摘要：面對城市軌道交通的能耗增長，優(yōu)化地鐵站建設(shè)、降低運(yùn)營能耗是促進(jìn)公共交通可持續(xù)發(fā)展的必由之路。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗占比大，節(jié)能潛力大。以上海第一條綠色地鐵項目的實踐經(jīng)驗為例，在分析地鐵能耗性能、影響因素和應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上，提出了相對有效的節(jié)能措施，為后續(xù)地鐵能效提升方案提供了明確的工作方向。

關(guān)鍵字：地鐵站；能源消耗；通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能

引言

21世紀(jì)以來，隨著中國經(jīng)濟(jì)實力的快速增長和城市化建設(shè)的快速發(fā)展，中國城市發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)大和城市人口的急劇增加，對城市基礎(chǔ)設(shè)施的要求不斷提高。面對國家加快節(jié)能降碳發(fā)展的目標(biāo)，公共交通系統(tǒng)節(jié)能減排意義深遠(yuǎn)。

在世界范圍內(nèi)，我國城市軌道交通的快速發(fā)展和規(guī)模都是罕見的。特別是近五年來，我國城軌交通發(fā)展迅速，運(yùn)營線路長度逐年直線上升。據(jù)統(tǒng)計，截至2020年底，mainlandChina共有40個城市開通了城市軌道交通運(yùn)營，共有7978.19公里的運(yùn)營線路。其中，地鐵運(yùn)營線路長度占79%，占顯著重要地位。從地鐵交通份額和逐年上升趨勢不難總結(jié)出來，我國城市交通發(fā)展是一種以地鐵為方向，協(xié)調(diào)多條線路發(fā)展的模式。就整體能耗表現(xiàn)而言，目前軌道交通總能耗為94億kWh，約占全國總能耗的1.7‰，預(yù)計未來年耗電量將達(dá)到400億度，占全國未來總耗電量的500億度。‰上述溫室氣體總排放量達(dá)到14%，僅次于建筑行業(yè)。地鐵節(jié)能的必要性毋庸置疑，無論是從綠色低碳的發(fā)展要求，還是從降低城市運(yùn)營成本的角度。軌道交通系統(tǒng)整體能耗指標(biāo)不斷增加，在軌道交通運(yùn)行過程中消耗能源的主要形式是電能。數(shù)據(jù)顯示，2020年我國城軌交通總能耗為172.4億千瓦時，比去年同期增長12.9%。

根據(jù)地鐵用電負(fù)荷的統(tǒng)計分析，能耗和用電量主要分布在列車牽引用電和車站內(nèi)各種動力設(shè)備用電方面，包括通風(fēng)設(shè)備、自動扶梯、照明和控制設(shè)備。在車站所有機(jī)電設(shè)備中，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占總能耗的70%，因此牽引供電和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備具有很大的節(jié)能潛力，是節(jié)能工作的方向。

從整個生命周期的角度來看，分析城市軌道交通的能耗特征和系統(tǒng)的能耗是節(jié)能優(yōu)化的前提，也是實施節(jié)能效益的基礎(chǔ)。為了獲得實際效益，建筑設(shè)施和系統(tǒng)設(shè)備的節(jié)能措施應(yīng)根據(jù)線路的實際運(yùn)行情況、系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備采用和控制等因素進(jìn)行綜合分析和有效實施管理。

以上海地鐵為例，為了實現(xiàn)綠色地鐵貢獻(xiàn)節(jié)能減排的“乘客效應(yīng)"目標(biāo)，方案規(guī)劃前，通過對實際能耗情況的調(diào)查，對不同線路和車站的用電差異進(jìn)行了分析，總結(jié)了不同車站類型、建筑面積、系統(tǒng)運(yùn)行管理與整體能耗性能的相關(guān)性。此外，還從數(shù)據(jù)分析入手，開展了有針對性的地鐵節(jié)能工作，對節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的實際效益進(jìn)行了對比分析，從而在節(jié)能減排工作系統(tǒng)中尋求有效突破大量能耗?？偟膩碚f，地鐵的能耗主要表現(xiàn)為每個系統(tǒng)的能耗差異明顯，時間隔和區(qū)域分布不平衡。

