低碳環(huán)保技術(shù)在交通樞紐客站中的應(yīng)用

趙建華，杜 爽

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

從哥本哈根到達(dá)沃斯,從政治博弈到全球經(jīng)濟(jì)利益競爭,低碳經(jīng)濟(jì)與綠色發(fā)展已經(jīng)成為世界的焦點(diǎn)。來自中國的聲音：到2020年,使單位國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)二氧化碳排放比2005年下降40%到45%。在20世紀(jì)70年代,當(dāng)全球性的能源危機(jī)和環(huán)保問題凸現(xiàn)以后,鐵路運(yùn)輸以其大運(yùn)量、低能耗、高環(huán)保、全天候、安全等優(yōu)勢在一些發(fā)達(dá)國家再次獲得了發(fā)展機(jī)遇。日本、法國、德國等國的高速鐵路相繼建成,由此也建成了許多新型的鐵路客站站房。與以前客站相比,這些新型客站站房在站址的選擇上更加注重與城市道路、城市軌道交通、公路、航空、水運(yùn)等交通設(shè)施的結(jié)合,形成了更為完備的綜合交通體系,鐵路客站已經(jīng)發(fā)展成為綜合交通樞紐中的重要組成部分。

從2003年開始,鐵路大型綜合交通樞紐的建設(shè)在國內(nèi)真正興起。新觀念、新技術(shù)在大型樞紐鐵路客站中的系統(tǒng)研究和集成運(yùn)用,使其與以往客站形式發(fā)生了根本的變化,令人耳目一新。北京南站、天津東站、南京站、武漢站、廣州東站、上海虹橋站等正是這一時(shí)期的代表作品。

國內(nèi)外現(xiàn)代綜合交通樞紐的現(xiàn)狀和發(fā)展表明,交通樞紐的最基本特點(diǎn)是功能多元化和空間集約化。綜合交通樞紐是若干運(yùn)輸體系的集成,其集鐵路、公交、地鐵、輕軌、出租車和私家車為一體,形成聯(lián)系緊密、運(yùn)作高效的交通體系。

綜合交通樞紐是城市設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃的重要組成,也是城市功能的新體現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)“一體化設(shè)計(jì)”的目標(biāo),通過綜合客站與城市建設(shè)的一體化,來使客站與城市功能聯(lián)系更加緊密,實(shí)現(xiàn)空間、形態(tài)的相互滲透與融合；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同運(yùn)營商之間的資源共享,由此創(chuàng)造了新的城市空間。綜合交通樞紐的綜合性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

其一，交通功能方面,將地鐵、公交車、出租車和私家車等交通設(shè)施引入到鐵路車站內(nèi)部,成為城市公共交通的整合處,便于與市內(nèi)其他區(qū)域的連接形成,方便旅客換乘；

其二，城市功能方面,突出城市功能的多樣性,集商業(yè)、娛樂業(yè)、辦公、文化業(yè)等多種城市功能于一體,能有效地匯聚人流,成為市民城市生活中的日常交流場所。傳統(tǒng)鐵路客站建筑與綜合交通樞紐功能比較見表1。

表1 傳統(tǒng)鐵路客站建筑與綜合交通樞紐功能比對(duì)

大型綜合交通樞紐與城市的關(guān)系是相互影響相互帶動(dòng)的,例如：虹橋綜合交通樞紐建成后,周邊的城市用地及其商業(yè)價(jià)值得到迅速的攀升,與此同時(shí),周邊用地的開發(fā)也會(huì)給樞紐帶來更大的客流,甚至包括本應(yīng)服務(wù)于樞紐的城市軌道交通等設(shè)施也要分擔(dān)周邊非樞紐客流的壓力。例如：上海虹橋綜合交通樞紐集航空、鐵路、高速磁懸浮為一體(圖1),同時(shí)是滬杭高速鐵路的起點(diǎn)站,匯集上海城市軌道2號(hào)線、10號(hào)線、13號(hào)線,同時(shí)還預(yù)留了2條地鐵軌道。在城市高速鐵路方面,目前從浦東到虹橋的磁懸浮鐵路已貫通,同時(shí),還考慮修建滬杭磁懸浮鐵路線。加上配套的公路系統(tǒng)及虹橋航空港,虹橋綜合交通樞紐將成為鐵路、高速公路和航空3種交通方式融合一體,突出鐵路客站與航空港兩大對(duì)外交通功能的現(xiàn)代化客運(yùn)中心和綜合交通樞紐。

