关键词：地铁;;隧道温度;;长期蓄热;;机械通风
摘 要：随着地铁线路运载量的逐年增加,全世界各地区均有地铁过热问题被频频曝出,为了分析过热问题的原因,进而更有针对性的改善地铁隧道内的热环境,有必要对长期蓄热地铁隧道内空气温度的变化规律进行分析。通风作为一种最简单便捷的改善热环境的方式,首先被考虑应用于地铁隧道的降温,本文正是在明晰了隧道内空气温度变化规律的基础上进一步研究了机械通风对于地铁隧道降温的可行性。首先,以地铁隧道内空气温度为研究对象,根据热力学第一定律、传热学相关知识及force-restore理论建立了年周期下地铁隧道机械通风-土壤蓄热耦合物理模型及数学模型,并对模型进行求解得到了地铁隧道空气温度的预测方程。将方程中的参数进行整合得到具有物理意义的四个物理量,系统的时间参数、隧道内空气与周围土壤的参数化对流换热系数、蓄热层土壤与恒温层土壤之间的参数化传热系数、由内热源引起的温升,分析了隧道内空气温度的平均值、振幅、相位随各个物理量的变化规律。然后,利用年周期下的机械通风-土壤蓄热耦合模型对伦敦、哈尔滨、北京、广州、昆明的地铁隧道温度进行计算,代入室外气象参数之后得到地铁隧道长期全机械通风运行下的温度变化方程,对比分析了不同室外条件、不同通风量、不同内热源产热量对隧道内空气温度变化的影响程度,得到了地铁隧道温度的变化趋势及温度升高的主要原因。最后,为了更有针对性的说明隧道内过热问题的原因,以及对隧道进行通风降温的可行性,单独对夏季典型日隧道内的空气温度进行计算。通过建立日周期下地铁隧道机械通风-土壤蓄热的耦合模型,代入各地区夏季典型日的室外条件,得出各地区地铁长期运行后在夏季典型日的隧道空气温度。定义了三种不同地铁隧道类型,并分析得出各类型地铁隧道内的过热温度限值,进而分析了机械通风对不同类型地铁隧道降温的可行性。本文得到的主要成果有地铁隧道机械通风-土壤蓄热耦合物理模型、数学模型及长期蓄热地铁隧道全时段机械通风条件下的温度预测方程。利用这些成果分析得出隧道内空气温度的平均值主要与通风换气次数、内热源产热量两个因素的有关,振幅主要与大气温度的振幅、隧道内通风换气次数两个因素有关,相位延迟仅与通风换气次数相关,年周期下隧道内外空气温度相位差的最大值为26 d,约0.07个周期。对于已经存在隧道过热问题的地铁线路,增大通风换气次数的方法对于这类地铁线路的降温效果是有限的;对于未来可能出现过热风险的地铁线路,通风换气次数由5次/h增大到15次/h,地铁在运行50年后在夏季典型日的隧道温度增量将减小2℃。
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