我国大型铁路客站能耗特点及其影响因素研究

2012-07-24周皓华杨坤丽

四川建筑 2012年3期

周皓华，杨坤丽

(西南交通大学建筑学院，四川成都610031)

铁路客站是伴随铁路的诞生而产生的。一百多年来，随着铁路的发展，铁路客站的内涵及形式不断变化。随着客运站运输规模、服务质量和经济引擎功能的进一步提升，势必造成成客运站能耗的大幅增长。不同于其他大型公共建筑，大型铁路客站不仅“自变量”繁多，而且能耗巨大，舒适性要求不尽相同。对大型铁路客站能耗特点和能耗影响因素进行研究将有助于客站节能工作的展开，为降低客站运营能耗指明方向。

1 我国大型铁路客站能耗趋势

铁路客站是铁路行业的能耗大户。“十一五”期间，我国铁路结合客运专线和长大干线建设，拆建和改建一大批铁路客站，以满足铁路运输与城市发展需求，到2012年我国铁路营业里程将由现在的8×104km增加到11×104km以上，其中高速铁路达1.3×104km。与此相适应，到2012年，我国将建成804座现代化铁路客站[1]。随着客站规模的扩大和运输工作量的增加，生产性能耗势必随之剧增，如生产性用水、用电等。

另外，长期以来铁路客站由于其独特的运输技术优势，再加上我国经济发展区域结构失衡，始终呈现出供小于求的局面，造成客站服务水平跟不上经济发展步伐。随着国民经济的持续快速发展，尤其是各种运输方式之间的竞争日趋激烈，人们对客运的需求不再仅仅停留在技术水平，更重要的是服务水平上，这种要求尤其体现在具有城市交通枢纽功能的大型铁路客站上。随着客站服务质量特别是站房内部舒适度的提高，采暖空调、照明和电梯等设备能耗势必增加。

再有，现代铁路客站，特别是大型铁路客站扮演着越来越重要的城市经济引擎角色，对车站周边经济起到越来越多的拉动和整合作用，有朝着综合性交通枢纽发展的趋势，其势必带来的庞大的消费群体和更多的附加功能，相应的资源消费量和能耗规模势必增大。

因此，随着大型铁路客站运输规模、服务质量和经济引擎功能的进一步提升，势必造成更大的能耗，给城市的能源供给布局、容量等带来更大压力。

2 我国大型铁路客站能耗特点

2.1 我国铁路客站用能特点

我国铁路客站使用的能源主要有:电能、汽油、柴油、天然气、煤气、液化气、蒸汽、煤炭等。不同客站使用的能源类型不同，并且所占比重差异较大。从能耗结构而言，不同月份能耗不同，并且不同客运站差异较大;从能耗部门而言，主要集中在空调系统和照明系统。

2.2 我国大型铁路客站能耗特点

2.2.1 从与大型商业建筑的横向对比来看

大型铁路客站由于“自变量”繁多，功能复杂，相对其他类型的大型公共建筑而言，其能耗特点表现出诸多不同。表1是我国2007年不同地区大型铁路客站空调系统能耗调查结果。

表1 各地区大型铁路客站空调能耗值[2]

《2007中国建筑节能年度发展报告》报道我国商场类建筑年能耗密度在200～300 kW·h/(m2·a)之间[2]。可以看出大型铁路客站仅空调能耗一项就超过了其他各类大型商业建筑各项能耗的总和。究其原因，主要有:

(1)客站的运行模式与商业建筑的不同。比如商场，只是在白天和部分晚上营业，而客运站一天中空调的运行时间要长很多，有时甚至是24 h不间断运行。

(2)客站是大空间建筑，建筑层高远远大于人员活动区域的高度。该特点使得客站建筑室内空调能耗远远大于工作区域的空调能耗。而商业建筑的高度相对而言要小很多，因此其空调能耗要比客运站的小很多。

(3)客站为了追求站内通透开阔，站房建筑外围护结构幕墙面积所占比例往往很大。另外，屋顶出于站房大跨度结构承重考虑，多为轻质材料。这样就造成了站房外表皮保温隔热性能不佳，能量损失严重。

(4)客站的客流比商业建筑的复杂。建筑空调能耗的主要部分是新风能耗与人员能耗，客站的人流量是所有公共建筑里面最大的，且其复杂的人流特点也使客运站空调系统找不出明显的年能耗高低峰，全年能耗都很大。而商业建筑的人流量要比客站的小很多，且简单很多，可估算出空调能耗的高峰期出现在夏季，全年的能耗并不是很大，比较集中在高峰期阶段。

