綠色建筑理念在地鐵節能設計中的應用簡述

林永鵬

遼寧省交通規劃設計院有限責任公司

綠色建筑理念在地鐵節能設計中的應用簡述

林永鵬

遼寧省交通規劃設計院有限責任公司

地鐵節能應從規劃階段深入考慮，而不應僅僅局限于選擇節能高效的設備，應更多從規劃階段重視線路規劃，在設計階段做好節能設計，在運營階段做好運營組織，全面提高車輛的滿載率，從而降低地鐵的單位能耗。本文筆者對綠色建筑理念在地鐵節能設計中的應用進行了分析探討，希望對相關從業人員具有借鑒意義。

綠色建筑理念，地鐵節能設計，應用

1 地鐵系統能耗構成

根據地鐵項目特點，地鐵在運行中使用的能源品種為電和天然氣，主要耗能工質為水。1)電，地鐵系統用電主要為地鐵車輛牽引用電和車站、區間隧道、車輛段與綜合基地、控制中心的動力照明用電。地鐵系統用電能耗主要由列車和車站運營能耗兩部分構成，其中列車運行能耗占總能耗的40%～50%，通風空調能耗占25%～35%，電扶梯能耗占10%～14%，此3項能耗之和占到了地鐵總能耗的90%，因此，列車運行、通風空調、電扶梯的節能應是重點關注的方面。2)天然氣，車輛段或停車場生活食堂及鍋爐房作為燃料使用。3)水，項目運行生產、生活用水。

2 規劃層面的節能

2.1 提高地鐵利用率

根據有關資料，地鐵的單位能耗只有公交車的50%，小汽車的6%。對于尚未建設地鐵的城市，從交通結構來看，主要出行方式為小汽車、公交巴士、自行車及步行，從能耗消耗種類來看，主要能耗為汽油和柴油。地鐵線路建設完成后，由于交通方式的變化，部分出行者選擇軌道交通，能源的消耗方式也由汽油、柴油轉變成電力消耗。根據客流預測，研究近、遠期某市軌道交通線路日均發送乘客分別為47.05，81.49萬人，近、遠期平均運距為分別為8.27，7.83km。根據規劃可以預測，如不修建地鐵，運量將轉移到其他方式。提高地鐵在城市交通中的分擔率，應做好地鐵的交通銜接，調整公交線路及停靠站，真正做到公交與地鐵的無縫銜接;合理規劃地鐵站點周邊的停車配套，對主城區外部分具備條件的站點設置P+ R，為小汽車客流乘坐地鐵出行提供便利;合理設置自行車停車場，方便周邊居民乘坐地鐵出行;同時應進一步加強輿論宣傳，加大對地鐵出行準時、快捷、綠色環保等優勢的突出宣傳，使廣大市民愿意更多地乘坐地鐵出行，從而為地鐵分擔率的不斷提高創造有利條件。

2.2 提高地鐵車輛滿載率

提高地鐵車輛的滿載率，可以降低地鐵單位能耗。當滿載率達到100%時，地鐵單位能耗僅為滿載率10%時的15%。根據圖2中單位能耗的變化規律來看，當滿載率由10%增長至20%時，單位能耗降低了約50%，因此滿載率超過20%可有較好的效果。綜合考慮乘客舒適度和滿載率，滿載率達到100%時，車輛內乘客站立密度將達到6 人/m2，普遍認為站立密度為3～6人/m2時兼顧了舒適度和經濟效益，單位能耗也較低。綜合來看，平均滿載率應超過20%，高峰小時滿載率應超過60%，才能實現較低的單位能耗。因此，地鐵節能應從根本做起，規劃好線路，針對不同時期的客流量，配置合理數量的車輛，從而保證地鐵車輛滿載率在合理范圍內，以實現節能。

2.3 選擇合適的敷設方式

線路方案中的線路敷設方式對能耗的影響最大，地上車站通常采用自然通風和自然采光方式，地上車站比地下車站減少了通風空調和照明能耗。從建設過程來看，地下車站的能耗也遠大于高架車站，因此在用地規劃條件允許的情況下，采用適當的消聲屏障，應更多地考慮采用地上車站以節約能源。從軌道交通建筑工程費用來看，地下車站是地上車站的3倍多，因此在建設過程中，地下車站的能源消費量遠大于地上車站;根據軌道交通設備系統選型可以估算出南方某城市地上車站和地下車站的年耗電量分別為：90萬kW·h/站和452.31萬kW·h/站，可見，在運營過程中地下車站的能源消費量遠大于地上車站。

3 車輛節能

3.1 減輕車輛自重

根據國內外地鐵車輛車體采用不銹鋼和鋁合金的實踐經驗，地鐵車輛耐候鋼車體自重為9～10t，不銹鋼車體自重為6～7t，鋁合金車體自重為4～5t。如果以耐候鋼車體自重為基準，則不銹鋼車體可減輕自重30%左右，鋁合金車體可減輕自重50%左右。因此，鋁合金車體輕量化效果比不銹鋼車體更明顯些。由于車輛自重的減輕，減少了列車牽引和制動時產生的熱量和粉塵，也減輕了隧道的溫升和污染;輪軌磨耗也相應減少，可節省一定數量的維修費用;改善了列車運行品質，提高了運行速度，縮短了制動距離，減少了振動和噪聲等。同時，車輛自重的減輕可減少列車能耗，據統計，車輛能耗約為0.06kW·h/(t·km)。值得注意的是，車體自重的增加將引起車輛單位能耗的提高，而自重不變載重增加時車輛的車公里能耗是增加的，但車輛的單位能耗是降低的。

3.2 實現再生制動

電氣制動可實現再生制動，將車輛動能回饋至牽引網，供相鄰車輛吸收。根據經驗，地鐵再生制動產生的反饋能量一般為牽引能量的20%～40%，甚至更多。與電阻制動相比，再生制動節能的效果顯著。但再生電能并不是都能被其他牽引車輛吸收，剩余部分則消耗在車輛制動電阻上并轉變為熱能散發到空氣中，其結果是加速了隧道的溫升。因此，選擇合適的再生制動能量吸收裝置也很重要。采用再生制動能量吸收裝置以后，當處于再生制動工況下的列車產生的制動電流不能完全被其他車輛和本車的用電設備吸收時，線路上設置的再生制動能量吸收裝置立即投入工作，可吸收多余的再生電流，使車輛再生電流持續穩定，以最大限度地發揮電制動性能。目前，常用的吸收裝置包括電容儲能裝置、逆變回饋型裝置、電阻吸收裝置，電容儲能裝置和逆變回饋型裝置均有很好的節能作用。

4 結論

綜上所述，綠色建筑理念理念的貫徹還需要有制度和規范的保證，地鐵系統亟須建立健全“綠色地鐵”的認證體系，從而可推動地鐵系統全壽命周期的節能、節材、節地、節水，更好地實現經濟效益、社會效益和環境效益的統一。

[1]住房和城鄉建設部.綠色建筑評價標準：GB/T50378—2014[S].北京：中國建筑工業出版社，2014：2-10.

[2]住房和城鄉建設部科技發展促進中心.綠色建筑評價技術指南[M].北京：中國建筑工業出版社，2010：1-18.