摘要
针对国内高铁客站供暖空调系统的设计、运行及研究情况进行了文献综述，重点关注了室内热湿环境状况、影响空调系统设计和运行的渗透风及室内末端方式等因素。从车站室内热湿环境状况来看，仍需结合高铁客站人员活动特点进一步研究适宜的热舒适需求参数；从渗透风影响情况来看，仍需对高铁客站的渗透风量与人员需求新风量之间的关系及调控方法等进行研究；从室内末端方式来看，喷口送风方式仍存在一定局限性，可借助辐射末端等改善高大空间的室内冬夏环境控制。
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0 引言
铁路客站是重要的城市基础设施和交通枢纽建筑，对城市发展、城镇化建设等具有重要的战略意义。经过十余年的飞速发展，我国高铁运营里程已超过2.5万km。“十三五”规划和《中长期铁路网规划》指出，到2020年我国高速铁路里程将达到3万km。与此同时，高铁客站建筑也快速发展，目前己经开通运行的高铁客站已超过500座。
如何有效降低高铁客站供暖空调系统的运行能耗是亟需研究的重要问题，也是进一步促进我国高铁建设、运行事业高质量发展的必备环节。本文对国内高铁或铁路客站供暖空调系统的设计、运行情况进行综述分析，以便对其系统实际性能及关键影响因素形成清晰认识，并对需要进一步深入研究的问题提出展望，从而为提出降低其运行能耗的合理措施提供切实指导。
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1 高铁客站建筑空调系统设计、运行现状
1.1 车站基本功能与布局
当前各类高铁客站站房通常为典型的高大空间建筑（如图1所示），室内净空间高达十几m甚至几十m，而人员一般仅在地上2m以内的高度范围内活动；同时建筑单体体量大，一些大型、特大型高铁客站候车厅的跨度可达几十m甚至上百m，单个候车大厅的面积也可达几千m 甚至数万m2。车站建筑体形系数小，围护结构的影响较小；出于视野和采光要求，车站顶部通常设置一定比例的天窗或侧窗，使得太阳辐射等成为影响室内环境的重要因素；人员、设备等集中在底部，是最重要的室内热源；而照明密度相对较低，影响较小。
图1 典型铁路客站空间环境
特大型、大型高铁车站候车厅过于高大，竖直方向空间利用率较低，对如何营造底部人员活动区的热湿环境提出了较高要求。图2显示了典型高铁客站候车大厅的功能布局及室内末端方式。通常底部大厅为旅客候车、进站检票口及部分商业区域，空间高大、开敞；两侧夹层主要为餐饮等区域。目前该类建筑多采用喷口送风、散流器送风等对流方式满足室内热湿环境营造需求，喷口通常与检票口等有效结合并设置在检票口顶部（高度约3m），对大厅两侧的区域进行调控。
图2 高铁客站候车厅典型布局与室内末端方式
1.2 空调系统设计现状
表1整理汇总了我国部分主要高铁客站供暖空调系统的设计信息，主要为大型、特大型高铁客站。
表１ 国内部分高铁客站供暖空调系统设计信息
从供暖空调系统的负荷组成情况来看，室内热源、新风（或渗透风）负荷是空调系统负荷的重要组成部分，而围护结构导致的负荷通常较小。从供暖空调系统的设计负荷或设备装机容量来看，不同气候区、不同车站的取值存在一定差异，夏季设计冷负荷大致在100W/m2以上。对于各类高铁客站，目前公开发表的文献中尚缺少较为详细的实际供暖空调系统运行测试性能分析，还不足以说明是否同样存在这种实际运行冷量与设计负荷之间有显著差异的状况，这也是需要进一步开展研究或分析的问题。
除了特大型、大型车站外，还有众多的中型、小型高铁车站，其主要功能区域与大型车站相似，仅车站规模较小；室内末端方式与大型车站相近，也较多采用喷口送风方式，系统冷热源多为小容量的冷热水机组或市政热网。
1.3 室内热湿环境营造效果
铁路客站属于旅客短期停留的场所，其室内热舒适需求及环境状况与普通办公建筑等人员可能长期停留的区域是否存在显著差异，此类场所的冬夏室内设计参数应如何选取，是需要深入研究的基础问题。
新风量或CO2浓度是系统设计或运行中的另一重要指标，系统设计过程中通常根据人员数量来设计选取机械新风量。当前客站设计规范中推荐的人均新风量标准通常为10～20m3/h，人员数量多按照客站最高聚集人数或最高小时发送量来选取。最高聚集人数是铁路客站设计中需要关注的重要指标，与列车开行方案、车站旅客组织等诸多因素有关，在客站设计过程中通过全面考虑车站的旅客运输组织过程，利用动态仿真等方法可以计算得出车站最高聚集人数，为车站各项功能设计提供合理的人数基础，也为供暖空调系统的容量设计和系统运行提供重要参考。
