亚热带季风地区地铁高架站热舒适性分析
汪登峰
（中铁十一局集团电务工程有限公司武汉430017）
摘要：为研究亚热带季风地区地铁高架站自然通风条件下乘客的热舒适性体验现状提高地铁乘车服务水平以长沙市地铁某侧式和岛式高架站为对象选取夏季典型日的最热时段在站台层进行热环境实测根据测算结果分析该工况下的热环境分布状况.以实测的风速、温度等数据为基础采用计算流体力学软件Fluen模拟了该气候条件下侧式和岛式高架站的风速场和温度场变化情况提取了1.5m处风速和温度的平均数值并选用相对热指标RW1评价了站 台层的热舒适性：结果表明：现场实测的热环境除温度和风速外均满足室内空气质量标准；热舒适性体验和侧式站台相差不大，
关键词：高架站：热舒适性：自然通风：数值模拟：现场实测
中图分类号：TU111.1文献标志码：A文章编号：2096-9422（2023)11-0073-06
Thermal Comfort Analysis of Subway Bevated Station in Subtropical Monsoon Region
WANG Dengfeng
( Electrical Engineering Co. Ltd of China Railway 1lth Bureau Group Wuhan 430017 China)
ventilation conditions al eleraled subway stations in subtropical monsoon area and improve the lezel of AbSraCt: In order to study the thermal fort experience status of paxsengers under naturalsnbway serrice α side and isfand elerated subway station in Changsha City was seleted as the object andthe thermal enrironment was measured at the plaform floor during the hottest period of α typical summerday and the thermal enwironment distribution was analyzed according to the calculation results. Based onmeasurements of wind speed temperature and other data the putational hydrodynamics sofuvare Fluent was used to simalate the variability of the wind speed and temperahure fields at the side and islandelevated stations in this climate. The mean volues of the wind speed and temperature at 1. 5 m wereextracted and the relatize thermal index ( RWl) was used to assess the thermal fort of the platformpaads pura* suopuo pooojouoau oopmo as ayr zapu/pads pu puo anadu ay of ndaxa layer. The results showed that the measured thermal environment met the indoor air qualiy standards and temperatre feld variations are signjficanly diferen on the side plaform anl the island plaformndthe thermal fort experience on the island platform is similar to that of the side plarform.
Keywords: elevated station; thermal fort; natural draft; numerical simulation; field measurement
然通风、自然采光的设计，且考虑到建设成本和运营
0引言
和运营成本低的特点，在中心城区外、土地资源相对 地铁高架站具有施工风险小、工期快、建设投资组织国内高架站多采用侧式站台.
热舒适是人对周围热环境所做作出的主观满意不紧缺的地区是一种重要的站点形式.相较于地下度评价（ISO7730），也是地铁乘客乘车满意度的一项车站高架站的通风、照明等设计相对简单多采用自重要指标.王寅璐以深圳地铁11号线高架站为例进行研究表明，该站台层只设置侧天窗，自然采光可满
足要求.韩瑶针对南方某地铁线路高架车站站台设置送风系统方案得出在夏季高架站站台送风系统设计的必要性不大站台设机械通风对人的舒适感没 有太多作用，不设机械通风而延用自然通风方案即可.王蓄、解卫东等人分析认为影响热舒适的最主要因素是玻璃幕墙结构的太阳辐射得热、围护结构防热性能、周围建筑与绿植分布和自然通风等.白雪调研了广州、深圳、台北、高雄和上海五个城市的 高架车站进而分析了建筑节能和热环境的特点研究发现影响高架站热环境的最重要因素是侧墙开洞口面积比.张瑛格以济南轨道交通高架站为研究对象采用调研和Phoenics模拟相结合的方法研究了乘客热舒适.端木琳等人研究认为ePMV模型、适 应性模型和aPMV模型均可预测自然通风建筑的热舒适性.朱培根等人发现采用热感觉投票和相对热指标RWI相结合的方法能更为准确地评价地铁站热环境.沈雅倩等人基于XGBoost分类算法提出 了一种热舒适预测模型”.明盼盼等人研究了在模拟自然风的动态环境下人体热舒适评价模型提出了适用于模拟自然风环境热舒适评价的MTSV-DP指标"
图1倒式高架站剖面图
Fig. 1 Profile of side elevated station
主观感知不同地铁热舒适性需要结合所在地气候条 综上所述所属地区不同，各项气候参数和人员件和当地居民舒适感标准进行评价.本文将在实地测量亚热带季风地区高架站站台层气象参数的基础上采用Fluent模拟软件分析侧式站台和岛式站台自然通风条件下的空气流动特性和规律，并用RWI指 标对该条件下的站台热舒适性进行评价分析，为地铁乘车服务水平研究提供依据.
