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1、活塞效应与地铁车站新风换气活塞效应与地铁车站新风换气协同发展 领引未来2014 年第十九届全国暖通空调制冷学术年会优选内容主要内容主要内容1 1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析、计算结果分析5 5、结论、结论优选内容截至截至截至截至20132013年年年年3 3月月月月 17 17 城市运城市运城市运城市运营营营营中，中，中，中，6464条条条条线线线线路路路路, , 运运运运营营营营里程里程里程里程2000km2000km12 12 城市建城市建城市建城市建设
2、设设设中中中中24 24 城市城市城市城市规规规规划中划中划中划中中国地铁发展中国地铁发展北京北京19691969天津天津19761976上海上海19951995广州广州19971997数据来源:2012年中国城市轨道交通年报优选内容数据来源:1970s1970s1970s1970s，1 1 1 1、2 2 2 2号号号号线线线线2013201320132013年，年，年，年，16161616条条条条线路线路线路线路10101010号环线全线贯通号环线全线贯通号环线全线贯通号环线全线贯通北京地铁发展北京地铁发展200220032004200520062007200820092010201120
3、1220132014600500400300200100010.008.006.004.002.000.00运营里程（kM）车站数量（座）年日均客运量（万人次）2020年年1000km527km优选内容数据来源:北京地铁通风空调系统优化与节能研究课题研究报告(2011)PMCO21. 1. 1. 1. 地铁车站内地铁车站内地铁车站内地铁车站内空气品质空气品质空气品质空气品质2. 2. 2. 2. 地铁环控系统能耗巨大地铁环控系统能耗巨大地铁环控系统能耗巨大地铁环控系统能耗巨大如何实现地铁系统的节能减排？如何实现地铁系统的节能减排？问题问题自控自控16%列车列车53%优选内容主要内容主要内容1
4、1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析、计算结果分析5 5、结论、结论优选内容进站端活塞风井出站端活塞风井区间隧道区间隧道区间隧道区间隧道及站内废及站内废及站内废及站内废热气排出热气排出热气排出热气排出室外新风室外新风室外新风室外新风被吸入被吸入被吸入被吸入地铁活塞效应地铁活塞效应 地铁车站及区间隧道结构形式结构形式结构形式结构形式决定着地铁活塞效应引起的区间隧道及车站内的空气流动特性空气流动特性空气流动特性空气流动特性列车进站时列车进站时列车进站时列车进站时列车离
5、站时列车离站时列车离站时列车离站时优选内容半高安全门半高安全门全高安全门全高安全门屏蔽门屏蔽门无站台门无站台门站台门对活塞效应的影响站台门对活塞效应的影响理论分析理论分析实验测试实验测试除屏蔽门外，其他站台门形式对活塞效应的影响很小除屏蔽门外，其他站台门形式对活塞效应的影响很小除屏蔽门外，其他站台门形式对活塞效应的影响很小除屏蔽门外，其他站台门形式对活塞效应的影响很小优选内容活塞风井模式对活塞效应的影响活塞风井模式对活塞效应的影响双活塞风井模式双活塞风井模式单活塞风井模式单活塞风井模式活塞风井在出站端活塞风井在出站端活塞风井在进站端活塞风井在进站端优选内容进站端活塞风井进站端活塞风井如何有效利
6、用地铁活塞效应如何有效利用地铁活塞效应列车离站时：将更多室外空气通过出入口引入地铁车站内列车离站时：将更多室外空气通过出入口引入地铁车站内列车离站时：将更多室外空气通过出入口引入地铁车站内列车离站时：将更多室外空气通过出入口引入地铁车站内列车进站时：将隧道及车站废热空气及时排至室外列车进站时：将隧道及车站废热空气及时排至室外列车进站时：将隧道及车站废热空气及时排至室外列车进站时：将隧道及车站废热空气及时排至室外优选内容地铁活塞效应有效利用的评价指标地铁活塞效应有效利用的评价指标列车进站时：列车进站时：列车进站时：列车进站时：活塞风井排风率活塞风井排风率1 1活塞风井排风量活塞风井排风量+地面出
7、入口排风量= = = =列车离站时：列车离站时：列车离站时：列车离站时：地面出入口进风率地面出入口进风率2 2地面出入口进风量活塞风井进风量+地面出入口进风量= =如何如何定量确定进、排风量定量确定进、排风量？优选内容主要内容主要内容1 1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析、计算结果分析5 5、结论、结论优选内容基本计算求解思路基本计算求解思路0501001502002500102030-10-20-30下行线上行线列车运行速度列车运行速度CFDCFD动网格模型动
8、网格模型三维复杂流动三维复杂流动列车运动导致流场形状随时间改变列车运动导致流场形状随时间改变列车运动速度变化列车运动速度变化一维模拟软件（一维模拟软件（SESSES）静网格静网格优选内容CFDCFD动网格模型动网格模型Fluent 动网格模型动网格模型可以用来模拟动网格模型可以用来模拟流场形状由流场形状由流场形状由流场形状由于边界运动而随时间改变于边界运动而随时间改变于边界运动而随时间改变于边界运动而随时间改变的问题。例如的问题。例如内燃机、阀门、弹体投放和火箭发射都内燃机、阀门、弹体投放和火箭发射都是包含有运动部件的例子。是包含有运动部件的例子。边界的运动形式可以是边界的运动形式可以是预先定
