長沙磁浮工程中部分節能技術的應用

夏再祎

(湖南節能評價技術研究中心， 湖南 長沙 410083)

1 引言

長沙磁浮工程線路自長沙南站東廣場北側引出，延勞動路南側走行7.1 km至黃興大道交叉前轉向北上跨勞動路，下穿滬昆客專，沿黃興大道走行1.1 km至機場高速公路折向東上跨黃興大道東半副車道，延機場高速公路南側走行，過收費站后上跨機場高速公路，延公路匝道接入位于T1、T2航站樓連廊處的磁浮機場站，線路長度18.55 km。全線設置三個車站，分別是火車南站、榔梨站、黃花機場站，預留會展站和汽車城站。

長沙磁浮工程于2014年5月16日正式開工，于2015年下半年建成，同年12月26日開始試運行，并于2016年5月6日正式投入載客試運營。磁浮列車采用3輛編組的方式，最大載客量為363人，設計最高速度可達100 km/h。在試運營中，列車計劃以60 km/h的速度前行，最高速度達到80 km/h，從長沙南站至長沙黃花機場T2航站樓全程運行時間為19 min30 s[1]。

節能是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針，也是當前極為緊迫的任務。十屆全國人大四次會議通過了我國的第十一個五年規劃，首次提出了要將節約資源作為基本國策，發展循環經濟，保護生態環境，加快建設資源節約型、環境友好型社會，促進經濟發展與人口、資源、環境相協調。城市軌道交通系統電能消耗巨大，節能降耗是運營單位節省成本的重要手段，更是實現軌道交通高效、便捷、廉價出行宗旨的重要保證。本文就長沙磁浮工程中線路、車站、建筑、控制等方面介紹工程設計建設中所采用的部分節能措施與技術。

2 線路及牽引供電節能措施

2.1 線路節能

在設計中合理考慮線路路徑，盡量使線路順直，在線路縱斷面設計中，盡量減少坡度起伏。長沙磁浮工程規劃設計線路直線段占比較大，利于列車保持勻速行駛節約能耗；因線路需下穿滬昆客專大橋，故該路段坡度起伏較大，規劃時充分利用該坡段使列車駛進榔梨站時上坡，將動能轉化為勢能，一定程度上有利于減少能量消耗[2]。

圖1 長沙磁浮快線線路走向

2.2 牽引供電節能措施

長沙磁浮工程供電系統設計采用分散供電方式，無需對沿線電力設施進行大量改造，節省了投資，兼顧能耗與工程投資的平衡。牽引供電系統采用DC1500V電壓等級，第三軌供電、第四軌回流的方式。全線設計7處牽引變電所，其中四座變電所建設在線路三個車站與車輛段中，區間變電所1、區間變電所2、區間變電所3均勻分布建設在線路旁，減少了建設量與線路損耗。在運行時采取雙邊供電的方式對上下行線路進行供電，因牽引網的損耗正比于流過牽引網電流的平方，在其余條件不變的情況下，牽引網的電能損耗僅為單邊供電時的1/4。

3 列車運行控制節能措施

在磁浮列車運行時，車體與軌道無接觸，運行阻力較小，當磁浮列車啟動加速到一定速度時，就可長時間處于惰性狀態，惰行時間越長，平均能耗越低，但惰行太久便無法達到列車運行時效要求[3]。

磁浮列車在一段只有最高運營限速的平直路段運行過程為：從0開始啟動加速，當速度到達當前線路最高限速時，進入惰行工況，當速度惰行至預設速度下限時再次開始牽引加速，之后反復這一過程，直至臨近終點停車。在牽引加速與制動減速的過程中所用的時間與能耗與速度上下限的設置有著密切的關系，運營組織者可以根據實際客流量大小、運營時間要求設置合理的速度上下限，當下限為定值時，存在一個平均阻力最小的速度上限，使得列車運行過程能耗最低；同時適當提高列車運行速度下限可提高平均速度，降低列車平均阻力，進而節省運行時間，降低運營能耗。

4 車站空調系統節能措施

車站設備管理用房空調采用一級能效變制冷劑流量多聯空調系統。系統依據室內負荷在不同轉速下連續運行，減少了因壓縮機頻繁啟停造成的能量損失；在制冷/制熱工況下，能效比COP隨頻率的降低而升高，由于壓縮機長時間工作在低頻區域，故系統的季節能效比SEER相對于傳統空調系統大大提高；在室內溫度與設定溫度差值允許的情況下采用壓縮機低頻啟動的方式，降低了啟動電流，電氣設備將大大節能，同時避免了對其他用電設備和電網的沖擊。

該多聯空調系統具有能自動調節容量的特性，在系統初開機時室溫與設定溫度相差很大時，利用壓縮機高頻啟動的方式，使室溫快速達到設定值，縮短室內溫度不適的時間，之后系統自動調節容量控制室溫在很小的范圍內波動，改善了室內的舒適性；極少出現傳統空調在啟停壓縮機時所產生的振動噪聲，且室內風扇電機普遍采用直流無刷電機驅動，速度切換平滑，降低了室內噪音水平。由于變頻多聯空調系統比冷水機組的蒸發溫度高3 ℃左右，其COP值約提高10%。