新建站房共3個(gè)主要層面(圖2)：地下一層、站臺(tái)層和高架層。地下三層(地鐵5、17號(hào)線站臺(tái)層)和地下二層(地鐵2、10、青浦線)的土建工程大部分位于鐵路站房下,形成立體交通模式,對(duì)于分離不同類型流線、節(jié)約城市土地、縮短旅客步行距離、增加城市立體景觀有著顯著效果。

圖1 上海虹橋站交通示意

圖2 上海虹橋站剖面

結(jié)合換乘面的步行系統(tǒng),設(shè)置大型步行商業(yè)區(qū),包含精品店、特色餐飲、文化娛樂、旅游休閑等各類商業(yè)服務(wù)設(shè)施,滿足到達(dá)、出發(fā)旅客，中轉(zhuǎn)旅客的商業(yè)購物、娛樂休閑等需求。

由此可見,從城市規(guī)劃的角度考慮,建設(shè)綜合交通樞紐是集約使用土地,整合城市交通空間的有力手段。綜合交通樞紐使城市交通與鐵路交通之間的無縫銜接成為可能,讓人們的出行更高效、安全和舒適。對(duì)城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)的和諧具有積極的作用。

為了實(shí)現(xiàn)集約化的特殊的客站建筑空間,設(shè)計(jì)中采取一系列的先進(jìn)技術(shù)和手段,如大型客站綜合交通樞紐規(guī)劃技術(shù)、大型綜合交通樞紐客流組織技術(shù)、交通及客流組織關(guān)鍵技術(shù)、房橋合一結(jié)構(gòu)體系、超大空間結(jié)構(gòu)技術(shù)、性能化消防設(shè)計(jì)技術(shù)等。

同時(shí),作為低碳時(shí)代的產(chǎn)物,設(shè)計(jì)中采取了一系列多專業(yè)、綜合的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。以建成的北京南站、天津站和上海虹橋交通樞紐為例,說明這些關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

1 室內(nèi)外空間設(shè)計(jì)技術(shù)

圖3 北京南站站臺(tái)雨篷的通風(fēng)采光

在綜合交通樞紐車站內(nèi)部大量引入陽光、空氣、綠化,改善公共空間質(zhì)量。北京南站力求通過建筑手段的處理改善車站內(nèi)部光環(huán)境。屋面及雨棚上的天窗,通透的玻璃幕墻和設(shè)置于高架層與站臺(tái)層的采光天井,可以將自然的日光引入到車站室內(nèi)、站臺(tái)上和地下空間內(nèi)(圖3)。天窗和幕墻采用具有隔熱性能的玻璃,并設(shè)遮陽設(shè)施,以隔絕夏日過多的太陽輻射和紫外線。

北京南站高架候車廳跨度約190 m,為了使下方站臺(tái)具有親切的自然光環(huán)境,在高架層樓面上設(shè)置了南北向條形采光窗(圖4),讓光線能夠間接照入站臺(tái),同樣原因在站臺(tái)面上設(shè)置長方形采光窗,可以讓光線照到地下一層(最終由于多種原因未能全部實(shí)現(xiàn)),節(jié)約能源的同時(shí)豐富了室內(nèi)空間效果。

圖4 北京南站站臺(tái)采光

2 建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)

