周皓華，楊坤麗

(西南交通大學(xué)建筑學(xué)院，四川成都610031)

鐵路客站是伴隨鐵路的誕生而產(chǎn)生的。一百多年來，隨著鐵路的發(fā)展，鐵路客站的內(nèi)涵及形式不斷變化。隨著客運(yùn)站運(yùn)輸規(guī)模、服務(wù)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)引擎功能的進(jìn)一步提升，勢必造成成客運(yùn)站能耗的大幅增長。不同于其他大型公共建筑，大型鐵路客站不僅“自變量”繁多，而且能耗巨大，舒適性要求不盡相同。對大型鐵路客站能耗特點(diǎn)和能耗影響因素進(jìn)行研究將有助于客站節(jié)能工作的展開，為降低客站運(yùn)營能耗指明方向。

1 我國大型鐵路客站能耗趨勢

鐵路客站是鐵路行業(yè)的能耗大戶?！笆晃濉逼陂g，我國鐵路結(jié)合客運(yùn)專線和長大干線建設(shè)，拆建和改建一大批鐵路客站，以滿足鐵路運(yùn)輸與城市發(fā)展需求，到2012年我國鐵路營業(yè)里程將由現(xiàn)在的8×104km增加到11×104km以上，其中高速鐵路達(dá)1.3×104km。與此相適應(yīng)，到2012年，我國將建成804座現(xiàn)代化鐵路客站[1]。隨著客站規(guī)模的擴(kuò)大和運(yùn)輸工作量的增加，生產(chǎn)性能耗勢必隨之劇增，如生產(chǎn)性用水、用電等。

另外，長期以來鐵路客站由于其獨(dú)特的運(yùn)輸技術(shù)優(yōu)勢，再加上我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域結(jié)構(gòu)失衡，始終呈現(xiàn)出供小于求的局面，造成客站服務(wù)水平跟不上經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐。隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，尤其是各種運(yùn)輸方式之間的競爭日趨激烈，人們對客運(yùn)的需求不再僅僅停留在技術(shù)水平，更重要的是服務(wù)水平上，這種要求尤其體現(xiàn)在具有城市交通樞紐功能的大型鐵路客站上。隨著客站服務(wù)質(zhì)量特別是站房內(nèi)部舒適度的提高，采暖空調(diào)、照明和電梯等設(shè)備能耗勢必增加。

再有，現(xiàn)代鐵路客站，特別是大型鐵路客站扮演著越來越重要的城市經(jīng)濟(jì)引擎角色，對車站周邊經(jīng)濟(jì)起到越來越多的拉動和整合作用，有朝著綜合性交通樞紐發(fā)展的趨勢，其勢必帶來的龐大的消費(fèi)群體和更多的附加功能，相應(yīng)的資源消費(fèi)量和能耗規(guī)模勢必增大。

因此，隨著大型鐵路客站運(yùn)輸規(guī)模、服務(wù)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)引擎功能的進(jìn)一步提升，勢必造成更大的能耗，給城市的能源供給布局、容量等帶來更大壓力。

2 我國大型鐵路客站能耗特點(diǎn)

2.1 我國鐵路客站用能特點(diǎn)

我國鐵路客站使用的能源主要有:電能、汽油、柴油、天然氣、煤氣、液化氣、蒸汽、煤炭等。不同客站使用的能源類型不同，并且所占比重差異較大。從能耗結(jié)構(gòu)而言，不同月份能耗不同，并且不同客運(yùn)站差異較大;從能耗部門而言，主要集中在空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。

2.2 我國大型鐵路客站能耗特點(diǎn)

2.2.1 從與大型商業(yè)建筑的橫向?qū)Ρ葋砜?/p>

大型鐵路客站由于“自變量”繁多，功能復(fù)雜，相對其他類型的大型公共建筑而言，其能耗特點(diǎn)表現(xiàn)出諸多不同。表1是我國2007年不同地區(qū)大型鐵路客站空調(diào)系統(tǒng)能耗調(diào)查結(jié)果。

表1 各地區(qū)大型鐵路客站空調(diào)能耗值[2]

《2007中國建筑節(jié)能年度發(fā)展報(bào)告》報(bào)道我國商場類建筑年能耗密度在200～300 kW·h/(m2·a)之間[2]?？梢钥闯龃笮丸F路客站僅空調(diào)能耗一項(xiàng)就超過了其他各類大型商業(yè)建筑各項(xiàng)能耗的總和。究其原因，主要有:

(1)客站的運(yùn)行模式與商業(yè)建筑的不同。比如商場，只是在白天和部分晚上營業(yè)，而客運(yùn)站一天中空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間要長很多，有時(shí)甚至是24 h不間斷運(yùn)行。

(2)客站是大空間建筑，建筑層高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人員活動區(qū)域的高度。該特點(diǎn)使得客站建筑室內(nèi)空調(diào)能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作區(qū)域的空調(diào)能耗。而商業(yè)建筑的高度相對而言要小很多，因此其空調(diào)能耗要比客運(yùn)站的小很多。

