一种地铁隧道排热系统优化排风方法技术方案

本发明专利技术公开了一种地铁隧道排热系统优化排风方法，包括步骤：步骤1、通过实验或模拟获得地铁车站范围隧道中的温度场分布；步骤2、将地铁车站范围内隧道等分，分段数等于轨顶排风道风口组数，并保证每段隧道中只包含一组轨顶排风道风口；步骤3、计算每段隧道空气平均温度，并计算每段隧道平均温度与隧道活塞风温度的差值，使轨顶各进风口进风量比与各差值比相同；步骤4、根据轨顶排风道各组进风口的进风量比计算得到各组进风口的开口面积比，并按照所述开口面积比对排热系统各组风口开度进行调节。本发明专利技术通过对地铁轨顶排风道风口的开度调节措施，从而在不增加排热系统风机功率的前提下，提高地铁排热系统的排热效果，达到节能的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁隧道排热系统优化排风方法
本专利技术涉及地铁车站范围内隧道排风，尤其涉及一种地铁隧道排热系统优化排风方法，该方法利用现有的地铁隧道排热系统在不改变系统功率及风道结构的前提下，提出一种有利于隧道整体温度场均衡下降的优化排风策略，车针对隧道高温区域，调节改变轨顶排热风道个进风口开度，达到隧道高效排热和高效节能效果。
技术介绍
地铁运营时，隧道内热量的主要来源是列车运行时地铁列车空调系统中冷凝器排进隧道的热量及列车刹车制动产生的摩擦热，如果这部分产热不能很好的排出隧道，会导致隧道内空气温度的升高。根据地铁运营经验，地铁隧道内空气温度不得高于40摄氏度，而且过高的隧道空气温度会加重列车车载空调系统的负荷造成空调能耗上升，影响乘客舒适性。隧道排风分为车站区间隧道排风和车站范围内隧道排风两种情况，对于车站区间隧道，列车运行产生活塞风可以起到良好的排热作用，所以本申请只针对车站范围内隧道排风提出优化方法。对于车站范围内隧道，由于列车停站，活塞风减弱，同时列车刹车制动产生的摩擦热增加，导致排热更为必要和重要。车站范围内隧道排热系统由轨顶排热系统与轨底排热系统组成。轨顶排热系统风口设置在列车空调系统冷凝器正上方，轨底排热系统风口设置在列车停站时车轮位置，列车散热通过轨顶轨底排热风道汇集，经排热风机排到环境。现有的排热系统排风量固定，仅利用起停调节将隧道内温度控制在40℃以下。这种运营方式虽简单易操作，但存在一定的节能潜力。部分学者研究了排热系统的变频运行策略，起到较好的节能效果。以深圳地铁6A编组为例，有效站台长度为140m，轨顶、轨底风口数量超过100个。排热风机布置在隧道前后两端，轨顶轨底排热系统风口多、风道长，加之列车阻塞比大，列车停站时中部的新风不及路径长，热量不能较好的排出隧道。轨顶排风系统对车站中部隧道的排热效果明显差于对车站两端隧道的排热效果，要降低车站中部隧道的空气温度势必需要增加排热风机的抽风功率，这就导致地铁通风系统能耗增加。而针对隧道高温区域，调节轨顶排热风道风口开度，优化控制隧道整体温度场均衡下降，可以在排热风机运行风量一定的情况下，具有更优的排热和节能效果。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种地铁隧道排热系统优化排风方法，通过对地铁轨顶排风道风口的开度调节措施，从而在不增加排热系统风机功率的前提下，提高排热系统的排热效果，达到节能的目的。本专利技术通过如下技术方案实现：一种地铁隧道排热系统优化排风方法，包括步骤：步骤1、通过实验或模拟获得地铁车站范围隧道中的温度场分布；步骤2、将地铁车站范围内隧道等分，分段数等于轨顶排风道风口组数，并保证每段隧道中只包含一组轨顶排风道风口；步骤3、计算每段隧道平均温度与隧道活塞风温度的差值，使轨顶各进风口进风量比与各差值比相同；步骤4、根据轨顶排风道各组进风口的进风量比计算得到各组进风口的开口面积比，并按照所述开口面积比对排热系统各组风口开度进行调节。