北京南站的建筑節(jié)能是從前期規(guī)劃和建筑方案設(shè)計(jì)本身入手的。首先,采用橢圓形建筑形式,易于控制體型系數(shù),減少建筑暴露在室外環(huán)境中的表皮面積；其次,建筑的朝向?yàn)槟掀珫|42°,且主要房間均避開冬季最多頻率風(fēng)向(北向、北西向)和夏季最大日射朝向(西向)。

幕墻系統(tǒng)：北京南站主站房采用玻璃幕墻與石材幕墻相結(jié)合的設(shè)計(jì),作為維護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足節(jié)能保溫要求,作為站房的門面應(yīng)該滿足美觀需要。嚴(yán)格控制窗墻比限值≤0.70。幕墻玻璃采用low-e中空玻璃幕墻,具有較好的保溫隔熱性能。西向和東向均設(shè)置了一定的遮陽百頁。高架層石材幕墻還采用了復(fù)合墻體設(shè)計(jì)方法。外墻的綜合傳熱系數(shù)控制在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)。

屋面系統(tǒng)：北京南站屋面面積約7萬m2,大面積采用了直立鎖邊系統(tǒng)屋面,保溫層采用150 mm厚玻璃棉,下襯壓型鋼板。屋面鋁鎂錳合金板的板與板之間緊密扣合,屋面沒有螺釘外露,其良好呼吸系統(tǒng)可以保證屋面保溫層正常發(fā)揮作用,屋頂中央采光帶的面積比例為0.30,采用雙層中空Low-e玻璃,其間巧妙地運(yùn)用太陽能光電板的遮陽作用,同時(shí)利用彩釉玻璃本身的遮陽隔熱性能,達(dá)到綜合遮陽的效果。

北京南站外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工指標(biāo)的限值均在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi),根據(jù)規(guī)范相關(guān)條文,判定為節(jié)能公共建筑設(shè)計(jì)。

3 建筑聲環(huán)境設(shè)計(jì)技術(shù)

北京南站的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)主要研究建筑結(jié)構(gòu)外墻幕墻隔聲；車站屋頂及天窗隔聲性能研究；車站高架候車大廳及車站站臺(tái)層等混響時(shí)間控制；車站站臺(tái)層噪聲傳播； 機(jī)電設(shè)備的噪聲及振動(dòng)控制； 分隔車站站臺(tái)層及高架候車大廳采光玻璃等的噪聲傳播；隔絕機(jī)房噪聲與機(jī)房墻身隔聲性能。

玻璃幕墻的隔聲設(shè)計(jì)主要基于對(duì)交通噪聲的分析結(jié)果和估算地面的活動(dòng)噪聲程度來完成。北京南站高架候車大廳體積巨大,不能滿足上述一般性指標(biāo)的應(yīng)用條件。因此,參照香港國際機(jī)場客運(yùn)大樓及北京首都國際機(jī)場三號(hào)航站樓的情況,對(duì)大廳吊頂造吸聲處理,盡量減低混響時(shí)間,再配合擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì),以滿足語言擴(kuò)聲清晰度指標(biāo)；雨棚下部空間為半開放設(shè)計(jì),雨棚高度較大,參照國家地下鐵路車站指標(biāo)及香港地鐵九龍站站臺(tái)情況,混響時(shí)間不高于2 s(500 Hz),再配合擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì),以滿足語言擴(kuò)聲清晰度指標(biāo)；車站站臺(tái)層噪聲源主要包括列車進(jìn)出進(jìn)入站臺(tái)之軌道噪聲、列車?yán)鋮s系統(tǒng)排氣風(fēng)機(jī)噪聲、公共廣播揚(yáng)聲器聲和活動(dòng)噪聲等。列車為主噪聲源,較其他噪聲源大,因此以列車聲源為依據(jù)進(jìn)行隔聲設(shè)計(jì)。采取的主要隔聲措施為：