Fig 2 Pofile of island derated sation
图2岛式高架站剖面图
2研究方法
2.1现场实测
2021年8月21日中午14:00-16:00进行热环境测 选取长沙市夏季中的典型日的最热时间段，即量测试地点是侧式站台南北和东西的中部位置实测的参数有空气温度、风速、湿度、CO浓度、空气质量等，各参数的测量仪器集成在WS30小型气象站中各项数据为自动采集，间隔时间为15s.监测点 取1.5m处小型气象站测量参数见表1.
1研究对象
长沙位于中国东南部，湖南省东部偏北，湘江下游和长浏盆地西缘属亚热带季风气候-由于位居盆地内部距海较远受冬夏季风转换地势向北倾斜等 因素的影响，气候温和、四季分明，夏冬季长、春秋季短.根据《长沙市2020年统计年鉴》2018年长沙市年平均气温18.5℃，极端最高温度为38.9℃，极端为1622. 2 h. 最低温度为-4.1°℃降雨量1318.3mm总日照时数
Talle I Meremst potmecrs of sall meteoroslogical station
表小型气象站测量参数
气象参数 测量范围 精度大气温度/C 风速/(m/s) 50-80 0-30 ±0.3 ±0. 1相对湿度/RH% 0-100 ±3
研究车站为长沙市某地铁高架站，分别为侧式站台和岛式站台采用自然通风站台层两端为散开式，两侧与室外相通雨棚上方开有百叶.站台层设有空调候车室测式站台和岛式站台剖面图，分别见图！ 和图 2.
2.2数值模拟
模拟选用工程仿真软件ANSYS旗下的流体动力学Fluet产品根据图抵，为精简计算量简化和假设模型如下
2.2.1侧式站台
站台候车层层高较高屋顶形状对于人员活动区的流 原屋顶造型网格质量差，无法模拟，同时考虑到场影响不大因此将原屋顶简化为平屋顶侧面开孔
面积与原屋顶尽量保持一致：消防楼梯间及电梯间按构对热环境的影响：太阳辐射采用Fluent内置的Solar28℃；由于轨道与候车区域存在着玻璃门屏障而且与候车区域高差不大，因此，将轨道与候车层楼板视为同一高度.
度设置为28℃，地板厚度为20cm，底面温度为为多云天气因此天气系数设置为0.3屋顶材料吸 收率为0.35天窗设置为半透明材质吸收率为0.1;由于现场测试当天天气显示风速为3级以下因此，将外部流场入口的速度设置为0.5m/s环境初始温度为34℃.
外部流场为长方形流场入口与建筑的最短距离为160m出口与建筑的最短距离为360m两侧距离 为50m流场高度为50m；除地板、屋顶、天窗等结构外其他构筑物对候车区的热环境影响较小因此在模拟时不考虑其他结构对热环境的影响.
关闭时整个候车平台为封闭区域，且周围围挡顶部与 此外由于岛式站台候车平台为封闭玻璃门，在列车顶部几乎齐平列车进出引起的活塞风很难对该区域产生影响：侧式站台两侧为铁栅门，会受到活塞风的影响但考虑到乘客候车时间基本为列车间隔时塞风的条件下候车区域的平均温度与室外空气温度差距较小即便考虑活塞风，候车区域的平均温度下降幅度也很有限对人体舒适性的评价影响也很小，所以模型忽略了活塞风的影响.
