南站中的应用
摘要：本文通过对南京南站主站房的负荷特点及室内空调通风方案的设计分析，采用
模拟软件进行辅助设计，并对自然通风系统和空调通风系统进行设计优化。

提出既满足节
能又满足室内舒适性的合理的设计方案，大大的节约了空调能耗，对节能减排有重大意义。

关键词：自然通风舒适节能模拟设计空调能耗绪言
在我国建筑能耗中，公共建筑能耗占有相当大的比例。

我国大型公共建筑耗电量为每
年每平方米70 kwh～130 kwh，是住宅的10～20倍，是建筑能耗的高密度领域。

南京南站作为大型的交通枢纽建筑，在城市建筑环境中占据重要地位，具有节能技术要求高，节能
潜力大等特点。

本文主要以南京南站主站房候车大厅和出站大厅为研究对象，通过理论分
析与数值模拟相结合的方法，对自然通风系统及空调通风系统进行设计优化分析，使制冷
机在低负荷率条件下工作的时间变短，大大的节约了空调能耗。

同时，通过模拟手段对候
车层天窗的热辐射特性进行舒适性分析，综合考虑建筑采光效果，确保屋顶天窗的选取的
合理性。

经过与建筑师多方面的密切配合，使得南京南站主站房既能满足建筑效果的美观，又能保证舒适与节能策略得以合理的应用。

背景特点
随着公共建筑能耗的逐年递增，大空间的公共建筑的能耗更是增
长惊人。

南京南站作为交通枢纽其自身具有空间大、人员流动大、照明系统复杂、玻
璃面积比较大、车站出入口的门开启频率高、变化多等特点，其空调系统的能耗较大，超
过整体能耗的50％。

因此，如何降低空调能耗对整个南京南站的节能有着重要作用，在满足节能的前提下又不能牺牲室内舒适性，这就对暖通空调专业提出要求。

站房通风系统的分析与设计
南京南站的楼层概况如下：首层(标高±0.000m)为出站层，二层(标高12.400m)为站
台层，三层(标高22.400m)为高架候车层，地下层(－9.600m)包括地铁站厅层、设备用房
及地下商业等。

在通风的优化设计中主要针对出站层和候车层。

1 无组织渗透风量的确
定
由于车站交通建筑候车大厅外门频繁开启的特点及部分空间不封闭等特性，其无组织
的渗透风量不仅关系着自然通风系统的效果，更对空调实际负荷值影响甚大，影响空调设
备的实际选型及室内的舒适性。

目前关于渗透风对建筑能耗影响的认识更多地是来自定性
分析，设计人员无法准确确定渗透风对建筑内环境的影响程度。

而在本项目设计过程中，
首次对无组织渗风量进行了合理量化计算，采用cfd与多区域网络模型结合的方法，经过
对2 000多个工况的模拟，归纳整理得到出站层和候车层在不同温度和风速条件下的八
个风向的拟合公式，并将其置入dest模拟软件中进行迭代计算，进而得出全年8760
小时逐时渗透风量，如图1和图2所示。

通过对无组织渗风量的合理量化计算，保证了对
通风系统模拟的准确性，为通风系统的分析与设计提供了坚实的基础。

2 出站层通风系
统的选择与设计
首层出站大厅位于铁路站台下方，形成巨大的阴影区，太阳辐射的热量极小，其通过
东西各15个站台通道与外界相通，属于一半开敞的室外空间，且出站大厅不属于铁路站
房的付费区域，乘客在此处只做短暂停留，室内热舒适度要求并不高。

但出站大厅人员稠密，内部发热量较大，如缺乏必要的通风空调系统。

无法处理室内余热，将严重影响室内
的舒适性。

由于出站大厅受层高所限，缺少形成大规模热压通风的条件，如仅依靠以风压
主导的自然通风，其通风效果缺乏稳定性，当室外风速很小时，可能无法带走室内余热而
导致室内温度不断升高。

为此，我们对出站大厅在自然渗风工况下的基础室温进行了模拟，通过模拟发现，如果仅依靠自然通风，全年约有2000小时其室内温度高于29℃，这种情
况显然无法满足室内舒适度要求，因此有必要设置机械通风系统或冷风降温系统。

本工程出站层设计机械通风风量为90万m3／h(折合3次换气)工况下，对基础室温进行模拟、统计，如图3及表1所示。

可以看出，采用机械通风后室内舒适温度小时数大幅
增加，但全年仍有1000
小时以上温度超过29℃。

同时对机械通风风量为120万m3／h(折合4次换气)工况下
的出站层基础室温进行模拟、统计，结果仍不理想。

考虑到南京地区高温高湿的特点，该
结果显然难以满足室内舒适度要求，所以出站大厅仍需安装冷风降温系统(表1)。

为确定过渡季节机械通风是否能够起到很好的冷却效果，我们对出站层过渡季的自然室温进行统
计分析。

以3次通风换气为例，如图4及表2所示。

在气候条件适宜的情况下，机械通风
可以起到很好冷却的效果。

同时发现若以4次通风换气计算，其对舒适效果的提升并不明显，因此本设计机械通风系统采用3次换气，风量为90万m3／h。

3 高架候车层自然通风的分析与优化设计
高架候车层长370m，宽156m，层高最高处36m。

实际就是一个大空间大厅，大厅内功能分区很多，各功能分区上空完全连通，形成一个整体。

设计人员分别对不同换气次数工况进行模拟，全年逐时室温分布统计如图5及表3、
图6及表4：
从以上结果可以看出，在过渡季期间，每小时2次左右的通风换气可以对候车大厅起
到比较好的降温作用，有效缩短空调系统的运行时间，降低运行能耗。

但是，由于候车大厅空间巨大，总容积超过150万m3，因此即使
换气次数不大，如果完全依靠机械通风，其风机能耗也相当可观，因此应尽量采用自
然通风的方式。

候车大厅层高较高，具有形成稳定的自然通风的潜力。

如在底部和顶部同
时设置开口，在热压的作用下，室内外空气可以持续地互相流动，可及时带走室内产生的
余热。

根据消防性能化设计要求，候车层消防排烟采用自然排烟方式，经与建筑师沟通，
在屋顶设置电动开启窗，使自然排烟与自然通风得到有机的结合。

平时屋顶电动窗可用于
自然通风，使自然风从高架候车层东西两侧自动门进入建筑，通过候车大厅顶部天窗排出
室外。

当室外温度在22.0℃以下时，自然通风可完全代替空调制冷系统，使室内环境满足舒适度要求。

改进自然通风效果后，车站管理人员可以充分利用过渡季室外新风，减少空调季时间，从而直接减少冷机负荷。

此外，在空调季期间，通过夜间利用自然通风，减少夜晚及凌晨
的空调负荷，可进一步减少空调系统开启小时数，实现节能的目的。

经计算，采用自然通风，全年累计冷负荷可降低131.84万kwh，相当于候车层全年空调负荷的14.5％，有效
地降低了空调能耗。

高架候车层空调系统的设计
如前所述，火车站房建筑具有进出口众多、外门开启频率高及空间难以封闭等特点，
因此高架候车层在进行负荷计算时必须充分考虑无组织渗风给空调负荷带来的影响。

设计
人员通过计算机模拟分析对无组织渗风进行了量化计算，并按照室内内区、外区以及室外感谢您的阅读，祝您生活愉快。