站臺(tái)行人區(qū)：吊頂天花吸聲板采用最小25%沖孔鋁合金板或金屬通管(Tubeline Ceiling)后,加最小厚度50 mm吸聲玻璃棉(32 kg/m3)外包黑色絲布。

軌行軌區(qū)上方：預(yù)留空間(最小100 mm)做吸聲處理,滿足最小吸聲系數(shù)值。

站臺(tái)軌行區(qū)側(cè)墻：預(yù)留空間(最小100 mm)做吸聲處理,滿足最小吸聲系數(shù)值。

對(duì)于從地下室設(shè)備間、機(jī)械樓層設(shè)備間傳出的噪聲主要利用適當(dāng)?shù)母袈晧透袈曢T進(jìn)行隔聲,隔聲墻在STC40～55。

對(duì)北京南站內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行隔振處理,采用彈簧隔振器加1層橡膠的隔振材料,以隔絕固體聲的傳播。

4 減振降噪技術(shù)

“房橋合一”的結(jié)構(gòu)技術(shù),解決了大型交通樞紐軌道層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難題,為創(chuàng)造綜合性交通空間提供了技術(shù)支持,同時(shí)也為建筑帶來了列車振動(dòng)的問題。例如：上海虹橋鐵路客站自上而下分為高架商業(yè)開發(fā)層、高架站廳層、站臺(tái)層、地下站廳層及地鐵層,其中，國鐵列車在站臺(tái)層運(yùn)行。地下部分包括5條線的地鐵車站和地下站廳層,而來至上部站臺(tái)層高速和普速列車進(jìn)出站的噪聲對(duì)地下站廳層侯車區(qū)及地鐵層有很大的影響,特別是上部列車通過或進(jìn)站停靠過程中,將產(chǎn)生較大的振動(dòng),引起建筑物的樓板或墻體振動(dòng),形成結(jié)構(gòu)輻射噪聲。若處理不當(dāng),將對(duì)地下結(jié)構(gòu)及高架層結(jié)構(gòu)及玻璃幕墻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大振動(dòng),對(duì)地下站廳層及高架層旅客乘車環(huán)境造成影響,因此應(yīng)對(duì)軌道層采取相應(yīng)的減振降噪措施。

初步研究結(jié)果表明,在時(shí)速200 km正線上采用鋼軌阻尼板、在到發(fā)線上采用橡膠墊減振墊、在建筑結(jié)構(gòu)上鋪設(shè)的擠塑板、碎石道床間設(shè)置中粗砂隔離層等減振降噪措施后,站臺(tái)及各對(duì)應(yīng)候車室的噪聲及振動(dòng)環(huán)境仍不同程度地超過建議的噪聲振動(dòng)控制建議限值要求。

支撐列車的零層板在正線通過處設(shè)置2道變形縫,可以有效阻止高速通過列車的振動(dòng)傳播；同時(shí)在零層板還斷有3道南北向、2道東西向溫度縫,通過上述手段,可以有效地阻止固體傳聲及其引起的樓板或墻體振動(dòng)和二次噪聲的輻射。

由于列車運(yùn)行時(shí)振動(dòng)引發(fā)的噪聲級(jí)相當(dāng)高,并且很大程度上屬于固體傳聲,因此最大程度地降低對(duì)地下站廳層進(jìn)行吸聲降噪處理,是更為實(shí)際而有效的方法。

5 照明環(huán)境設(shè)計(jì)技術(shù)

綜合交通樞紐客站公共區(qū)燈光設(shè)計(jì),應(yīng)從傳統(tǒng)的電力專業(yè)設(shè)計(jì)工作中分割出來,作為一項(xiàng)專題研究工作,由專業(yè)的照明設(shè)計(jì)師配合建筑設(shè)計(jì)師合作完成。照明設(shè)計(jì)按照建筑的不同區(qū)域、不同使用功能、不同裝修風(fēng)格進(jìn)行燈光設(shè)計(jì)。照明設(shè)計(jì)與建筑結(jié)合,實(shí)現(xiàn)建筑燈具一體化設(shè)計(jì),燈具本身作為裝修構(gòu)件,點(diǎn)綴環(huán)境。照明的節(jié)能設(shè)計(jì),通過正確選擇照度標(biāo)準(zhǔn)值,合理選擇照明方式,使用高光效照明光源,采用高效率節(jié)能燈具,采用節(jié)電的照明控制方式：即分組分區(qū)、獨(dú)立控制等方式實(shí)現(xiàn)。下面以天津站為例,展示新型客站照明技術(shù)的進(jìn)步(圖5)。