(3)客站為了追求站內(nèi)通透開闊，站房建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)幕墻面積所占比例往往很大。另外，屋頂出于站房大跨度結(jié)構(gòu)承重考慮，多為輕質(zhì)材料。這樣就造成了站房外表皮保溫隔熱性能不佳，能量損失嚴(yán)重。

(4)客站的客流比商業(yè)建筑的復(fù)雜。建筑空調(diào)能耗的主要部分是新風(fēng)能耗與人員能耗，客站的人流量是所有公共建筑里面最大的，且其復(fù)雜的人流特點(diǎn)也使客運(yùn)站空調(diào)系統(tǒng)找不出明顯的年能耗高低峰，全年能耗都很大。而商業(yè)建筑的人流量要比客站的小很多，且簡單很多，可估算出空調(diào)能耗的高峰期出現(xiàn)在夏季，全年的能耗并不是很大，比較集中在高峰期階段。

(5)大量車輛和設(shè)備帶來的廢熱。在客站建筑中，會有車輛和機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的廢熱。另外，含有地下設(shè)施的大型鐵路客站，其地下軌道交通存在長期運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的不易散發(fā)的土壤熱等特殊的微氣候特征。

當(dāng)然客站作為大型公共建筑同樣具備其他公共建筑的一般特點(diǎn)，例如建筑設(shè)備自動化、辦公自動化、通信現(xiàn)代化等，同時(shí)作為交通樞紐也具有其自身的特殊性，比如大空間、高窗墻比、人員流動量大、照明系統(tǒng)復(fù)雜等。而這些特殊性都會在一定程度上增加室內(nèi)的空調(diào)采暖負(fù)荷，也就增加了對能源的消耗。

2.2.2 從客站自身縱向比較來看

統(tǒng)計(jì)資料表明鐵路客站建筑單位面積能耗隨地域的變化差異不大，而與其體量和規(guī)模有關(guān)。尤其是當(dāng)單棟面積超過20 000 m2，并且采用中央空調(diào)時(shí)，其單位建筑面積能耗是普通的不采用中央空調(diào)的能耗的數(shù)倍，并且其用能的特點(diǎn)和存在的主要問題也于一般規(guī)模的客站建筑不同。而本文所研究的大型鐵路客站體量和規(guī)模都很大，面積幾乎都超過20 000 m2，一般都采用了中央空調(diào)系統(tǒng)，如表2所示。

表2 大型鐵路客站站房建筑面積及空調(diào)系統(tǒng)

3 我國大型鐵路客站能耗影響因素分析

大型鐵路客站能耗主要集中在中央空調(diào)和照明，對空調(diào)和照明系統(tǒng)的能耗組成和能耗影響因素的分析便是客站能耗分析的主要內(nèi)容。分析能耗組成和影響因素的目的在于為實(shí)施節(jié)能提供依據(jù)，從而更有針對性的組建節(jié)能措施。在建立節(jié)能措施時(shí)應(yīng)重點(diǎn)把握能耗主要影響因素，為客站節(jié)能找準(zhǔn)方向，并獲取最大空間。

大型鐵路客站一般都采用中央空調(diào)系統(tǒng)，全年使用頻次高，特別是冬夏兩季，使用時(shí)間長，能耗巨大?？照{(diào)負(fù)荷由建筑傳熱、日射負(fù)荷、內(nèi)部負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷及其他負(fù)荷組成。從熱量的傳遞上說，無非就是從建筑外部熱量輸入、建筑表皮抵御外部熱量傳遞、建筑內(nèi)部熱量散發(fā)這三方面著手考慮空調(diào)系統(tǒng)能耗問題。從具體能耗影響因素來看，其主要因素有室外氣候、室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度、新風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)、人員密度、燈具照明功率、空調(diào)設(shè)備功率、圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)因素主要包括墻體結(jié)構(gòu)、屋面結(jié)構(gòu)、窗戶結(jié)構(gòu)、窗墻比、遮陽系數(shù)。當(dāng)然，不同地區(qū)、不同季節(jié)同一因素對空調(diào)系統(tǒng)能耗影響程度肯定會不同，分析不同條件下影響客運(yùn)站空調(diào)能耗的各項(xiàng)因素，得出其主次地位，方能更好地指導(dǎo)空調(diào)節(jié)能。

相對空調(diào)能耗而言照明能耗影響因素要簡單一些，與季節(jié)和人流密度關(guān)系不大。客站照明的主要使用部門是候車室和站臺，影響能耗的關(guān)鍵是照明功率密度和站房自然采光。照明功率密度LDP是指單位面積上照明安裝功率(包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器)。一個(gè)照明空間的受照面積是一定的，空間內(nèi)總照明功率與照明功率密度成正比。LDP值越小，總功率越小，就越節(jié)能;LDP越大，總功率越大，就越耗能。自然采光在客站中的采用比比皆是，采光面積、采光部位、選用材料、構(gòu)造做法等都會對采光效果造成影響，進(jìn)而影響到室內(nèi)照明能耗。值得注意的是，自然采光會對室內(nèi)空調(diào)制冷和采暖產(chǎn)生一定的影響，要權(quán)衡好兩者的關(guān)系。