9、义的运预先定义的运预先定义的运预先定义的运动动动动，即可以在计算前指定其速度或角速即可以在计算前指定其速度或角速度度。01002003000102030-10-20-30下行线上行线列车运行速度列车运行速度优选内容(1)动网格模型守恒方程动网格模型守恒方程 速度向量移动网格的网格速度时间导数项,可用一阶向后差分格式写成:(2)n和n+1代表不同的时间层优选内容网格构筑方式网格构筑方式弹簧光滑模式(spring-based smoothing)局部重画模式(remeshing)动态辅层模式动态辅层模式动态辅层模式动态辅层模式(dynami(dynami(dynami(dynamic c c c
10、layering)layering)layering)layering) 适用于与运动边界相邻的网格为结构型网格的模型，网格更新时的合并因子与分割因子可分别设置。优选内容计算对象计算对象1200m140m736m雍和宫站雍和宫站鼓楼大街站鼓楼大街站A A A A井井井井 C C C C井井井井B B B B井井井井 D D D D井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口安定门站安定门站安定门站安定门站优选内容1.1.双、单活塞风井模式哪种好？双、单活塞风井模式哪种好？2.2.活塞风井距离站台端多少合适？活塞风井距离站台端多少合适？3.3.区间隧道长度变化对活塞效应区间隧道长度变化对
11、活塞效应 的影响？的影响？分析问题分析问题A A A A井井井井C C C C井井井井B B B B井井井井D D D D井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口算算例例1算算例例3A A A A井井井井B B B B井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口A A A A井井井井B B B B井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口算算例例250m100m优选内容求解方法求解方法建模建模建模建模网格划分网格划分网格划分网格划分方程及边界条件离散化方程及边界条件离散化方程及边界条件离散化方程及边界条件离散化求解求解求解求解结果分析结果分析解收敛否？解收敛否？否
12、否是是以安定门车站及相连区间隧道为原型A A A A井井井井C C C C井井井井B B B B井井井井D D D D井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口区间隧道动网格， 车站及风井静网格 总网格数为2100,000个PISO算法标准k- 湍流模型优选内容计算方法有效性验证计算方法有效性验证B B口风速计算值与实测值对比口风速计算值与实测值对比优选内容主要内容主要内容1 1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析、计算结果分析5 5、结论、结论优选内容计
13、算结果分析计算结果分析双、单活塞风井模式的影响比较优选内容地铁活塞效应作用下的隧道空气压力分布地铁活塞效应作用下的隧道空气压力分布地铁活塞效应作用下的隧道空气压力分布地铁活塞效应作用下的隧道空气压力分布下行线列车下行线列车上行线列车上行线列车优选内容tatbtctdtetftg双活塞风井模式空气压力变化特性双活塞风井模式空气压力变化特性A A A A井井井井C C C C井井井井B B B B井井井井D D D D井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口01002003000102030-10-20-30下行线上行线列车运行速度列车运行速度优选内容tatbtctdtetftg双活塞
14、风井模式空气速度变化特性双活塞风井模式空气速度变化特性A A A A井井井井C C C C井井井井B B B B井井井井D D D D井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口01002003000102030-10-20-30下行线上行线列车运行速度列车运行速度优选内容tatbtctdtf单活塞风井模式空气压力变化特性单活塞风井模式空气压力变化特性01002003000102030-10-20-30下行线上行线列车运行速度列车运行速度优选内容tatbtctdtf单活塞风井模式空气速度变化特性单活塞风井模式空气速度变化特性01002003000102030-10-20-30下行线上行