天津站照明面積大、照明裝置多,采用高效光源和高效燈具對(duì)于節(jié)約能源、降低運(yùn)營成本是至關(guān)重要的措施。在低矮空間采用三基色直管熒光燈或小功率單管熒光燈,高大空間選用金屬鹵化物燈。

由于客運(yùn)站幾乎是24 h運(yùn)營的,因此采用的光源和燈具均應(yīng)具備較高的運(yùn)行可靠性和較長的運(yùn)行壽命,以降低維護(hù)運(yùn)行的工作量和成本。

建筑立面照明的目的不僅僅是在夜間把建筑物照亮,而在于通過照明手段,把建筑物的特征展現(xiàn)出來,使建筑物呈現(xiàn)出與白天在日光照射下不同的形象來(圖6)。景觀照明應(yīng)根據(jù)建筑物形式、布局、風(fēng)格充分反映出建筑的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和材料特征、時(shí)代風(fēng)貌、民族風(fēng)格和地方特征；景觀照明效果應(yīng)具有較高的藝術(shù)品位,把照明藝術(shù)作為景觀照明藝術(shù)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)、出發(fā)點(diǎn)和歸宿點(diǎn)。做到高雅、舒適、安全,突出鐵路站房的特色和內(nèi)涵。

圖5 天津站室內(nèi)燈管照明

圖6 天津站外立面照明

6 太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化BIPV技術(shù)

近年來,世界各國都在加大對(duì)新能源和可再生能源的支持力度,許多發(fā)達(dá)國家制定了光伏屋頂計(jì)劃,通過政府補(bǔ)貼和電價(jià)政策,鼓勵(lì)各種建筑物安裝光伏發(fā)電系統(tǒng),世界光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面。在我國,隨著能源危機(jī)的加劇,新能源也面臨著大發(fā)展的機(jī)遇。從長遠(yuǎn)看,太陽能發(fā)電不僅降低了環(huán)保成本,而且具有可再生性,太陽能發(fā)電技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

光伏建材型指光伏電池與瓦、磚、卷材和玻璃復(fù)合在一起組成不可分割的建筑構(gòu)件或建筑材料；光伏構(gòu)件型則是指與建筑構(gòu)件組合在一起或獨(dú)立成為建筑構(gòu)件的光伏構(gòu)件。光伏建材型或光伏構(gòu)件型的光伏比結(jié)合安裝型采用的普通組件要貴,一般用于需要采光或遮陽要求的建筑物屋頂或幕墻,根據(jù)布設(shè)的位置不同,上海虹橋站和北京南站分別采用了2種不同的光伏系統(tǒng)。

上海虹橋站太陽能發(fā)電系統(tǒng)采用光伏電池與屋頂結(jié)合安裝型,即太陽能組件與雨篷屋頂相結(jié)合,采用多晶體硅單玻組件整體平鋪于雨篷上,組件與雨篷的傾角一致,電池組件與雨篷之間以支架連接的應(yīng)用模式。站臺(tái)雨篷按不透光屋頂設(shè)計(jì),且在雨篷下面有金屬吊頂,故而對(duì)光伏電池板并無采光或遮陽的要求。故該項(xiàng)目不采用光伏建材型或光伏構(gòu)件型。

