夏再祎

(湖南節(jié)能評價(jià)技術(shù)研究中心， 湖南 長沙 410083)

1 引言

長沙磁浮工程線路自長沙南站東廣場北側(cè)引出，延勞動(dòng)路南側(cè)走行7.1 km至黃興大道交叉前轉(zhuǎn)向北上跨勞動(dòng)路，下穿滬昆客專，沿黃興大道走行1.1 km至機(jī)場高速公路折向東上跨黃興大道東半副車道，延機(jī)場高速公路南側(cè)走行，過收費(fèi)站后上跨機(jī)場高速公路，延公路匝道接入位于T1、T2航站樓連廊處的磁浮機(jī)場站，線路長度18.55 km。全線設(shè)置三個(gè)車站，分別是火車南站、榔梨站、黃花機(jī)場站，預(yù)留會(huì)展站和汽車城站。

長沙磁浮工程于2014年5月16日正式開工，于2015年下半年建成，同年12月26日開始試運(yùn)行，并于2016年5月6日正式投入載客試運(yùn)營。磁浮列車采用3輛編組的方式，最大載客量為363人，設(shè)計(jì)最高速度可達(dá)100 km/h。在試運(yùn)營中，列車計(jì)劃以60 km/h的速度前行，最高速度達(dá)到80 km/h，從長沙南站至長沙黃花機(jī)場T2航站樓全程運(yùn)行時(shí)間為19 min30 s[1]。

節(jié)能是我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前極為緊迫的任務(wù)。十屆全國人大四次會(huì)議通過了我國的第十一個(gè)五年規(guī)劃，首次提出了要將節(jié)約資源作為基本國策，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口、資源、環(huán)境相協(xié)調(diào)。城市軌道交通系統(tǒng)電能消耗巨大，節(jié)能降耗是運(yùn)營單位節(jié)省成本的重要手段，更是實(shí)現(xiàn)軌道交通高效、便捷、廉價(jià)出行宗旨的重要保證。本文就長沙磁浮工程中線路、車站、建筑、控制等方面介紹工程設(shè)計(jì)建設(shè)中所采用的部分節(jié)能措施與技術(shù)。

2 線路及牽引供電節(jié)能措施

2.1 線路節(jié)能

在設(shè)計(jì)中合理考慮線路路徑，盡量使線路順直，在線路縱斷面設(shè)計(jì)中，盡量減少坡度起伏。長沙磁浮工程規(guī)劃設(shè)計(jì)線路直線段占比較大，利于列車保持勻速行駛節(jié)約能耗；因線路需下穿滬昆客專大橋，故該路段坡度起伏較大，規(guī)劃時(shí)充分利用該坡段使列車駛進(jìn)榔梨站時(shí)上坡，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能，一定程度上有利于減少能量消耗[2]。

圖1 長沙磁浮快線線路走向

2.2 牽引供電節(jié)能措施

長沙磁浮工程供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分散供電方式，無需對沿線電力設(shè)施進(jìn)行大量改造，節(jié)省了投資，兼顧能耗與工程投資的平衡。牽引供電系統(tǒng)采用DC1500V電壓等級，第三軌供電、第四軌回流的方式。全線設(shè)計(jì)7處牽引變電所，其中四座變電所建設(shè)在線路三個(gè)車站與車輛段中，區(qū)間變電所1、區(qū)間變電所2、區(qū)間變電所3均勻分布建設(shè)在線路旁，減少了建設(shè)量與線路損耗。在運(yùn)行時(shí)采取雙邊供電的方式對上下行線路進(jìn)行供電，因牽引網(wǎng)的損耗正比于流過牽引網(wǎng)電流的平方，在其余條件不變的情況下，牽引網(wǎng)的電能損耗僅為單邊供電時(shí)的1/4。

3 列車運(yùn)行控制節(jié)能措施

在磁浮列車運(yùn)行時(shí)，車體與軌道無接觸，運(yùn)行阻力較小，當(dāng)磁浮列車啟動(dòng)加速到一定速度時(shí)，就可長時(shí)間處于惰性狀態(tài)，惰行時(shí)間越長，平均能耗越低，但惰行太久便無法達(dá)到列車運(yùn)行時(shí)效要求[3]。