1軌道交通的能耗特征

通過對已投入運(yùn)行的地鐵線路能耗數(shù)據(jù)的分析，可以看出地鐵系統(tǒng)運(yùn)行的基本能耗特征。軌道交通能耗的時間分布在考慮當(dāng)?shù)乜陀^氣候特征和公共交通需求響應(yīng)的基礎(chǔ)上，與公眾出行時間基本一致。軌道交通環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)計考慮了當(dāng)?shù)靥鞖?、車站客流、運(yùn)行負(fù)荷等因素，并在設(shè)計中留有余量。冷凍泵、冷卻泵、冷卻水機(jī)組、風(fēng)扇、空調(diào)等環(huán)境控制系統(tǒng)設(shè)備長期滿負(fù)荷運(yùn)行，往往導(dǎo)致能耗大?？偟膩碚f，地鐵占用的時間和能耗的比例是不平衡的。

自始至終，上海地鐵率xian提出“打造綠色地鐵"的目標(biāo)，基于構(gòu)建由“管理保障、專項規(guī)劃、規(guī)程規(guī)范、專項技術(shù)"四大體系組成的節(jié)能減排工作體系。上海地鐵標(biāo)準(zhǔn)站的機(jī)電系統(tǒng)包括給排水、環(huán)境通風(fēng)、動力照明設(shè)備等。其中，作為主要能源使用的環(huán)境控制系統(tǒng)包括:車站公共區(qū)域空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)(以下簡稱大系統(tǒng))；車站區(qū)間排熱系統(tǒng)(以下簡稱排熱系統(tǒng))；活塞通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)(兼排煙)系統(tǒng)(簡稱隧道通風(fēng)系統(tǒng))；空調(diào)、通風(fēng)(兼排煙)系統(tǒng)(以下簡稱小系統(tǒng))用于車站設(shè)備和管理；空調(diào)器冷凍水系統(tǒng)(簡稱水系統(tǒng))。全封閉站臺門系統(tǒng)統(tǒng)一采用通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，并按站臺門一步設(shè)計。大小系統(tǒng)合用車站設(shè)置的集中冷源，均采用水冷螺桿式冷水機(jī)組。冷凍水系統(tǒng)采用變頻變水封閉循環(huán)系統(tǒng)，分水器分別供應(yīng)公共區(qū)域組合式空調(diào)機(jī)組和管理室空氣處理機(jī)組。系統(tǒng)末端設(shè)備配有電動兩通調(diào)節(jié)閥，具有動態(tài)壓力平衡能力，冷凍水量和冷凍水供回干管或集水器和分水器之間設(shè)置的電動壓差旁通閥可根據(jù)負(fù)載變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。

為了實現(xiàn)與其他同類型車站相比，新標(biāo)準(zhǔn)車站建筑的綜合節(jié)能率超過15%的目標(biāo)，在分析先行示范車站實踐的基礎(chǔ)上，規(guī)范系統(tǒng)設(shè)計的節(jié)能措施主要針對系統(tǒng)設(shè)備的選擇和自動控制的應(yīng)用。站臺設(shè)置采用風(fēng)水聯(lián)動空調(diào)系統(tǒng)，有效降低車站空調(diào)運(yùn)行能耗。同時，LED照明和智能照明控制系統(tǒng)配備全線，在降低光污染的同時，在降低能耗方面取得了顯著成效。

與城市其他交通運(yùn)營模式相比，地鐵站有一個低能耗的手表；但是它的建筑和系統(tǒng)規(guī)模都很大，導(dǎo)致地鐵站的能耗在整個城市的能耗中占有很大的比重。地鐵站的運(yùn)營用電量可以達(dá)到可變成本的30%以上，因此有必要實施有針對性的有效控制措施，以降低能耗，提高運(yùn)營效率。

