杭州地铁车站节能现状与举措

胡杭杰， 严亚骏

(杭州地铁集团有限责任公司运营分公司， 杭州 310000)

杭州地铁车站节能现状与举措

胡杭杰， 严亚骏

(杭州地铁集团有限责任公司运营分公司， 杭州 310000)

随着轨道交通行业的快速发展，如何降低地铁车站设备耗能问题逐渐成为轨道交通运营单位研究的热点。首先，结合杭州地铁运营分公司现阶段所采用的新型节能设备和节能管理措施，探讨车站耗电量较大的空调通风系统、照明系统和电扶梯系统的优化方法。最后提出，在非运营时间用多联式空调机组代替冷水机组为小系统供冷，公共区域照明采用智能照明系统和灯具，根据客流量的不同限制站外电梯的开启时间和“人走灯灭”的管理模式优化节能管理。通过优化前后的设备耗电量对比，说明优化方案有效降低了车站设备耗能，为同行业的节能研究提供了一定的参考依据。

杭州地铁； 耗电量； 照明； 节能

随着我国城市化进程的加快，城市地面交通拥堵不断加剧，发展以轨道交通为骨干，常规公交为主体的公共交通系统是发达国家解决交通问题的成功经验，也是我国各大城市解决交通问题的必经之路[1]。轨道交通是耗电大户，如何有效挖潜降耗使轨道交通真正成为绿色交通工具已成为行业研究热点[2]。杭州地铁三期规划已经获批，至2022年，杭州将拥有10条地铁线路及多条城际轨道线路(见图1)，总里程近500 km[3]，故采用新型节能设备和管理方 法对 降低运营成本和节约能源具有重要意义。以杭州地铁2、4号线全部车站近两年耗电数据为基础，结合其他地铁运营管理经验，对地铁车站的能耗点分布、节能设备和管理措施等方面进行探讨。

图1 杭州地铁三期规划Fig.1 The third-phase planning of Hangzhou Metro

1 车站主要能耗点分析

城市轨道交通电能消耗主要分布在牵引用电和动力照明用电两处，据杭州地铁运营分公司能耗报告显示：2016年2、4号线全年总耗电约7 758万kWh，其中牵引用电占41%，车站动力照明用电占58%。车站动力照明用电用于为车站提供良好的乘车环境和维持车站的正常运转，主要由以下几个系统构成[4]：

1) 通风空调系统，主要包括大系统、小系统、水系统和隧道通风系统，主要用电包括冷水机组、组合式空调机组、回/排风机、和水泵等。通风空调系统用电量占运营总耗电量的25%～35%。

2) 车站照明系统，主要包括：应急照明、公共区域照明、设备和管理用房照明、导向照明、出入口照明、安全照明和广告灯箱照明。车站照明系统用电量占运营总耗电量的15%左右。

3) 电扶梯系统，主要包括垂直电梯和自动扶梯两大设备，约占运营总耗电量的9%～13%。

车站设备设计标准为30年后的远期[5]，而杭州地铁目前正处于初期运营的3～5年，客流量比远期小，高低峰客流量变化较大，故车站的机电设备有很大的节能潜力。

2 车站设备节能技术措施

2.1 空调通风系统

2.1.1 多联式空调系统

在空调过渡季节，部分重要设备机房(如信号、通信等)因设备散热导致室内温度过高，需提前开启冷水机组对小系统供冷；在空调季节，非运营期间站内一些设备及管理用房仍需开启冷水机组。冷水机组的功率普遍偏大，耗电量大，其能效比值高于多联式空调系统(VRV)，但传统冷水机组均为二次换热，相较VRV而言换热效率低，且VRV系统具有功率较小，能灵活控制不同区域的温度，有效节约电能的优势[6]。

以杭州地铁4号线景芳站(标准站)为例，其小系统冷水机组的总功率为124 kW，与其供冷区域相同的一套多联式空调机组的总功率仅为50.4 kW。2016年7月21—31日，期间的21：00至第2天9：00，景芳站采用冷水机组为小系统供冷，日耗电量约为1 072 kWh；2016年8月1—10日(期间环境温度与7月份测试时间接近)，期间的21：00至第2天9：00，景芳站采用多联式空调机组为小系统供冷，日耗电量约为412 kWh。计算可得：在使用VRV的情况下，每个标准站在1个空调季节将节电超过11.6万kWh，约合9.8万元人民币，节能效率为50%左右。同时，在空调过渡季节VRV设备能够缩短冷水机组的开启时间，减少机组的损耗，延长机组的使用寿命，故杭州地铁运营分公司在后期线路的规划中增加了VRV设备的配置，同时在2号线东南段完成了VRV设备的改造工作，总投资约300万元人民币，预计2年内可回收成本。

2.1.2 蒸发式冷水机组

杭州地铁初期采用冷却塔式冷水机组为空调机组提供7℃冷冻水，不仅占用了有限的地面资源，且噪声和“飞水”对周围的居民、商铺和景观有一定的影响[7]。在4号线东南段首次采用整体式蒸发式冷水机组(见图2)，该机组将冷却水系统和压缩机组集成在冷冻机房中，在解决冷却塔占地问题的同时，具有高效、稳定和安装维护方便的优势[8]。

图2 蒸发式冷水机组Fig.2 Evaporative chiller

冷水机组的制冷效率不仅体现在压缩机本身的制冷效率，同时还需考虑其配套设备(冷冻泵、冷却泵和冷却塔风机)的总效率，现统计杭州地铁2、4号线车站冷水机组总功率和系统能效系数如表1所示(由于冷却塔风机有2种工作状态，故总功率分2组数据)。

