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浅析轨道交通建筑能耗分析及节能措施

文章更新时间:2023-10-24 点击量:362

摘要:面对城市轨道交通的能耗增长,优化地铁站建设、降低运营能耗是促进公共交通可持续发展的必由之路。通风空调系统能耗占比大,节能潜力大。以上海第一条绿色地铁项目的实践经验为例,在分析地铁能耗性能、影响因素和应用效果的基础上,提出了相对有效的节能措施,为后续地铁能效提升方案提供了明确的工作方向。


关键字:地铁站;能源消耗;通风空调系统;节能


引言

21世纪以来,随着中国经济实力的快速增长和城市化建设的快速发展,中国城市发展规模的扩大和城市人口的急剧增加,对城市基础设施的要求不断提高。面对国家加快节能降碳发展的目标,公共交通系统节能减排意义深远。

在世界范围内,我国城市轨道交通的快速发展和规模都是罕见的。特别是近五年来,我国城轨交通发展迅速,运营线路长度逐年直线上升。据统计,截至2020年底,mainlandChina共有40个城市开通了城市轨道交通运营,共有7978.19公里的运营线路。其中,地铁运营线路长度占79%,占显著重要地位。从地铁交通份额和逐年上升趋势不难总结出来,我国城市交通发展是一种以地铁为方向,协调多条线路发展的模式。就整体能耗表现而言,目前轨道交通总能耗为94亿kWh,约占全国总能耗的1.7‰,预计未来年耗电量将达到400亿度,占全国未来总耗电量的500亿度。‰上述温室气体总排放量达到14%,仅次于建筑行业。地铁节能的必要性毋庸置疑,无论是从绿色低碳的发展要求,还是从降低城市运营成本的角度。轨道交通系统整体能耗指标不断增加,在轨道交通运行过程中消耗能源的主要形式是电能。数据显示,2020年我国城轨交通总能耗为172.4亿千瓦时,比去年同期增长12.9%。

根据地铁用电负荷的统计分析,能耗和用电量主要分布在列车牵引用电和车站内各种动力设备用电方面,包括通风设备、自动扶梯、照明和控制设备。在车站所有机电设备中,通风空调系统的能耗约占总能耗的70%,因此牵引供电和通风空调系统设备具有很大的节能潜力,是节能工作的方向。

从整个生命周期的角度来看,分析城市轨道交通的能耗特征和系统的能耗是节能优化的前提,也是实施节能效益的基础。为了获得实际效益,建筑设施和系统设备的节能措施应根据线路的实际运行情况、系统设计、设备采用和控制等因素进行综合分析和有效实施管理。

以上海地铁为例,为了实现绿色地铁贡献节能减排的“乘客效应"目标,方案规划前,通过对实际能耗情况的调查,对不同线路和车站的用电差异进行了分析,总结了不同车站类型、建筑面积、系统运行管理与整体能耗性能的相关性。此外,还从数据分析入手,开展了有针对性的地铁节能工作,对节能技术应用的实际效益进行了对比分析,从而在节能减排工作系统中寻求有效突破大量能耗。总的来说,地铁的能耗主要表现为每个系统的能耗差异明显,时间隔和区域分布不平衡。


1轨道交通的能耗特征

通过对已投入运行的地铁线路能耗数据的分析,可以看出地铁系统运行的基本能耗特征。轨道交通能耗的时间分布在考虑当地客观气候特征和公共交通需求响应的基础上,与公众出行时间基本一致。轨道交通环境控制系统的设计考虑了当地天气、车站客流、运行负荷等因素,并在设计中留有余量。冷冻泵、冷却泵、冷却水机组、风扇、空调等环境控制系统设备长期满负荷运行,往往导致能耗大。总的来说,地铁占用的时间和能耗的比例是不平衡的。

自始至终,上海地铁率xian提出“打造绿色地铁"的目标,基于构建由“管理保障、专项规划、规程规范、专项技术"四大体系组成的节能减排工作体系。上海地铁标准站的机电系统包括给排水、环境通风、动力照明设备等。其中,作为主要能源使用的环境控制系统包括:车站公共区域空调、通风系统(以下简称大系统);车站区间排热系统(以下简称排热系统);活塞通风、机械通风(兼排烟)系统(简称隧道通风系统);空调、通风(兼排烟)系统(以下简称小系统)用于车站设备和管理;空调器冷冻水系统(简称水系统)。全封闭站台门系统统一采用通风空调系统,并按站台门一步设计。大小系统合用车站设置的集中冷源,均采用水冷螺杆式冷水机组。冷冻水系统采用变频变水封闭循环系统,分水器分别供应公共区域组合式空调机组和管理室空气处理机组。系统末端设备配有电动两通调节阀,具有动态压力平衡能力,冷冻水量和冷冻水供回干管或集水器和分水器之间设置的电动压差旁通阀可根据负载变化进行调节。