北京位于東經(jīng)115°20′至117°32′,北緯39°23′至41°05′,根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)北京市年日照時(shí)間為2 700 h,比較適合太陽能發(fā)電。北京南站良好的地域位置、開闊的周邊環(huán)境及舒緩的屋面造型為太陽能與建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合提供了良好的設(shè)計(jì)平臺(tái)。設(shè)計(jì)中在中央屋面玻璃采光帶采用銅銦鎵硒太陽能電池板,經(jīng)過多輪方案比選最終在采光帶兩側(cè)各3個(gè)分格內(nèi)設(shè)置電池板,每塊電池板規(guī)格為600 mm×1 200 mm,共設(shè)置3 246塊電池板。在南站采用光伏一體化設(shè)計(jì)旨在引領(lǐng)公眾的節(jié)能環(huán)保意識(shí),其示范效應(yīng)不言而喻,必將產(chǎn)生非常有益和深遠(yuǎn)的社會(huì)影響。

7 冷熱電三聯(lián)供技術(shù)

熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)是一種可以同時(shí)提供熱能、冷能和電能的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。通常熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)以天然氣做為一次能源,以微型燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備發(fā)電為核心,燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備發(fā)電后排放出來的高溫尾氣通過余熱鍋爐或吸收式制冷機(jī),利用發(fā)電余熱生產(chǎn)冷量和熱量,滿足用戶的電、熱、冷負(fù)荷的能源需要。能源利用效率高、使用清潔燃料及污染物的低排放使熱電冷三聯(lián)供的發(fā)展和應(yīng)用成為能源技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施超前、適宜現(xiàn)代生活的原則,結(jié)合車站規(guī)模、功能和周邊能源供應(yīng)情況,北京南站能源綜合利用的總體目標(biāo)是采用熱電冷三聯(lián)供和太陽能發(fā)電技術(shù)等能源綜合利用方式,實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的高效梯級(jí)利用和可再生利用,體現(xiàn)環(huán)保效益和社會(huì)效益。

“熱電冷三聯(lián)供+污水源熱泵”系統(tǒng)(圖7)。系統(tǒng)通過燃?xì)獍l(fā)電技術(shù),一方面發(fā)電,另一方面回收余熱,經(jīng)過煙氣吸收式冷溫水機(jī)提供冷(熱),實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用,大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的一次能源利用率。

熱電冷三聯(lián)供技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下。

(1)節(jié)省燃料：與傳統(tǒng)電力生產(chǎn)相比,熱電冷三聯(lián)供技術(shù)的使用能節(jié)省25%的燃料。

(2)減少污染排放：熱電冷三聯(lián)供技術(shù)的使用,可使污染物的排放減少近1/4。如果使用天然氣來取代煤和石油,則SO2和煙塵的排放可以減少到接近零的水平。

(3)經(jīng)濟(jì)效益：熱電冷三聯(lián)供的經(jīng)濟(jì)效益也是明顯的,三聯(lián)供的能源生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)方法低,據(jù)估計(jì),成本下降幅度在20%～30%。

(4)提高能源供應(yīng)安全：在大型發(fā)電廠運(yùn)行或供電中斷時(shí),小型熱電冷三聯(lián)供機(jī)組并入電網(wǎng),可保證繼續(xù)供應(yīng)終端用戶。

(5)增加電網(wǎng)穩(wěn)定性：由于使用吸收循環(huán)取代目前普遍采用的制冷循環(huán),故在盛夏時(shí)節(jié),三聯(lián)供機(jī)組大大緩解了電網(wǎng)的壓力。

圖7 熱電冷三聯(lián)供+污水源熱泵系統(tǒng)原理

北京南站天然氣熱電冷三聯(lián)供技術(shù)首次將一次能源利用率提高到90%以上,拓展了能源階梯利用。通過對(duì)冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)多種能量轉(zhuǎn)換過程的系統(tǒng)分析,提出了綜合高效能源利用方案,實(shí)現(xiàn)了化石能源與可再生能源、資源互補(bǔ)的應(yīng)用。北京南站能源站三聯(lián)供系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)年節(jié)能約420萬kW·h。節(jié)能量折合標(biāo)煤約為1 600 t標(biāo)準(zhǔn)煤/年、減排CO2約4 000 t/年、減排SO237 t/年。