2地鐵站節(jié)能措施

鑒于車站環(huán)境控制系統(tǒng)的構(gòu)成和能源消耗因素的影響，在總結(jié)其他建筑節(jié)能優(yōu)化和應(yīng)用效益的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對不同系統(tǒng)采取相應(yīng)有效的節(jié)能措施，其節(jié)能效益仍然非常顯著。

首先，在照明系統(tǒng)方面，減少不必要的照明(例如，在保證安全的前提下，啞光材料的反光涂料可以減少長條燈帶的設(shè)置)，選擇LED節(jié)能燈。同時，通過自動感應(yīng)控制，單獨照明系統(tǒng)的節(jié)能性能對比基本節(jié)能要求可達(dá)50%以上，平均節(jié)能率可達(dá)30%以上。因此，根據(jù)實際使用情況，大力采用節(jié)能燈結(jié)合布局，制定合理的相關(guān)照明指標(biāo)要求，是地鐵照明系統(tǒng)節(jié)能有效的策略。

由于平臺建筑的特殊性，考慮到設(shè)計規(guī)范的要求，空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫差的設(shè)置要略有改善，既避免了系統(tǒng)結(jié)露的發(fā)生，又在實際使用中取得了令人滿意的結(jié)果。合理適度地提高送風(fēng)溫差，盡可能減少送風(fēng)量，降低系統(tǒng)能耗的上限是從根本上提高能效的手段。平臺通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計是為了滿足運(yùn)行過程中客流條件下的需求，但在實際運(yùn)行過程中，客流往往達(dá)不到設(shè)計值狀態(tài)，因此可以根據(jù)需要對大系統(tǒng)的變頻裝置進(jìn)行風(fēng)量控制和風(fēng)量控制。

在采用有效空調(diào)設(shè)備的同時，實施風(fēng)水聯(lián)調(diào)控制也是降低空調(diào)能耗的重要策略。車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)形式復(fù)雜。一是設(shè)備多，設(shè)備相互交叉，難以實現(xiàn)系統(tǒng)獨立控制的設(shè)計預(yù)期?；谙到y(tǒng)效率原則，考慮到負(fù)荷對冷量的需求變化，全局動態(tài)協(xié)調(diào)模式的風(fēng)水系統(tǒng)聯(lián)動控制可以很好地保證不同情況下通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行性能。實驗站的實際研究表明，風(fēng)水變頻控制的引用大大降低了車站運(yùn)行的整體能耗和運(yùn)行成本，大大提高了空調(diào)季節(jié)車站通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能率30%以上。

另外，在車站長期運(yùn)行過程中，節(jié)能電梯與高性能電氣設(shè)備的高比例應(yīng)用也有相當(dāng)大的節(jié)能貢獻(xiàn)。

3 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。

（3）平臺結(jié)構(gòu)

（4）平臺功能

電力集抄；變壓器監(jiān)控；配電圖；能耗分析；能耗概況；預(yù)付費管理

預(yù)付費看板；充電樁管理；智能照明；安全用電；智慧消防

（5）系統(tǒng)硬件配置

4結(jié)語

關(guān)注地鐵總體能耗比例較大的通風(fēng)空調(diào)的節(jié)能，是地鐵節(jié)能實施的要點。實際了解車站具體的環(huán)境因素，確定合理的室內(nèi)設(shè)計參數(shù)值，是提升能效的重要前提。在采用節(jié)能設(shè)備的同時，各系統(tǒng)根據(jù)情況變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)其運(yùn)行狀況，是優(yōu)化系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵所在。

本文通過分析上海地鐵 18 號線一期車站建筑能耗表現(xiàn)與節(jié)能措施的效果，總結(jié)了地跌主要節(jié)能措施的應(yīng) 用，為今后地鐵節(jié)能優(yōu)化工作給予參考。面對不同的車站類型、站臺規(guī)模、運(yùn)行模式和客流特征等因素，仍然需要通過分析研究及實際調(diào)研的方法，結(jié)合包括建筑設(shè)計、土建技術(shù)、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量等因素，實現(xiàn)地鐵更優(yōu)的能效表現(xiàn)。

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