4 我國大型鐵路客站節(jié)能建議

針對大型鐵路客站的能耗特點(diǎn)，通過對其能耗組成和能耗影響因素的分析，可以從建筑單體的被動適應(yīng)、設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)化處理和充分利用可再生能源三個(gè)方面考慮大型鐵路客站的節(jié)能，相關(guān)建議如下。

4.1 建筑朝向的選擇和體型系數(shù)的控制

對于新建和改建的鐵路客站，站房的朝向?qū)?jié)能十分重要，同樣平面形狀的站房、南北向比東西向負(fù)荷少，相同面積情況下，主朝向面越大，傾向越明顯，故站房應(yīng)盡量采取南北朝向。

建筑物外表面積越小，冷(熱)負(fù)荷越小，故站房形狀應(yīng)盡可能采用外表面小的圓形或方形。體型系數(shù)控制的要點(diǎn)是:(1)站房平面的寬度與深度之比不宜過大，長寬比適宜;(2)增加站房層數(shù)，減少占地面積;(3)站房的外形不宜變化過多，應(yīng)盡可能簡潔，減少凹凸與錯(cuò)落。對于已建車站這些方面很難落實(shí)，對于改擴(kuò)建和新建車站可以按照這樣指導(dǎo)設(shè)計(jì)和建造。

4.2 充分利用自然通風(fēng)和自然采光

高效的自然通風(fēng)能有效減少空調(diào)全年開啟和運(yùn)行的時(shí)間，降低能耗的同時(shí)保持站房內(nèi)空氣的新鮮度和適宜的溫濕度。由于站房的大空間特性，特別是候車室空間有的超過了10 m，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫隔熱性能不佳，站房內(nèi)部環(huán)境受外界影響較大，加之室內(nèi)人員數(shù)量波動大，所以室內(nèi)空氣流動復(fù)雜，組織好站房內(nèi)氣流路線尤為重要。

充分利用自然光，不僅能有效地節(jié)約能源，而且同樣可以極大改善候車環(huán)境。但自然光的引入要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳎刂坪谜痉宽斉锏耐腹夥秶屯腹饴?，還有幕墻的遮陽，要合理處理夏季透光和傳熱的矛盾。如果能夠在恰當(dāng)控制天然采光量的基礎(chǔ)上保證遮陽，就可以在有效減少照明能耗的同時(shí)降低日射帶來的空調(diào)冷負(fù)荷。

4.3 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能

建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能具體體現(xiàn)在對相關(guān)部位材料的選用、構(gòu)造形式及構(gòu)造工藝的選擇上。大型鐵路客站幕墻和屋頂對能耗的影響尤為突出，對幕墻和屋頂?shù)墓?jié)能處理是大型鐵路客站外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的關(guān)鍵。目前其他類型的大型公共建筑中有采用雙層玻璃幕墻和雙層屋頂結(jié)構(gòu)技術(shù)，節(jié)能效果不錯(cuò)，可以嘗試應(yīng)用到大型鐵路客站中。

4.4 設(shè)備系統(tǒng)優(yōu)化處理

大型鐵路客站能耗的主要部門是空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，分別占到60% ～80%和6% ～17%[2]，空調(diào)和照明系統(tǒng)的優(yōu)化處理是客站設(shè)備系統(tǒng)降低能耗的關(guān)鍵。必須說明的是，節(jié)能管理同樣至關(guān)重要，優(yōu)化技術(shù)措施的落實(shí)程度直接影響節(jié)能效果。

就空調(diào)系統(tǒng)而言，大型站房的候車空間一般都比較高大，空調(diào)方案的選擇、送風(fēng)單元的空間布置很重要，設(shè)備的選型亦要注重其合理性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。照明系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)從照度的合理控制、光源形式的確定、燈具的合理選型、照明的控制模式等出發(fā)，結(jié)合建筑的空間特點(diǎn)及不同區(qū)域照度要求系統(tǒng)考慮，滿足節(jié)能的要求。

4.5 合理利用可再生能源

目前大型鐵路客站空調(diào)系統(tǒng)冷熱源種類較多且用能有季節(jié)性的特點(diǎn)，使用太陽能、地?zé)崮艿饶茉捶绞匠洚?dāng)冷熱源進(jìn)行供熱制冷可以得到較好的經(jīng)濟(jì)效益。此外，太陽能資源相對比較豐富的地區(qū)，大型鐵路客站的大屋面正好適合太陽能發(fā)電，不僅在一定程度上緩解了用電緊張，而且可以帶來巨大的社會效益。

[1]鄭健.當(dāng)代中國鐵路旅客車站設(shè)計(jì)綜述[J].建筑學(xué)報(bào)，2009(4)

[2]李立清，馬衛(wèi)武，陳治亞.現(xiàn)代鐵路客運(yùn)站能耗因素分析和節(jié)能對策研究[M].中國鐵道出版社，2010

[3]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.2007中國建筑節(jié)能年度發(fā)展報(bào)告[M].中國建筑工業(yè)出版社，2007