8 地源(污水源)熱泵技術(shù)

熱泵系統(tǒng)有多種形式,包括空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵及污水源熱泵等。其原理都是利用部分電能,夏季將室內(nèi)的多余熱量搬運(yùn)到各種熱源中帶走,冬季將各種低品位可再生熱源中的熱量搬運(yùn)到房間內(nèi),實(shí)現(xiàn)夏季制冷和冬季制熱的效果。上海虹橋樞紐和北京南站分別采用了站臺(tái)埋管土壤源熱泵和污水源熱泵系統(tǒng)作為站房環(huán)境控制的冷熱源。熱泵系統(tǒng)采用電驅(qū)動(dòng)供冷供熱,對(duì)局部區(qū)域基本是零排放,另外,取消了冷卻塔,也消除了噪聲污染、飄水和蒸發(fā)對(duì)客站區(qū)域的空氣污染，同時(shí)美化了周邊的景觀。

地源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性,通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)與建筑物內(nèi)部完成熱交換的裝置。冬季從土壤中取熱,向建筑物供暖；夏季向土壤排熱,為建筑物制冷。它以土壤作為熱源、冷源,因此可以提高熱泵機(jī)組的能效比。并且機(jī)房面積較小,節(jié)省常規(guī)系統(tǒng)冷卻塔可觀的耗水量,運(yùn)行費(fèi)用低,不產(chǎn)生任何有害物質(zhì),對(duì)環(huán)境無污染,實(shí)現(xiàn)了環(huán)保的功效。其缺點(diǎn)是埋地?fù)Q熱器受土壤性能影響較大,土壤的熱工性能、能量平衡、土壤中的傳熱與傳濕對(duì)傳熱有較大影響；另外連續(xù)運(yùn)行時(shí)熱泵的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度受土壤溫度的變化發(fā)生波動(dòng)。為了解決占地面積問題,虹橋站利用站臺(tái)地下空間用于埋管。有效解決了埋管占地面積大的問題。

污水源熱泵是水源熱泵的一種,城市污水熱泵空調(diào)系統(tǒng)利用城市污水,冬季取熱供暖,夏季排熱制冷,全年取熱供應(yīng)生活熱水,夏季空調(diào)季節(jié)可實(shí)施部分免費(fèi)生活熱水供應(yīng)。污水水質(zhì)對(duì)污水源熱泵裝置的影響是一個(gè)重要問題,解決好污水熱泵中換熱器表面污垢、阻塞、腐蝕等問題是污水源熱泵供暖系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。污水源熱泵系統(tǒng)采用新型發(fā)明專利阻垢機(jī)和殼管式換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)。按阻垢機(jī)系統(tǒng)調(diào)試后污水利用系數(shù)95%設(shè)計(jì)。換熱器污垢造成的換熱系數(shù)的降低,每個(gè)采暖或空調(diào)季小于20%。

9 溫、濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)在天津站的應(yīng)用

天津站高架候車室跨度大,鑒于建筑美觀要求,空調(diào)送風(fēng)射程超過42 m,且屋頂中心區(qū)有大面積采光玻璃,太陽輻射強(qiáng)度大,因此,需要輔助地板輻射供冷才能解決其溫濕度要求,而影響地板供冷的關(guān)鍵問題是需要采取有效措施,避免地面結(jié)露,由于溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)將溫度和濕度獨(dú)立控制,可以確保室內(nèi)狀態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,保證地面不結(jié)露(圖8)。

而且,天津站采暖熱源使用的是天津市第一熱電公司的余熱,供熱管網(wǎng)已鋪設(shè)至天津站；而夏季時(shí),由于沒有生活用熱需求,熱電廠發(fā)電機(jī)組冷卻水需排放至海河,不僅造成能源的浪費(fèi),還會(huì)對(duì)海河水造成熱污染。

