林永鵬

遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司

綠色建筑理念在地鐵節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用簡述

林永鵬

遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司

地鐵節(jié)能應(yīng)從規(guī)劃階段深入考慮，而不應(yīng)僅僅局限于選擇節(jié)能高效的設(shè)備，應(yīng)更多從規(guī)劃階段重視線路規(guī)劃，在設(shè)計(jì)階段做好節(jié)能設(shè)計(jì)，在運(yùn)營階段做好運(yùn)營組織，全面提高車輛的滿載率，從而降低地鐵的單位能耗。本文筆者對綠色建筑理念在地鐵節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析探討，希望對相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。

綠色建筑理念，地鐵節(jié)能設(shè)計(jì)，應(yīng)用

1 地鐵系統(tǒng)能耗構(gòu)成

根據(jù)地鐵項(xiàng)目特點(diǎn)，地鐵在運(yùn)行中使用的能源品種為電和天然氣，主要耗能工質(zhì)為水。1)電，地鐵系統(tǒng)用電主要為地鐵車輛牽引用電和車站、區(qū)間隧道、車輛段與綜合基地、控制中心的動力照明用電。地鐵系統(tǒng)用電能耗主要由列車和車站運(yùn)營能耗兩部分構(gòu)成，其中列車運(yùn)行能耗占總能耗的40%～50%，通風(fēng)空調(diào)能耗占25%～35%，電扶梯能耗占10%～14%，此3項(xiàng)能耗之和占到了地鐵總能耗的90%，因此，列車運(yùn)行、通風(fēng)空調(diào)、電扶梯的節(jié)能應(yīng)是重點(diǎn)關(guān)注的方面。2)天然氣，車輛段或停車場生活食堂及鍋爐房作為燃料使用。3)水，項(xiàng)目運(yùn)行生產(chǎn)、生活用水。

2 規(guī)劃層面的節(jié)能

2.1 提高地鐵利用率

根據(jù)有關(guān)資料，地鐵的單位能耗只有公交車的50%，小汽車的6%。對于尚未建設(shè)地鐵的城市，從交通結(jié)構(gòu)來看，主要出行方式為小汽車、公交巴士、自行車及步行，從能耗消耗種類來看，主要能耗為汽油和柴油。地鐵線路建設(shè)完成后，由于交通方式的變化，部分出行者選擇軌道交通，能源的消耗方式也由汽油、柴油轉(zhuǎn)變成電力消耗。根據(jù)客流預(yù)測，研究近、遠(yuǎn)期某市軌道交通線路日均發(fā)送乘客分別為47.05，81.49萬人，近、遠(yuǎn)期平均運(yùn)距為分別為8.27，7.83km。根據(jù)規(guī)劃可以預(yù)測，如不修建地鐵，運(yùn)量將轉(zhuǎn)移到其他方式。提高地鐵在城市交通中的分擔(dān)率，應(yīng)做好地鐵的交通銜接，調(diào)整公交線路及?？空?，真正做到公交與地鐵的無縫銜接;合理規(guī)劃地鐵站點(diǎn)周邊的停車配套，對主城區(qū)外部分具備條件的站點(diǎn)設(shè)置P+ R，為小汽車客流乘坐地鐵出行提供便利;合理設(shè)置自行車停車場，方便周邊居民乘坐地鐵出行;同時(shí)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)輿論宣傳，加大對地鐵出行準(zhǔn)時(shí)、快捷、綠色環(huán)保等優(yōu)勢的突出宣傳，使廣大市民愿意更多地乘坐地鐵出行，從而為地鐵分擔(dān)率的不斷提高創(chuàng)造有利條件。

2.2 提高地鐵車輛滿載率

提高地鐵車輛的滿載率，可以降低地鐵單位能耗。當(dāng)滿載率達(dá)到100%時(shí)，地鐵單位能耗僅為滿載率10%時(shí)的15%。根據(jù)圖2中單位能耗的變化規(guī)律來看，當(dāng)滿載率由10%增長至20%時(shí)，單位能耗降低了約50%，因此滿載率超過20%可有較好的效果。綜合考慮乘客舒適度和滿載率，滿載率達(dá)到100%時(shí)，車輛內(nèi)乘客站立密度將達(dá)到6 人/m2，普遍認(rèn)為站立密度為3～6人/m2時(shí)兼顧了舒適度和經(jīng)濟(jì)效益，單位能耗也較低。綜合來看，平均滿載率應(yīng)超過20%，高峰小時(shí)滿載率應(yīng)超過60%，才能實(shí)現(xiàn)較低的單位能耗。因此，地鐵節(jié)能應(yīng)從根本做起，規(guī)劃好線路，針對不同時(shí)期的客流量，配置合理數(shù)量的車輛，從而保證地鐵車輛滿載率在合理范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.3 選擇合適的敷設(shè)方式