太阳辐射采用 Fluemt 内置的 Solar Ray Tracing，时间与现场测试相一致由于当天为多云天气因此，间列车进站时间相较于候车时间很短，列车进站后 天气系数设置为0.3，屋顶材料吸收率为0.35，天窗乘客即转到列车车厢，且根据模拟结果，在不考虑活设置为半透明材质吸收率为0.1：由于现场测试当天天气显示风速为3级以下因此将外部流场入口的速度设置为0.5m/s环境初始温度为34°℃
2.2.2岛式站台
使得网格质量更好同时保证侧面通风面积与实际相梯口按照常温避免处理温度设置为28C地板厚度 为20cm底面温度为28C；外部流场为长方形流场
模型屋顶与实际建筑相比，修改了屋顶的弧度，3实测结果分析
分析采集到的实测数据得到长沙市夏季典型工近：消防楼梯间及电梯间按照常闭空间处理，电动扶况下14:00-16:00时段，该站台的平均大气温度为34.85℃平均相对湿度为42.46%平均噪声为74.41入口与建筑的最短距离为90m出口与建筑的最短距均风速为0.03m/s.根据《地铁设计规范》 dB平均C0浓度为329.74ppm折合为0.03%，平离为190m两侧距离为75m左右流场高度为45m.（GB50157-2013），高架站的温度、相对湿度、C0除地板、屋顶、天窗等结构外，其他构筑物对候车浓度、空气流速、噪声均满足要求，具体实测结果见
区的热环境影响较小，因此在模拟时不考虑其他结图3.
图3实测热环境参数
Fig. 3 Measumed themal enironment permeters
4模拟结果分析
如图4所示横截面风速分布见图5.
果影响人体热舒适的客观因素为空气温度、平均辐风速明显小于北侧屏蔽门位置的风速且北侧屏蔽门 由图4可知站台候车区南侧靠近屏蔽门位置的射温度、空气相对湿度以及空气流速这里对比较关附近西面风速小于东面风速.由图5可知两侧站台呈现不同的风速分布规律：左侧靠近屏蔽门的区域风速相对大些右侧靠近屏蔽门的区域风速则相对小些.说明风向和屏蔽门对风速感知有明显影响.
根据暖通、制冷和空气调节工程师学会的研究结键的温度和风速进行模拟分析.
4.1风速场分析
4.1.1侧式站台
根据模拟结果，在上述设定条件下，侧式站台工作区1.5m处的平均风速为0.28m/s其风速场分布
图4例式站台工作区风速（高1.5m处）
图7岛式站台横截面风速
Fig. 4 Wind speed in vorking aeo of side platfom ( at I. 5m beigh)
4.2温度场分析
4.2.1侧式站台
根据模拟结果，在上述设定条件下，站台工作区1.5 m处的平均温度为307.91K即34.76℃C其温度场分布见图8横截面温度场分布见图9.
图5侧式站台横酸面风速
Fig. 5 Cross setise vind speed of side station
4.1.2岛式站台
根据模拟结果，在上述设定条件下，岛式站台工作区1.5m处的平均风速为0.45m/s其风速场分布如图6所示横截面风速分布见图7.
图8侧式站台工作区温度（高1.5=处）
Fig. 8 Working ara temperalure of side platform ( a I. 5 m leright)
图6岛式站台工作区风速（高1.5m处）
Fig. 6 Winl spl in working ares of island plafom ( at 1. 5 m hight)
图9倒式站台横鼓面湿度
Fig. 9 Cross section temperature of side platfom
由图6可知站台候车区西半部分的风速明显低域的风速且空调房南北两侧区域形成整个工作区风 于东半部分的风速南侧区域的风速明显低于北侧区速最高的两条带状风速区，由图7可知站台中间区域的风速最小，屏蔽门附近的风速高于站台中部的风速.
温度.由图9可知，站台左侧温度稍低于右侧温度， 由图8可知站台候车区南侧温度明显低于北侧由于太阳辐射的影响车站框架结构受热明显特别是车站顶部的热辐射更明显.说明站台区域内温度场分布比较均匀风向和屏蔽门对温度感知没有明显影响而空调房释放的冷负荷对温度没有明显影响.
综上同样的气象条件下由于站台形式和方位的不同两种类型的站台风速场呈现出不同的分布规律，岛式站台的平均风速明显高于侧式站台的平均风速.
4.2.2岛式站台
根据模拟结果，在上述设定条件下，站台工作区
1.5m处的平均温度为307.29K，即34.14℃其温度场分布见图10.横截面的温度分布除车站外部框架结构受热明显外，车站区域的温度变化不明显这 里不再放横截面温度场分布图.
