绿色建筑理念在地铁节能设计中的应用简述

2017-03-10林永鹏

环球市场 2017年11期

关键词：车体车站能耗

林永鹏

辽宁省交通规划设计院有限责任公司

绿色建筑理念在地铁节能设计中的应用简述

林永鹏

辽宁省交通规划设计院有限责任公司

地铁节能应从规划阶段深入考虑，而不应仅仅局限于选择节能高效的设备，应更多从规划阶段重视线路规划，在设计阶段做好节能设计，在运营阶段做好运营组织，全面提高车辆的满载率，从而降低地铁的单位能耗。本文笔者对绿色建筑理念在地铁节能设计中的应用进行了分析探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

绿色建筑理念，地铁节能设计，应用

1 地铁系统能耗构成

根据地铁项目特点，地铁在运行中使用的能源品种为电和天然气，主要耗能工质为水。1)电，地铁系统用电主要为地铁车辆牵引用电和车站、区间隧道、车辆段与综合基地、控制中心的动力照明用电。地铁系统用电能耗主要由列车和车站运营能耗两部分构成，其中列车运行能耗占总能耗的40%～50%，通风空调能耗占25%～35%，电扶梯能耗占10%～14%，此3项能耗之和占到了地铁总能耗的90%，因此，列车运行、通风空调、电扶梯的节能应是重点关注的方面。2)天然气，车辆段或停车场生活食堂及锅炉房作为燃料使用。3)水，项目运行生产、生活用水。

2 规划层面的节能

2.1 提高地铁利用率

根据有关资料，地铁的单位能耗只有公交车的50%，小汽车的6%。对于尚未建设地铁的城市，从交通结构来看，主要出行方式为小汽车、公交巴士、自行车及步行，从能耗消耗种类来看，主要能耗为汽油和柴油。地铁线路建设完成后，由于交通方式的变化，部分出行者选择轨道交通，能源的消耗方式也由汽油、柴油转变成电力消耗。根据客流预测，研究近、远期某市轨道交通线路日均发送乘客分别为47.05，81.49万人，近、远期平均运距为分别为8.27，7.83km。根据规划可以预测，如不修建地铁，运量将转移到其他方式。提高地铁在城市交通中的分担率，应做好地铁的交通衔接，调整公交线路及停靠站，真正做到公交与地铁的无缝衔接;合理规划地铁站点周边的停车配套，对主城区外部分具备条件的站点设置P+ R，为小汽车客流乘坐地铁出行提供便利;合理设置自行车停车场，方便周边居民乘坐地铁出行;同时应进一步加强舆论宣传，加大对地铁出行准时、快捷、绿色环保等优势的突出宣传，使广大市民愿意更多地乘坐地铁出行，从而为地铁分担率的不断提高创造有利条件。

2.2 提高地铁车辆满载率

提高地铁车辆的满载率，可以降低地铁单位能耗。当满载率达到100%时，地铁单位能耗仅为满载率10%时的15%。根据图2中单位能耗的变化规律来看，当满载率由10%增长至20%时，单位能耗降低了约50%，因此满载率超过20%可有较好的效果。综合考虑乘客舒适度和满载率，满载率达到100%时，车辆内乘客站立密度将达到6 人/m2，普遍认为站立密度为3～6人/m2时兼顾了舒适度和经济效益，单位能耗也较低。综合来看，平均满载率应超过20%，高峰小时满载率应超过60%，才能实现较低的单位能耗。因此，地铁节能应从根本做起，规划好线路，针对不同时期的客流量，配置合理数量的车辆，从而保证地铁车辆满载率在合理范围内，以实现节能。

2.3 选择合适的敷设方式

线路方案中的线路敷设方式对能耗的影响最大，地上车站通常采用自然通风和自然采光方式，地上车站比地下车站减少了通风空调和照明能耗。从建设过程来看，地下车站的能耗也远大于高架车站，因此在用地规划条件允许的情况下，采用适当的消声屏障，应更多地考虑采用地上车站以节约能源。从轨道交通建筑工程费用来看，地下车站是地上车站的3倍多，因此在建设过程中，地下车站的能源消费量远大于地上车站;根据轨道交通设备系统选型可以估算出南方某城市地上车站和地下车站的年耗电量分别为：90万kW·h/站和452.31万kW·h/站，可见，在运营过程中地下车站的能源消费量远大于地上车站。

3 车辆节能

3.1 减轻车辆自重

根据国内外地铁车辆车体采用不锈钢和铝合金的实践经验，地铁车辆耐候钢车体自重为9～10t，不锈钢车体自重为6～7t，铝合金车体自重为4～5t。如果以耐候钢车体自重为基准，则不锈钢车体可减轻自重30%左右，铝合金车体可减轻自重50%左右。因此，铝合金车体轻量化效果比不锈钢车体更明显些。由于车辆自重的减轻，减少了列车牵引和制动时产生的热量和粉尘，也减轻了隧道的温升和污染;轮轨磨耗也相应减少，可节省一定数量的维修费用;改善了列车运行品质，提高了运行速度，缩短了制动距离，减少了振动和噪声等。同时，车辆自重的减轻可减少列车能耗，据统计，车辆能耗约为0.06kW·h/(t·km)。值得注意的是，车体自重的增加将引起车辆单位能耗的提高，而自重不变载重增加时车辆的车公里能耗是增加的，但车辆的单位能耗是降低的。

3.2 实现再生制动

电气制动可实现再生制动，将车辆动能回馈至牵引网，供相邻车辆吸收。根据经验，地铁再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的20%～40%，甚至更多。与电阻制动相比，再生制动节能的效果显著。但再生电能并不是都能被其他牵引车辆吸收，剩余部分则消耗在车辆制动电阻上并转变为热能散发到空气中，其结果是加速了隧道的温升。因此，选择合适的再生制动能量吸收装置也很重要。采用再生制动能量吸收装置以后，当处于再生制动工况下的列车产生的制动电流不能完全被其他车辆和本车的用电设备吸收时，线路上设置的再生制动能量吸收装置立即投入工作，可吸收多余的再生电流，使车辆再生电流持续稳定，以最大限度地发挥电制动性能。目前，常用的吸收装置包括电容储能装置、逆变回馈型装置、电阻吸收装置，电容储能装置和逆变回馈型装置均有很好的节能作用。