15、线列车运行速度列车运行速度优选内容单、双活塞风井设置模式比较单、双活塞风井设置模式比较A A A A井井井井 C C C C井井井井B B B B井井井井D D D D井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口A A A A井井井井B B B B井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口活塞风井排风率活塞风井排风率1 1:68.8%68.8%活塞风井排风率活塞风井排风率1 1:56.8%56.8%列车进站列车进站（排风）（排风）双活塞风井设置模式双活塞风井设置模式单活塞风井设置模式单活塞风井设置模式总排风量：总排风量：11786m11786m总排风量：总排风量：11215m
16、11215m优选内容单、双活塞风井设置模式比较单、双活塞风井设置模式比较A A A A井井井井 C C C C井井井井B B B B井井井井D D D D井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口A A A A井井井井B B B B井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口列车离站列车离站（进风）（进风）地面出入口进风率地面出入口进风率2 2:26.3%26.3%地面出入口进风率地面出入口进风率2 2:51.8%51.8%双活塞风井设置模式双活塞风井设置模式单活塞风井设置模式单活塞风井设置模式总进风量：总进风量：10496m10496m总进风量：总进风量：9901m9901
17、m优优优选内容计算结果分析计算结果分析活塞风井设置位置的比较活塞风井设置位置的比较优选内容列车进站列车进站（排风）（排风）A A A A井井井井B B B B井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口活塞风井排风率活塞风井排风率1 1:56.8%56.8%活塞风井排风率活塞风井排风率1 1:62.7%62.7%A A A A井井井井B B B B井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口活塞风井距离站台活塞风井距离站台50m活塞风井距离站台活塞风井距离站台100m总排风量：总排风量：11215m11215m总排风量：总排风量：9644m9644m单活塞风井设置位置的比较单活
18、塞风井设置位置的比较优优优选内容单活塞风井设置位置的比较单活塞风井设置位置的比较A A A A井井井井B B B B井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口A A A A井井井井B B B B井井井井A A A A口口口口B B B B口口口口地面出入口进风率地面出入口进风率2 2:51.8%51.8%地面出入口进风率地面出入口进风率2 2:57.7%57.7%列车离站列车离站（进风）（进风）活塞风井距离站台活塞风井距离站台50m活塞风井距离站台活塞风井距离站台100m总进风量：总进风量：9901m9901m总进风量：总进风量：8490m8490m优优优选内容计算结果分析计算结果分
19、析区间隧道长度对活塞风井排风率的影响区间隧道长度对活塞风井排风率的影响优选内容1200m736m区间隧道长度对活塞风井排风率的影响区间隧道长度对活塞风井排风率的影响区间隧道长度对活塞风井排风率的影响区间隧道长度对活塞风井排风率的影响21.7%21.7%16.1%16.1%A A A A井井井井B B B B井井井井区间隧道长度越长，区间隧道长度越长，活塞风井的排风率减小。活塞风井的排风率减小。列车进站列车进站（排风）（排风）排风量：排风量：6523m6523m排风量：排风量：8494m8494m优选内容主要内容主要内容1 1、地铁、地铁发展现状及发展现状及问题问题2 2、如何高效利用地铁活塞效
20、应、如何高效利用地铁活塞效应3 3、CFDCFD动网格分析方法动网格分析方法4 4、计算结果分析、计算结果分析5 5、结论、结论优选内容结论结论列车进站列车进站过程中过程中，单、双单、双活塞风井的排风率活塞风井的排风率1 1 相差相差不大不大；列车离站列车离站过程中过程中，单活塞风井地面出入口通道的，单活塞风井地面出入口通道的可引入更可引入更多室外风量，地面出入口多室外风量，地面出入口进风率进风率2 2 是双活塞风井的是双活塞风井的2 2倍倍（51.8%51.8%），），单活塞风井模式单活塞风井模式更优！更优！单活塞风井模式下，活塞风井单活塞风井模式下，活塞风井距离距离站台站台进站端进站端的间
21、距的间距增大增大时（时（50m50m、100m 100m ），），活塞风井的排风率活塞风井的排风率1 1增加增加（56.8%62.7%56.8%62.7%），地面出入口的进风率，地面出入口的进风率2 2 也也增加增加（51.8%57.7%51.8%57.7%），），适当加大距离有利！适当加大距离有利！地铁区间隧道长度长，活塞风井排风率地铁区间隧道长度长，活塞风井排风率1 1减减小小，不利！不利！优选内容车车站内站内设计焓值设计焓值范范围围车车站内站内设计设计温度范温度范围围通过地面出入口通道在引入室外空气，改善地铁车站内空气品质的同时，还可利用室外低焓空气降低地铁车站的空调负荷。结论结论优选内容谢谢谢谢协同发展 领引未来2014 年第十九届全国暖通空调制冷学术年会优选内容