M(s( / / ) 6. 42( 35) RI. (P ≥2269 Pa) ( 2)RW/= 65. 2( 5858P ) /1000式中：M为人体过渡不同环境时的能量代谢率W/m²；
.为人员实际服装热阻xlo；.为服装外空气边界层热阻co;T.为所处环境的温度，C；P.为所处环境的水蒸气分压力Pa；R为平均辐射得热W/m².
度之间的关系见表2. 在热环境下，RWI的分度与ASHRAE热感觉标
表2ASHRAE 舒适标准与相应的RWI
Talle 2 Themmal fort of ASHRAE and the RW1
热感觉 ASHRAE热感觉标度 2 0.25稍暖 暖 1 0.15中性 稍凉 0 -1 0.08 0.00
图10岛式站台工作区温度（高1.5m处）
Fig. 10 Working as temperatre of island platfomm ( al 1. 5 m beight)
由图10可知站台东侧区域温度明显高于西侧区域温度温度的变化区域与图6中风速的变化区域基本吻合说明该岛式站台的风速可能影响了温度， 高的风速降低了所在区域的温度.
根据（建筑环境学）上式中普梦数的选取见表3.
表3RWI各项参数的选取依据
Table 3 Seletion besis for varioes pearameters of RWI
参数 大小 选取依据M116. 4 W /m² 人体正常行走的能量代谢率0. 5 eln f.=1.a/w（查表可得夏季服装总热阻 按人员夏学服装热阻计算0. 5 elo 取1co/夏学整套服装的面积系数取1）r. 34 76 C / 34. 14 侧式站台/岛式站台所处环境的温度P. 2348 Pa P =0. 610 78x[ H/100) xesp [7/( 7238. 3) × 17.269 4]（实测现场湿度7=34.85℃C，实测现场湿度H=42.46单位为%R=ffg（7-r）（指人体表面的发射率， 一般取0.95;a为斯蒂芬-尔兹曼常数5.67表面积的修正系数，一般取0.72 7.指人体表面温度取310.15K：7 指环境的平均辐射温度取 307. 15 K)
综上同样的气象条件下，侧式站台和岛式站台的平均温度相差不大但是两种站台的温度场呈现出完全不同的分布特征侧式站台基本是从南到北温度逐渐升高岛式站台基本是从东到西温度逐渐升高
5热舒适性评价
热舒适性研究起步较早，当前用于热舒适评价的标准主要有ASHRAE55、ISO7730、CIBSE、GB/T18049-2000、GB50019-2003等，评价模型和指标主要包括综合评价指标、简化综合评价指标、过渡空 间热舒适性评价指标、局部热不舒适性评价指标等.稳态环境下的热舒适性评价指标，以丹麦Fanger教授提出的测平均评价PMV和预测不满意百法主要有相对热指标RWI和热损失率HDR等[]. 分数PPD最著名动态环境下的热舒适性评价方其中RWI指标将其所采用的原理与ASHRAE给出的舒适性测试数据相结合，引入“暂时舒适”的概念["
由于P =2348P≥2269Pa)根据RWF/的定义公式经计算：
①侧式站台的相对热指标为：
RW/= [ 2×58. 2) ×1 6 42×( 34. 7635) 13. 685 ×0. 5]/[65. 2×( ) /1000] =0. 532
②岛式站台的相对热指标为：
RW∫= [ 2×58. 2) ×1 6. 42×{ 34. 1435) 13. 685 ×0. 5]/[65. 2×( ) /1000] 0. 514
地铁高架站站台作为候车区域有着乘客从室外进入站厅或者换乘到达站台最后进入车厢乘车的 一系列过程.在不同位置环境和行为状态有差异热舒适性也是不同的-因此这里选用相对热指标RW1作为评价站台候车区热舒适性的指标.
据此展望末来，ASHRAE热感觉标度是否可以进行完善增加热的标 两种不同形式站台的相对热指标差别不大均超出了暖的标度.度：此外相对热指标RW1除个体因素外客现环境只考虑了温度和湿度的影响没有考虑风速为更全面体现热舒适性的衡量因素可以对 评估方法进行优化
见公式（1）和（2)[ 根据ASHRAE的推荐相对热指标RWI的定义
6结论
为改善站台热环境，提高候车的热舒适性，经过对亚热带季风地区地铁高架站自然通风条件下热环境的实测与热舒适性模拟分析以 长涉市为例得到以下结论：