線路方案中的線路敷設(shè)方式對能耗的影響最大，地上車站通常采用自然通風(fēng)和自然采光方式，地上車站比地下車站減少了通風(fēng)空調(diào)和照明能耗。從建設(shè)過程來看，地下車站的能耗也遠(yuǎn)大于高架車站，因此在用地規(guī)劃條件允許的情況下，采用適當(dāng)?shù)南暺琳?，?yīng)更多地考慮采用地上車站以節(jié)約能源。從軌道交通建筑工程費(fèi)用來看，地下車站是地上車站的3倍多，因此在建設(shè)過程中，地下車站的能源消費(fèi)量遠(yuǎn)大于地上車站;根據(jù)軌道交通設(shè)備系統(tǒng)選型可以估算出南方某城市地上車站和地下車站的年耗電量分別為：90萬kW·h/站和452.31萬kW·h/站，可見，在運(yùn)營過程中地下車站的能源消費(fèi)量遠(yuǎn)大于地上車站。

3 車輛節(jié)能

3.1 減輕車輛自重

根據(jù)國內(nèi)外地鐵車輛車體采用不銹鋼和鋁合金的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，地鐵車輛耐候鋼車體自重為9～10t，不銹鋼車體自重為6～7t，鋁合金車體自重為4～5t。如果以耐候鋼車體自重為基準(zhǔn)，則不銹鋼車體可減輕自重30%左右，鋁合金車體可減輕自重50%左右。因此，鋁合金車體輕量化效果比不銹鋼車體更明顯些。由于車輛自重的減輕，減少了列車牽引和制動時(shí)產(chǎn)生的熱量和粉塵，也減輕了隧道的溫升和污染;輪軌磨耗也相應(yīng)減少，可節(jié)省一定數(shù)量的維修費(fèi)用;改善了列車運(yùn)行品質(zhì)，提高了運(yùn)行速度，縮短了制動距離，減少了振動和噪聲等。同時(shí)，車輛自重的減輕可減少列車能耗，據(jù)統(tǒng)計(jì)，車輛能耗約為0.06kW·h/(t·km)。值得注意的是，車體自重的增加將引起車輛單位能耗的提高，而自重不變載重增加時(shí)車輛的車公里能耗是增加的，但車輛的單位能耗是降低的。

3.2 實(shí)現(xiàn)再生制動

電氣制動可實(shí)現(xiàn)再生制動，將車輛動能回饋至牽引網(wǎng)，供相鄰車輛吸收。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，地鐵再生制動產(chǎn)生的反饋能量一般為牽引能量的20%～40%，甚至更多。與電阻制動相比，再生制動節(jié)能的效果顯著。但再生電能并不是都能被其他牽引車輛吸收，剩余部分則消耗在車輛制動電阻上并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)到空氣中，其結(jié)果是加速了隧道的溫升。因此，選擇合適的再生制動能量吸收裝置也很重要。采用再生制動能量吸收裝置以后，當(dāng)處于再生制動工況下的列車產(chǎn)生的制動電流不能完全被其他車輛和本車的用電設(shè)備吸收時(shí)，線路上設(shè)置的再生制動能量吸收裝置立即投入工作，可吸收多余的再生電流，使車輛再生電流持續(xù)穩(wěn)定，以最大限度地發(fā)揮電制動性能。目前，常用的吸收裝置包括電容儲能裝置、逆變回饋型裝置、電阻吸收裝置，電容儲能裝置和逆變回饋型裝置均有很好的節(jié)能作用。

4 結(jié)論

綜上所述，綠色建筑理念理念的貫徹還需要有制度和規(guī)范的保證，地鐵系統(tǒng)亟須建立健全“綠色地鐵”的認(rèn)證體系，從而可推動地鐵系統(tǒng)全壽命周期的節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地、節(jié)水，更好地實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T50378—2014[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014：2-10.

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心.綠色建筑評價(jià)技術(shù)指南[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：1-18.