步骤3的原理如下，第i段隧道空气从列车获得的热量为Qi＝pρVΔTi，做简化假设，排风系统抽出热风后补给新风温度为隧道活塞风温度，由于新风温度较低，其携有的能量为Qi’＝cpρqiT0，对隧道产生冷却的效果。输入新风冷量之比应该等于空气的得热量之比即：Q1’∶Q2’∶...Qn’＝Q1∶Q2∶...∶Qn故有：q1∶q2∶...qn＝ΔT1∶ΔT2∶...∶ΔTn。进一步地，所述的步骤1具体包括：步骤11、通过地铁活塞风公式(1)分别确定车站前方和后方隧道内的活塞风速v，所述活塞风速v用于确定地铁隧道三维通风模拟时的速度边界条件，其中，v0，lo，β分别代表列车运行速度、列车车长、阻塞比；l为车站前后方的两条区间隧道的长度，公式(1)中的N由下式确定：其中，ξ、ξ1、ξ2分别为隧道入口局部阻力系数、列车前方空气进入列车与隧道环状空间局部阻力系数、列车与隧道环状空间空气流出环状空间时局部阻力系数；d、d0分别为隧道水利与列车的等效直径；λ、λ0分别为隧道沿程阻力系数和列车与隧道环状空间内的沿程阻力系数；步骤12、利用三维流程模拟软件建立车站范围隧道的通风排热模型，并进行三维模拟仿真；步骤13、模拟得到车站范围隧道空气的温度场分布。进一步地，步骤12中，所述的三维流程模拟软件为SES模拟软件。进一步地，步骤12中，所述进行三维模拟时，仿真活塞风从车站范围内隧道一端吹入从另一端吹出，吹入与吹出车站范围隧道的活塞风风速为步骤11所得的活塞风速v，吹入活塞风的风温设置为室温；列车冷凝器散热风量及温度由具体的冷凝器参数确定；设置列车底部表面为散热面模拟车轮部分刹车散热。进一步地，所述的步骤3具体包括：步骤31、计算每段隧道空气平均温度Ti；步骤32、计算每段隧道平均温度Ti与隧道活塞风温度T0的差值ΔTi；步骤33、使轨顶各进风口进风量qi的比例满足下列等式：q1∶q2∶...qn＝ΔT1∶ΔT2∶...∶ΔTn。进一步地，所述的步骤4具体包括：步骤41、根据排热风机风量和各组轨顶风道进风比，确定各组轨顶风道进风口进风量；步骤42、求得公式：式中ξ为进风口附近的局部阻力系数：ξ＝ξ′+ξ″ξ′为突缩风道局部阻力系数0.5，ξ″为T型风道局部阻力系数；l为该排风口与同属一条风道的距离风机最近侧进风口的中心距；λ为沿程阻力系数，鉴于风道为混凝土结构，气流雷诺数大于10000，λ由下式确定：K取1.5mm，d为风道水利直径；步骤43、将轨顶风道进风口面积Sn表示为：其中Qn为进风口风量，vn为进风口风速；步骤43、根据公式(2)、(3)确定轨顶各进风口面积。进一步地，所述车站范围内隧道的来车方向为隧道前方，隧道的行车方向为隧道的后方。进一步地，所述车站范围内隧道的轨行区两侧顶部各有一条轨顶排风道，所述车站范围内隧道前后两端各布置一台排热风机与轨顶、轨底风道连接。相比现有技术，本专利技术提供的地铁隧道排热系统优化排风方法通过对地铁轨顶排风道风口的开度调节措施，从而在不增加排热系统风机功率的前提下，提高地铁排热系统的排热效果，达到节能的目的。附图说明图1为本专利技术实施例的地铁隧道排热系统优化排风方法流程示意图。图2为位于列车和轨顶风道下方隧道内的水平截面温度云图。图3为轨顶风道各进风口平均进风速度示意图。图4为地铁通风系统一维示意图。图5(a)为相应隧道定位置下隧道排热系统工况1运行时隧道温度场。图5(b)为另一隧道定位置下隧道排热系统工况1运行时隧道温度场。