表1 冷却塔式与蒸发式冷水机组能效系数

可以看出，在满负载运行时，总功率接近的蒸发式冷水机组的能效系数略大于冷却塔式冷水机组的能效系数。在实际运行状态下，冷水机组负载为70%左右，此时冷却塔式冷水机组的冷却泵、冷冻泵和风机均在额定功率下运行，而蒸发式冷水机组的风机则在变频状态下运行，故在实际运行中蒸发式冷水机组的能效因子将比冷却塔式冷水机组的能效因子大，即蒸发式冷水机组在制冷量相同的情况下比冷却塔式冷水机组更节能。

2.1.3 变频器

运营初期，客流量起伏较大，同时一年四季和一天之内气温变化较大，若车站通风系统按照额定功率运行将造成极大的浪费，且站内温度过低也将影响乘客的舒适度。对于风机，负载消耗的能量与电机转速的3次方成正比，采用变频器控制车站大系统风机的运行状态。根据运营经验，大部分运营时间内回/排风机频率在30 Hz左右时，车站内环境达到动态平衡，根据节能率公式计算可得[9]，频率在30 Hz时风机的节能率为78.4%。据杭州地铁4号线车站运营能耗数据显示，标准站的风机在变频状态下运行相比在额定功率状态下运行，1年大约能节省电能23.8万kWh，同时风机的故障率也相对较低。

2.2 照明系统

照明控制进程主要经历了人工控制、时序控制和自动调光控制3个阶段。在地铁建设初期大多采用人工控制的方式，完全取决于人们主观判断，容易造成能源浪费和照度不足的现象。随着计算机技术的发展智能照明系统逐渐以其控制灵活、反应迅速、节约能源的优势取代了手动照明系统[10]。

杭州地铁2号线东南段车站公共区域均采用36 W的普通照明灯具，以标准站为例，公共区域灯具总数为724盏，即公共区域照明灯具总功率为26.1 kW。4号线则选用了相同功率的智能照明灯具，能够灵活地根据车站照明需求调节灯具亮度，有效节约能源。以4号线的景芳站为例，平峰模式(40%亮度)就能满足全天公共区域的照明要求，平均每年比2号线标准站中非智能照明系统可节约电能9.4万kWh(按运营时间18 h计算)，根据能耗数据计算，采用智能照明系统后，车站照明用电节省了50%左右。同时，杭州地铁集团七堡车辆段裙楼也采用了智能照明系统，大大降低了电能的损耗[11]。基于该系统灵活的控制模式和节能优势，现已将该系统推广至后期线路的规划中。

3 车站设备节能管理措施

3.1 优化车站设备开关流程

3.1.1 通风与空调

2016年2月1日至5月31日，杭州地铁4号线进行通风季节大系统节能模式测试，测试采用“单送单排”模式，关闭大系统50%的送、排风机。测试结果显示，节能模式能够满足通风季节车站的环控指数要求，同时对比2015年同时期的动力、照明用电量，该模式下每月能够有效降低动照电量4.8%左右，调度部将继续实施该节能模式(见图3)。

图3 4号线节能模式下动力、照明电量对比Fig.3 Comparison of power and lighting consumption in energy-saving mode of Line 4

3.1.2 设备房照明

减少管理用房和设备房照明。设备房在无人状态时关闭正常照明，只开启应急照明；管理用房无人时，必须关闭正常照明灯。标准站1年节省电能3.2万kWh，2、4号线2016年共节省电能63.7万kWh。

3.1.3 电扶梯

对出入口电扶梯实施单向低客流时间段停机的方式运营。根据客流量集中在早晚高峰的规律，2号线东南段和4号线首通段进站电扶梯大部分只在早晚高峰(7：00—9：30、下午16：30—19：00)开启，车站扶梯工作处于节能模式，与之前全天候开启相比，每年节能约电能75.34万kWh。

3.2 完善耗能计量系统的安装

通过合理设置电能计量装置，实现能耗数据的分类、分项、分户统计，为后续节能减排措施提供数据支持。技术人员可准确了解各系统的能耗态势，以便整体评价和分析各系统的能耗情况，方便技术人员提出有针对性的节能建议。

4 结语

综上所述，随着越来越多新的智能节能设备的涌现和使用，大量减少了地铁车站耗电；节能管理办法改变了车站部分设备的运行模式，能有效减少地铁车站动力照明能耗。随着地铁线路的不断增加，节能形式也愈来愈紧迫，作为运营方更应该利用自身优势，大胆尝试新设备，探索出新的节能道路。

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(编辑：郝京红)

Improving Energy Efficiency in Hangzhou Metro Station

HU Hangjie, YAN Yajun

(Operation Branch, Hangzhou Metro Group Co., Ltd., Hangzhou 310000)

With the rapid development of metro industry, how to reduce the energy consumption of station equipment has become hotspot research topic for the operation branch of urban rail transit. The air-conditioning system, lighting system and elevator system are the top energy consumers in a metro station. The optimization method of these systems is discussed, by taking Hangzhou as an example, in terms of new energy-saving equipment and management. It is suggested that multi-type air-conditioning unit instead of cold water unit should be used at non-operation time for cooling. Intelligent lighting systems and lamps should be installed in public areas. Elevators outside the station should be operated strictly in line with the passenger flows of the station. Besides, lights should be automatically turned off without passengers. Compared with that before the optimization method is used, the optimized energy consumption is more efficient.Keywords： Hangzhou Metro; power consumption; lighting; saving energy

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.03.019

2017-03-30

2017-05-03

胡杭杰，男，本科，助理工程师，设施保障部专业工程师，主要从事轨道交通自动化专业与节能管理，huhangjie@hzmetro.com

U231.1

A

1672-6073(2017)03-0098-04