(5)大量车辆和设备带来的废热。在客站建筑中，会有车辆和机械设备运行时所产生的废热。另外，含有地下设施的大型铁路客站，其地下轨道交通存在长期运行时产生的不易散发的土壤热等特殊的微气候特征。

当然客站作为大型公共建筑同样具备其他公共建筑的一般特点，例如建筑设备自动化、办公自动化、通信现代化等，同时作为交通枢纽也具有其自身的特殊性，比如大空间、高窗墙比、人员流动量大、照明系统复杂等。而这些特殊性都会在一定程度上增加室内的空调采暖负荷，也就增加了对能源的消耗。

2.2.2 从客站自身纵向比较来看

统计资料表明铁路客站建筑单位面积能耗随地域的变化差异不大，而与其体量和规模有关。尤其是当单栋面积超过20 000 m2，并且采用中央空调时，其单位建筑面积能耗是普通的不采用中央空调的能耗的数倍，并且其用能的特点和存在的主要问题也于一般规模的客站建筑不同。而本文所研究的大型铁路客站体量和规模都很大，面积几乎都超过20 000 m2，一般都采用了中央空调系统，如表2所示。

表2 大型铁路客站站房建筑面积及空调系统

3 我国大型铁路客站能耗影响因素分析

大型铁路客站能耗主要集中在中央空调和照明，对空调和照明系统的能耗组成和能耗影响因素的分析便是客站能耗分析的主要内容。分析能耗组成和影响因素的目的在于为实施节能提供依据，从而更有针对性的组建节能措施。在建立节能措施时应重点把握能耗主要影响因素，为客站节能找准方向，并获取最大空间。

大型铁路客站一般都采用中央空调系统，全年使用频次高，特别是冬夏两季，使用时间长，能耗巨大。空调负荷由建筑传热、日射负荷、内部负荷、新风负荷及其他负荷组成。从热量的传递上说，无非就是从建筑外部热量输入、建筑表皮抵御外部热量传递、建筑内部热量散发这三方面着手考虑空调系统能耗问题。从具体能耗影响因素来看，其主要因素有室外气候、室内设计温度、新风标准、人员密度、灯具照明功率、空调设备功率、围护结构，其中围护结构因素主要包括墙体结构、屋面结构、窗户结构、窗墙比、遮阳系数。当然，不同地区、不同季节同一因素对空调系统能耗影响程度肯定会不同，分析不同条件下影响客运站空调能耗的各项因素，得出其主次地位，方能更好地指导空调节能。

相对空调能耗而言照明能耗影响因素要简单一些，与季节和人流密度关系不大。客站照明的主要使用部门是候车室和站台，影响能耗的关键是照明功率密度和站房自然采光。照明功率密度LDP是指单位面积上照明安装功率(包括光源、镇流器或变压器)。一个照明空间的受照面积是一定的，空间内总照明功率与照明功率密度成正比。LDP值越小，总功率越小，就越节能;LDP越大，总功率越大，就越耗能。自然采光在客站中的采用比比皆是，采光面积、采光部位、选用材料、构造做法等都会对采光效果造成影响，进而影响到室内照明能耗。值得注意的是，自然采光会对室内空调制冷和采暖产生一定的影响，要权衡好两者的关系。

4 我国大型铁路客站节能建议

针对大型铁路客站的能耗特点，通过对其能耗组成和能耗影响因素的分析，可以从建筑单体的被动适应、设备系统的优化处理和充分利用可再生能源三个方面考虑大型铁路客站的节能，相关建议如下。

4.1 建筑朝向的选择和体型系数的控制

对于新建和改建的铁路客站，站房的朝向对节能十分重要，同样平面形状的站房、南北向比东西向负荷少，相同面积情况下，主朝向面越大，倾向越明显，故站房应尽量采取南北朝向。

建筑物外表面积越小，冷(热)负荷越小，故站房形状应尽可能采用外表面小的圆形或方形。体型系数控制的要点是:(1)站房平面的宽度与深度之比不宜过大，长宽比适宜;(2)增加站房层数，减少占地面积;(3)站房的外形不宜变化过多，应尽可能简洁，减少凹凸与错落。对于已建车站这些方面很难落实，对于改扩建和新建车站可以按照这样指导设计和建造。