图6(a)为相应隧道定位置下隧道排热系统不同工况下隧道空气温度差。图6(b)为另一隧道定位置下隧道排热系统不同工况下隧道空气温度差。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的专利技术目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定于以下实施例。首先规定所述车站范围内隧道的来车方向为隧道前方，隧道的行车方向为隧道的后方，研究对象仅为车站范围内隧道。如图1所示，一种地铁隧道排热系统优化排风方法，包括步骤：S1、通过实验或模拟获得地铁车站范围隧道中的温度场分布；S2、将地铁车站范围内隧道等分，分段数等于轨顶排风道风口组数，并保证每段隧道中只包含一组轨顶排风道风口，若总共有n组轨顶进风口，隧道相应的被平均划分为n段；S3、计算每段隧道空气平均温度Ti，并计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地铁隧道排热系统优化排风方法，其特征在于，包括步骤：步骤1、通过实验或模拟获得地铁车站范围隧道中的温度场分布；步骤2、将地铁车站范围内隧道等分，分段数等于轨顶排风道风口组数，并保证每段隧道中只包含一组轨顶排风道风口；步骤3、计算每段隧道平均温度与隧道活塞风温度的差值，使轨顶各进风口进风量比与各差值比相同；步骤4、根据轨顶排风道各组进风口的进风量比计算得到各组进风口的开口面积比，并按照所述开口面积比对排热系统各组风口开度进行调节。

【技术特征摘要】
1.一种地铁隧道排热系统优化排风方法，其特征在于，包括步骤：步骤1、通过实验或模拟获得地铁车站范围隧道中的温度场分布；步骤2、将地铁车站范围内隧道等分，分段数等于轨顶排风道风口组数，并保证每段隧道中只包含一组轨顶排风道风口；步骤3、计算每段隧道平均温度与隧道活塞风温度的差值，使轨顶各进风口进风量比与各差值比相同；步骤4、根据轨顶排风道各组进风口的进风量比计算得到各组进风口的开口面积比，并按照所述开口面积比对排热系统各组风口开度进行调节。2.根据权利要求1所述的地铁隧道排热系统优化排风方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括：步骤11、通过地铁活塞风公式(1)分别确定车站前方和后方隧道内的活塞风速v，所述活塞风速v用于确定地铁隧道三维通风模拟时的速度边界条件，其中，v0，lo，β分别代表列车运行速度、列车车长、阻塞比；l为车站前后方的两条区间隧道的长度，公式(1)中的N由下式确定：其中，ξ、ξ1、ξ2分别为隧道入口局部阻力系数、列车前方空气进入列车与隧道环状空间局部阻力系数、列车与隧道环状空间空气流出环状空间时局部阻力系数；d、d0分别为隧道水利与列车的等效直径；λ、λ0分别为隧道沿程阻力系数和列车与隧道环状空间内的沿程阻力系数；步骤12、利用三维流程模拟软件建立车站范围隧道的通风排热模型，并进行三维模拟仿真；步骤13、模拟得到车站范围隧道空气的温度场分布。3.根据权利要求2所述的地铁隧道排热系统优化排风方法，其特征在于，步骤12中，所述的三维流程模拟软件为SES模拟软件。4.根据权利要求2所述的地铁隧道排热系统优化排风方法，其特征在于，步骤12中，所述进行三维模拟时，仿真活塞风从车站范围内隧道一端吹...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫江虹，孟宪霖，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44