磁浮列車在一段只有最高運(yùn)營限速的平直路段運(yùn)行過程為：從0開始啟動(dòng)加速，當(dāng)速度到達(dá)當(dāng)前線路最高限速時(shí)，進(jìn)入惰行工況，當(dāng)速度惰行至預(yù)設(shè)速度下限時(shí)再次開始牽引加速，之后反復(fù)這一過程，直至臨近終點(diǎn)停車。在牽引加速與制動(dòng)減速的過程中所用的時(shí)間與能耗與速度上下限的設(shè)置有著密切的關(guān)系，運(yùn)營組織者可以根據(jù)實(shí)際客流量大小、運(yùn)營時(shí)間要求設(shè)置合理的速度上下限，當(dāng)下限為定值時(shí)，存在一個(gè)平均阻力最小的速度上限，使得列車運(yùn)行過程能耗最低；同時(shí)適當(dāng)提高列車運(yùn)行速度下限可提高平均速度，降低列車平均阻力，進(jìn)而節(jié)省運(yùn)行時(shí)間，降低運(yùn)營能耗。

4 車站空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施

車站設(shè)備管理用房空調(diào)采用一級能效變制冷劑流量多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)依據(jù)室內(nèi)負(fù)荷在不同轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)行，減少了因壓縮機(jī)頻繁啟停造成的能量損失；在制冷/制熱工況下，能效比COP隨頻率的降低而升高，由于壓縮機(jī)長時(shí)間工作在低頻區(qū)域，故系統(tǒng)的季節(jié)能效比SEER相對于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)大大提高；在室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度差值允許的情況下采用壓縮機(jī)低頻啟動(dòng)的方式，降低了啟動(dòng)電流，電氣設(shè)備將大大節(jié)能，同時(shí)避免了對其他用電設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊。

該多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)具有能自動(dòng)調(diào)節(jié)容量的特性，在系統(tǒng)初開機(jī)時(shí)室溫與設(shè)定溫度相差很大時(shí)，利用壓縮機(jī)高頻啟動(dòng)的方式，使室溫快速達(dá)到設(shè)定值，縮短室內(nèi)溫度不適的時(shí)間，之后系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)容量控制室溫在很小的范圍內(nèi)波動(dòng)，改善了室內(nèi)的舒適性；極少出現(xiàn)傳統(tǒng)空調(diào)在啟停壓縮機(jī)時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲，且室內(nèi)風(fēng)扇電機(jī)普遍采用直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，速度切換平滑，降低了室內(nèi)噪音水平。由于變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)比冷水機(jī)組的蒸發(fā)溫度高3 ℃左右，其COP值約提高10%。

5 照明系統(tǒng)節(jié)能措施

根據(jù)《城市軌道交通照明》(GB/T 16275—2008)要求，照明設(shè)計(jì)的照度標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 照度標(biāo)準(zhǔn)值

5.1 公共區(qū)域廣告照明對照度的影響

軌道交通車站站廳層沿車站兩側(cè)布置廣告照明，站臺(tái)層沿軌道兩側(cè)布置廣告照明。廣告照明對正常照明的增益達(dá)15%～30%。因此在設(shè)計(jì)中可將設(shè)計(jì)照度標(biāo)準(zhǔn)降低10%來計(jì)算正常照明的燈具用量，可節(jié)省一部分的燈具投資與照明能耗。

5.2 照明控制方式的節(jié)能

公共區(qū)工作照明與節(jié)電照明按照1∶1配置，將公共區(qū)劃分區(qū)域，利用BAS(Building Automation System：建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng))系統(tǒng)控制不同回路而形成照明的多種組合，可根據(jù)不同客流適當(dāng)調(diào)整照度，達(dá)到節(jié)能目的，并均衡照明燈具的點(diǎn)亮?xí)r間，延長燈具壽命。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，該照明控制方法可節(jié)能20%～25%。

5.3 照明設(shè)備的節(jié)能

軌道交通車站照明時(shí)間長，燈具數(shù)量多，日間為乘客出行提供自然光照的補(bǔ)充照明與廣告照明，夜間為前來車站進(jìn)行施工、維護(hù)的人員提供施工照明。相較于軌道交通車站照明以熒光燈為主的現(xiàn)狀，逐步更換為LED光源將有效的降低車站照明的能耗與燈具更換頻次，在燈具使用壽命、節(jié)能效果、環(huán)保性、響應(yīng)時(shí)間、人眼舒適度等方面LED燈具明顯優(yōu)于熒光燈[4]。

6 給排水及消防節(jié)能措施

規(guī)劃設(shè)計(jì)通過對車站消防泵組配置的優(yōu)化，既減少了設(shè)備初期投資，又降低了用電量；車輛段、控制中心、生活用水采用"市政水源——疊壓供水設(shè)備(穩(wěn)流罐)——加壓泵——高位水箱——用戶"的供水方式，系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、節(jié)水節(jié)電、自動(dòng)化程度高、操作控制便捷等特點(diǎn)。

磁浮線路沿線水資源豐富，全線車站附近均有市政給水管網(wǎng)，沿線管網(wǎng)壓力基本在0.2～0.3 MPa。直接采用市政管網(wǎng)供水不能滿足站內(nèi)消火栓系統(tǒng)的栓口壓力，消防供水需設(shè)專用加壓泵加壓來滿足；而生產(chǎn)、生活給水可通過放大管徑來達(dá)到節(jié)約能源、由市政直接供水的目的。