图3 室内CO2体积分数与人均新风量之间的关系
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2 铁路客站供暖空调系统影响因素
从现有文献结果来看，对高铁客站供暖空调系统实际运行性能的测试分析相对较少，仍需要大量实测数据来支撑或指导降低此类场所供暖空调系统能耗的工作。除了对实际客站中人员密度、人员停留时间及热舒适需求等基本指标缺少明确指标外，对影响车站供暖空调系统运行的渗透风影响规律、室内空调末端方式等方面也还需要开展进一步的研究，以便更好地满足系统设计及实际运行需求。
2.1 渗透风影响
高铁客站是一类典型的高大空间类交通枢纽建筑，由于功能特点使得其出入口开启频繁，进站口、检票口等成为室外空气影响室内的直接通道。
渗透风是影响高铁客站室内环境的重要因素，不少研究者对高铁客站的渗透风状况开展了理论和实测研究。从渗透风全年影响情况来看，不同季节的渗透风驱动力、变化规律及可采取的措施等如表2所示，各季节间的特点主要体现在：
表2 高铁客站全年渗透风变化及应对措施
1）冬季室内外热压显著、渗透风量通常较大，导致热负荷大，如何减少渗透风的影响、改善室内热环境，是铁路客站冬季运行中需要考虑的重要问题。
2）过渡季尽管室内外热压较小，但仍期望通过渗透风形成有效的自然通风，利用其满足室内排热需求，开启车站内的天窗、侧窗等成为此季节的重要通风措施。
3）夏季开启空调系统时，渗透风仍会对室内环境产生一定影响，对于空调系统机械新风、渗透风等之间的相互关系仍需进一步分析。
2.2 空调末端方式
铁路客站候车厅是典型的高大空间，目前多采用全空气射流喷口送风方式（如图2a所示），并与站内检票口等进行了有效结合。从改善室内热环境调控效果、大幅减少风机能耗等目标出发，辐射末端方式是高铁客站供暖空调系统的最适宜末端方式。
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3 与其他交通场站类建筑的对比
机场航站楼、高铁客站、地铁车站等是常见的公共交通场站建筑，供暖空调系统通常是其运行能耗的最重要组成部分。三类交通场站建筑的供暖空调系统实际运行性能如何，仍需要更多进一步的测试分析。从其系统设计、运行现状分析来看，存在的一些共性问题或亟需深入研究阐明的关键点主要体现在：
1）人员活动特点与停留状况。
2）基本热环境需求与热舒适状况。
3）渗透风影响及机械新风供给。
4）室内末端方式与高效系统。
此外，除了满足旅客的适宜环境需求外，如何兼顾交通场站中工作人员的热环境营造需求，也是需要进一步考虑的问题。有别于旅客短暂通过或停留的时间特征，安检等工作人员对环境参数的要求可能更高，实际运行状况也反映出工作人员等对周围热环境的不满意率高或改善需求更显著、更迫切。对工作人员固定活动的区域，如安检区、人工票务区等，采用局部的处理方式是满足人员需求最直接、最有效的途径。增加末端风口设置数量或密度是改善机场航站楼安检区域环境的重要手段，而高铁客站、地铁车站的安检区域如何实现有效的局环境调节，仍需进一步的深入研究。
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4 结论
1）现有高铁客站建筑体量巨大，为典型高大空间类建筑，供暖空调系统主要服务于底部人员活动区。系统设计中室内人员、设备、新风（或渗透风）为其主要负荷来源，而围护结构负荷所占比例较小，对于实际系统的运行性能仍需深入测试分析。
2）从车站内实际CO2浓度水平、渗透风量的理论分析或实测结果来看，高铁客站内的渗透风影响非常显著，甚至远高于车站内人员需求的新风量水平，造成不必要的冷热负荷。根据不同季节的渗透风变化规律，可以选取适宜的手段来降低渗透风的不利影响。
3）现有高铁客站多采用喷口送风等对流末端方式，通过调节不同季节喷口角度、加强上下层间气流交换等方式可在一定程度上改善冬季“上热下冷”的局限性。从大幅降低风机输送能耗、改善室内热环境控制效果的目标出发，将辐射地板末端方式应用于高铁客站具有重要意义，是全面提高其供暖空调系统性能、大幅降低运行能耗的重要技术途径。