为了实现与其他同类型车站相比,新标准车站建筑的综合节能率超过15%的目标,在分析先行示范车站实践的基础上,规范系统设计的节能措施主要针对系统设备的选择和自动控制的应用。站台设置采用风水联动空调系统,有效降低车站空调运行能耗。同时,LED照明和智能照明控制系统配备全线,在降低光污染的同时,在降低能耗方面取得了显著成效。

与城市其他交通运营模式相比,地铁站有一个低能耗的手表;但是它的建筑和系统规模都很大,导致地铁站的能耗在整个城市的能耗中占有很大的比重。地铁站的运营用电量可以达到可变成本的30%以上,因此有必要实施有针对性的有效控制措施,以降低能耗,提高运营效率。


2地铁站节能措施

鉴于车站环境控制系统的构成和能源消耗因素的影响,在总结其他建筑节能优化和应用效益的经验的基础上,针对不同系统采取相应有效的节能措施,其节能效益仍然非常显著。

首先,在照明系统方面,减少不必要的照明(例如,在保证安全的前提下,哑光材料的反光涂料可以减少长条灯带的设置),选择LED节能灯。同时,通过自动感应控制,单独照明系统的节能性能对比基本节能要求可达50%以上,平均节能率可达30%以上。因此,根据实际使用情况,大力采用节能灯结合布局,制定合理的相关照明指标要求,是地铁照明系统节能有效的策略。

由于平台建筑的特殊性,考虑到设计规范的要求,空调系统送风温差的设置要略有改善,既避免了系统结露的发生,又在实际使用中取得了令人满意的结果。合理适度地提高送风温差,尽可能减少送风量,降低系统能耗的上限是从根本上提高能效的手段。平台通风空调系统的设计是为了满足运行过程中客流条件下的需求,但在实际运行过程中,客流往往达不到设计值状态,因此可以根据需要对大系统的变频装置进行风量控制和风量控制。

在采用有效空调设备的同时,实施风水联调控制也是降低空调能耗的重要策略。车站通风空调系统形式复杂。一是设备多,设备相互交叉,难以实现系统独立控制的设计预期。基于系统效率原则,考虑到负荷对冷量的需求变化,全局动态协调模式的风水系统联动控制可以很好地保证不同情况下通风系统的稳定运行性能。实验站的实际研究表明,风水变频控制的引用大大降低了车站运行的整体能耗和运行成本,大大提高了空调季节车站通风系统的节能率30%以上。

另外,在车站长期运行过程中,节能电梯与高性能电气设备的高比例应用也有相当大的节能贡献。


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4结语

关注地铁总体能耗比例较大的通风空调的节能,是地铁节能实施的要点。实际了解车站具体的环境因素,确定合理的室内设计参数值,是提升能效的重要前提。在采用节能设备的同时,各系统根据情况变化相应地调节其运行状况,是优化系统能耗的关键所在。

本文通过分析上海地铁 18 号线一期车站建筑能耗表现与节能措施的效果,总结了地跌主要节能措施的应 用,为今后地铁节能优化工作给予参考。面对不同的车站类型、站台规模、运行模式和客流特征等因素,仍然需要通过分析研究及实际调研的方法,结合包括建筑设计、土建技术、结构创新及室内环境质量等因素,实现地铁更优的能效表现。




参考文献

[1] 姚尧.轨道交通建筑能耗分析及节能措施

[2] 穆广友、李晓龙、尹黎明,黄海界,地铁车站照明系统能耗分析及节能对策, U231.91.

[3] 曾逸婷、赵蕾,地铁车站环境热与通风空调系统节能策略研究进展 .

[4] 王晓保、杨欣、袁立新,地铁车站空调实施风水联动控制技术节能效果分析 .

[5] 企业微电网设计与应用手册2022.05版.