7 建筑節(jié)能

根據(jù)長沙夏熱冬冷的氣候特征，為了節(jié)能環(huán)保，站臺(tái)設(shè)置屏蔽門來防止冷熱氣散失；車站站廳層公共區(qū)和設(shè)備管理用房區(qū)域設(shè)置了可開啟窗，以達(dá)到采光通風(fēng)的目的；車站屋頂設(shè)置保溫隔熱層，站臺(tái)兩側(cè)均經(jīng)過計(jì)算在滿足采光、通風(fēng)、防雨、消防排煙、通透環(huán)境的前提下盡可能的減少開窗面積。

磁浮沿線車站與車輛段建筑門窗和玻璃幕墻均采用鍍膜玻璃、貼膜玻璃等遮陽型的玻璃系統(tǒng)，或采用中空玻璃，有效的起到隔熱的作用。

建筑設(shè)計(jì)方面采用節(jié)能、環(huán)保型材料，選擇簡潔、大方的裝修風(fēng)格，外墻顏色與線路特征色紅色保持一致，不做過多繁瑣、多余的裝飾；對車站的建筑布局進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，避免了空調(diào)通風(fēng)、照明及電梯因設(shè)計(jì)不合理造成的能源浪費(fèi)，同時(shí)對車站站內(nèi)管理用房、設(shè)備用房等設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化，合理布局，使占地面積盡可能的縮小，避免浪費(fèi)，達(dá)到了節(jié)省建設(shè)時(shí)的一次性投資、運(yùn)營時(shí)的運(yùn)營成本等目的。

8 控制節(jié)能

8.1 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行控制

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能與系統(tǒng)的運(yùn)行控制密切相關(guān)，在系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，采取合理的系統(tǒng)變頻措施或設(shè)備變頻、級數(shù)調(diào)節(jié)措施(如：冷卻塔的變頻調(diào)節(jié)措施，車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)不同運(yùn)營時(shí)段的級數(shù)調(diào)節(jié)，控制運(yùn)行臺(tái)數(shù)等)，不但可以較好的滿足運(yùn)營要求，也可以減少整個(gè)環(huán)控系統(tǒng)的電耗，具有很明顯的節(jié)能效果。

另一方面提高控制系統(tǒng)的軟件 部分自動(dòng)化功能，使運(yùn)行控制系統(tǒng)能自動(dòng)檢測環(huán)境相關(guān)的參數(shù)、空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)，將檢測的參數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，合理調(diào)節(jié)新風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，將車站環(huán)境空間的空氣參數(shù)調(diào)節(jié)到體感舒適狀態(tài)并達(dá)到節(jié)能的要求。

在機(jī)械通風(fēng)排熱的場所，通風(fēng)機(jī)設(shè)置溫度控制啟停，感應(yīng)場所溫度控制風(fēng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，以充分節(jié)省能耗與人工。

8.2 給排水設(shè)備節(jié)能運(yùn)行控制

設(shè)置給排水自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)控制給排水設(shè)備的起、停等運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到節(jié)約能源的目的。地面建筑采用變頻設(shè)備供水，用水量大時(shí)變頻設(shè)備升高運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，用水小時(shí)降低運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，與無變頻設(shè)備加壓泵恒頻運(yùn)行相比，可技能20%～30%。

8.3 BAS節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

BAS系統(tǒng)主要監(jiān)控各種傳感器參數(shù)，安全門、照明系統(tǒng)、自動(dòng)扶梯、給排水系統(tǒng)、設(shè)備室的溫濕度、車站事故照明等機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)，通過有針對性的對程序算法、控制邏輯進(jìn)行調(diào)整，可根據(jù)各傳感器傳回的參數(shù)參照設(shè)定的運(yùn)營模式對上述設(shè)備進(jìn)行集中操作，減少車站運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)用電器的能耗。

9 結(jié)語

設(shè)置長沙磁浮工程項(xiàng)目各系統(tǒng)在設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)均貫徹了節(jié)能設(shè)計(jì)理念，通過線路、列車運(yùn)行、牽引變電、空調(diào)、建筑、供水、控制等多方面采取節(jié)能措施和技術(shù)，為降低長沙磁浮快線的運(yùn)營成本做出了一定的貢獻(xiàn)，也可將上述措施推廣應(yīng)用至其他城市軌道交通領(lǐng)域，也期待有更多的企業(yè)參與到該領(lǐng)域的節(jié)能工作中來，更好的實(shí)現(xiàn)綠色出行、低碳出行的目標(biāo)。