圖8 溫、濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)

溶液除濕系統(tǒng)正好可以利用發(fā)電廠的冷卻廢熱進(jìn)行溶液再生,這樣不僅不會(huì)增加市政管網(wǎng)投資,同時(shí)還能有效利用熱電廠的廢熱,減少對(duì)海河水的熱污染。

因此,在天津站采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)場條件,所采用的一種合理、節(jié)能的空調(diào)方式。

通過DEST動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算,重點(diǎn)解決如何消除由于旅客站房人員密集、滲透風(fēng)量大形成的大量潛熱負(fù)荷,研究相應(yīng)系統(tǒng)的匹配優(yōu)化；重點(diǎn)研究不同出水溫度及供回水溫差對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響,確定最佳出水溫度和溫差；研究適合的末端設(shè)備性能參數(shù)；由于車站功能復(fù)雜,空調(diào)使用具有不可預(yù)測性,要求系統(tǒng)能根據(jù)需要靈活運(yùn)行,將各種可能發(fā)生的情況納入自控系統(tǒng),需要從硬件和軟件及控制模式上進(jìn)行開發(fā)研究。

天津站溫、濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

(1)采用新型系統(tǒng),打破傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)熱負(fù)荷和濕負(fù)荷的獨(dú)立控制,避免出現(xiàn)傳統(tǒng)空調(diào)中的“過冷”或“過干”的現(xiàn)象,節(jié)約能耗；

(2)將傳統(tǒng)空調(diào)方式中的電制冷除濕方式,改為利用城市熱電廠的“廢熱”進(jìn)行除濕,達(dá)到廢物再利用,從而節(jié)省高品位電能；

(3)采用了干燥新風(fēng)貼地面送風(fēng)的地板供冷方式,有效解決地板供冷存在地面結(jié)露的風(fēng)險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)了地板輻射供暖和供冷的有機(jī)結(jié)合,將屋頂及四周太陽輻射得熱就近消除,有效解決了高架候車室中間區(qū)域空調(diào)送風(fēng)困難的問題。

10 結(jié)語

隨著一大批現(xiàn)代化鐵路客站的建成運(yùn)營,中國鐵路客站將為旅客提供更加便捷的進(jìn)出站服務(wù)、更加舒適的候車環(huán)境、更加人性化的服務(wù)設(shè)施,與城市的關(guān)系更加和諧,對(duì)城市綜合交通乃至經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展必將發(fā)揮更加重要的作用。因此,建設(shè)低碳環(huán)保建筑是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),節(jié)約能源,保護(hù)環(huán)境,是關(guān)全民,全社會(huì)的大事,是推動(dòng)全社會(huì)進(jìn)步的大事,是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

[1] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.京滬高速客站關(guān)鍵技術(shù)研究報(bào)告[R].天津：鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2010.

[2] 鄭健.鐵路客站旅客細(xì)部設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2010.

[3] 何華武，鄭健.鐵路旅客車站設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[4] 鄭健.鐵路旅客車站設(shè)計(jì)集錦[M].北京：中國鐵道出版社，2006.

[5] 鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，京滬高速車站建筑設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則與標(biāo)準(zhǔn)[S].2006.

[6] 黃保民,等.冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在北京南站的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(S1).

[7] 胡立萍.新建天津站地下進(jìn)站廳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(10).

[8] 武世強(qiáng)，那艷玲.天津站交通樞紐軌道換乘中心空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(3).

[9] 中華人民共和國建設(shè)部.GB50226—2007 鐵路旅客車站建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[10] 中華人民共和國鐵道部.TB10016—2006，J661—2007 鐵路工程節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[11] 中華人民共和國建設(shè)部.GB50010—2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[12] 中華人民共和國建設(shè)部.GB50189—2005 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].