5 照明系統節能措施

根據《城市軌道交通照明》(GB/T 16275—2008)要求，照明設計的照度標準見表1。

表1 照度標準值

5.1 公共區域廣告照明對照度的影響

軌道交通車站站廳層沿車站兩側布置廣告照明，站臺層沿軌道兩側布置廣告照明。廣告照明對正常照明的增益達15%～30%。因此在設計中可將設計照度標準降低10%來計算正常照明的燈具用量，可節省一部分的燈具投資與照明能耗。

5.2 照明控制方式的節能

公共區工作照明與節電照明按照1∶1配置，將公共區劃分區域，利用BAS(Building Automation System：建筑設備自動化系統)系統控制不同回路而形成照明的多種組合，可根據不同客流適當調整照度，達到節能目的，并均衡照明燈具的點亮時間，延長燈具壽命。根據經驗值，該照明控制方法可節能20%～25%。

5.3 照明設備的節能

軌道交通車站照明時間長，燈具數量多，日間為乘客出行提供自然光照的補充照明與廣告照明，夜間為前來車站進行施工、維護的人員提供施工照明。相較于軌道交通車站照明以熒光燈為主的現狀，逐步更換為LED光源將有效的降低車站照明的能耗與燈具更換頻次，在燈具使用壽命、節能效果、環保性、響應時間、人眼舒適度等方面LED燈具明顯優于熒光燈[4]。

6 給排水及消防節能措施

規劃設計通過對車站消防泵組配置的優化，既減少了設備初期投資，又降低了用電量；車輛段、控制中心、生活用水采用"市政水源——疊壓供水設備(穩流罐)——加壓泵——高位水箱——用戶"的供水方式，系統具有運行穩定可靠、節水節電、自動化程度高、操作控制便捷等特點。

磁浮線路沿線水資源豐富，全線車站附近均有市政給水管網，沿線管網壓力基本在0.2～0.3 MPa。直接采用市政管網供水不能滿足站內消火栓系統的栓口壓力，消防供水需設專用加壓泵加壓來滿足；而生產、生活給水可通過放大管徑來達到節約能源、由市政直接供水的目的。

7 建筑節能

根據長沙夏熱冬冷的氣候特征，為了節能環保，站臺設置屏蔽門來防止冷熱氣散失；車站站廳層公共區和設備管理用房區域設置了可開啟窗，以達到采光通風的目的；車站屋頂設置保溫隔熱層，站臺兩側均經過計算在滿足采光、通風、防雨、消防排煙、通透環境的前提下盡可能的減少開窗面積。

磁浮沿線車站與車輛段建筑門窗和玻璃幕墻均采用鍍膜玻璃、貼膜玻璃等遮陽型的玻璃系統，或采用中空玻璃，有效的起到隔熱的作用。

建筑設計方面采用節能、環保型材料，選擇簡潔、大方的裝修風格，外墻顏色與線路特征色紅色保持一致，不做過多繁瑣、多余的裝飾；對車站的建筑布局進行了合理設計，避免了空調通風、照明及電梯因設計不合理造成的能源浪費，同時對車站站內管理用房、設備用房等設施進行優化，合理布局，使占地面積盡可能的縮小，避免浪費，達到了節省建設時的一次性投資、運營時的運營成本等目的。

8 控制節能

8.1 空調通風系統節能運行控制

空調通風系統節能與系統的運行控制密切相關，在系統安全穩定運行的情況下，采取合理的系統變頻措施或設備變頻、級數調節措施(如：冷卻塔的變頻調節措施，車站隧道通風系統不同運營時段的級數調節，控制運行臺數等)，不但可以較好的滿足運營要求，也可以減少整個環控系統的電耗，具有很明顯的節能效果。

另一方面提高控制系統的軟件 部分自動化功能，使運行控制系統能自動檢測環境相關的參數、空調系統的設備參數，將檢測的參數進行相關計算，合理調節新風、空調系統的運行狀態，將車站環境空間的空氣參數調節到體感舒適狀態并達到節能的要求。

在機械通風排熱的場所，通風機設置溫度控制啟停，感應場所溫度控制風機自動運行，以充分節省能耗與人工。

8.2 給排水設備節能運行控制

設置給排水自動監控系統，自動控制給排水設備的起、停等運行狀態，達到節約能源的目的。地面建筑采用變頻設備供水，用水量大時變頻設備升高運轉頻率，用水小時降低運轉頻率，與無變頻設備加壓泵恒頻運行相比，可技能20%～30%。

8.3 BAS節能優化設計

BAS系統主要監控各種傳感器參數，安全門、照明系統、自動扶梯、給排水系統、設備室的溫濕度、車站事故照明等機電設備的狀態，通過有針對性的對程序算法、控制邏輯進行調整，可根據各傳感器傳回的參數參照設定的運營模式對上述設備進行集中操作，減少車站運行時的各項用電器的能耗。

9 結語

設置長沙磁浮工程項目各系統在設計建設時均貫徹了節能設計理念，通過線路、列車運行、牽引變電、空調、建筑、供水、控制等多方面采取節能措施和技術，為降低長沙磁浮快線的運營成本做出了一定的貢獻，也可將上述措施推廣應用至其他城市軌道交通領域，也期待有更多的企業參與到該領域的節能工作中來，更好的實現綠色出行、低碳出行的目標。