探析城市軌道交通建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的相關(guān)措施

李祖瑞

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣州510030）

1 引言

城市化進(jìn)程的加快，使城市發(fā)展中暴露出很多問(wèn)題，如土地資源緊缺、地面交通擁堵等，這些問(wèn)題在很大程度上制約了城市的進(jìn)一步發(fā)展。為了對(duì)城市交通擁堵的問(wèn)題進(jìn)行解決，越來(lái)越多的城市開(kāi)始發(fā)展軌道交通，其類型包括地鐵、輕軌、磁懸浮以及有軌電車等，對(duì)比常規(guī)交通形式，軌道交通具有速度快、效率高、節(jié)能環(huán)保、實(shí)施安全等特點(diǎn)，但是，其在運(yùn)行中需要消耗大量的能源，做好軌道交通建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)，可以顯著降低其運(yùn)行成本，更好地適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求[1]。

2 城市軌道交通建筑的構(gòu)成

在CJJ/T 114—2007《城市公共交通分類標(biāo)準(zhǔn)》中，對(duì)于城市軌道交通的定義是：采用軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行承重和導(dǎo)向的車輛運(yùn)輸系統(tǒng)，需要設(shè)置封閉或部分封閉的專用軌道線路，通過(guò)單車或列車的形式來(lái)對(duì)客流量進(jìn)行運(yùn)送的公共交通方式。城市軌道交通是現(xiàn)代城市公共交通的主干，對(duì)比傳統(tǒng)交通運(yùn)輸形式，具有運(yùn)量大、全天候、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，因此，在大多數(shù)城市已經(jīng)基本普及[2]。

在城市軌道交通系統(tǒng)中，依照車站和地面的相對(duì)位置，可以將軌道交通建筑分為地下車站、地面車站和高架車站、主體結(jié)構(gòu)、風(fēng)亭通風(fēng)道、出入口以及各類附屬建筑，共同構(gòu)成了城市軌道交通建筑的全部?jī)?nèi)容。列車的停車點(diǎn)包含很多功能，如集散、候車、上下車以及運(yùn)營(yíng)設(shè)備設(shè)置等，車站空間大致可以分為2部分：

1）乘客使用空間包含售票處、檢票處、進(jìn)站出站大廳、站臺(tái)、天橋和各類通道，商用空間同樣包含在乘客使用空間中，如銀行、超市等。在對(duì)地鐵車站進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)放在乘客使用空間方面，保證人流流線的合理性，使得乘客能夠非常便利地進(jìn)出車站，避免擁堵問(wèn)題。

2）車站用房。車站空間中，車站用房的主要功能是對(duì)設(shè)備進(jìn)行放置，或?qū)φ麄€(gè)車站進(jìn)行運(yùn)行管理，可以將車站用房細(xì)分為3個(gè)部分：（1）運(yùn)營(yíng)管理用房，主要是車站管理人員辦公的地方，包括值班室、保衛(wèi)室、會(huì)議室、廣播室等，其在車站運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。（2）設(shè)備用房，包括控制室、配電室、變電所、公區(qū)用房以及空調(diào)通風(fēng)用房等，是保障列車穩(wěn)定安全運(yùn)行、調(diào)節(jié)車站整體環(huán)境的核心。（3）輔助用房，其主要功能是為車站工作人員的工作和休息提供便利，包括茶水間、更衣室、衛(wèi)生間以及休息室等。從城市軌道交通建筑整體設(shè)計(jì)的角度，需要在切實(shí)保障車站基本功能的前提下，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，盡可能減少建筑面積，降低成本投入。而考慮城市軌道交通整體運(yùn)營(yíng)管理需求，可以將一些具備不同功能的車站用房設(shè)置在不同車站中[3]。

3 城市軌道交通建筑節(jié)能設(shè)計(jì)措施

3.1 做好空間銜接處理

在對(duì)城市軌道交通建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)明確軌道交通建筑本身屬于節(jié)點(diǎn)建筑，其分布在軌道沿線的各個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，因此，需要做好城市空間與外部空間的銜接處理，保證銜接的合理性和有效性。從設(shè)計(jì)人員的角度，必須對(duì)軌道交通線網(wǎng)進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，確保其能夠與城市商業(yè)中心、客運(yùn)中心、道路樞紐以及大型商務(wù)區(qū)等區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可靠連接，以此為基礎(chǔ)，能夠保證軌道交通的客流量，實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展[4]。

3.2 優(yōu)化車站空間形式

城市軌道交通系統(tǒng)中，車站的空間形式需要能夠滿足軌道交通建筑的各種功能需求?？紤]到車站內(nèi)部與外部環(huán)境的強(qiáng)烈對(duì)比，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須深入了解地下空間的特點(diǎn)，在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中，依照車站所處的位置和預(yù)測(cè)最大人流量，對(duì)車站的整體規(guī)模、附屬設(shè)施面積等進(jìn)行嚴(yán)格管控，盡量減小基礎(chǔ)埋深。這樣不僅可以減少土方開(kāi)挖量，還能減少車站在運(yùn)營(yíng)中對(duì)照明、暖通空調(diào)等的需求，有效節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，降低建筑能耗。

3.3 合理選擇車站設(shè)備

在地鐵車站運(yùn)行能耗中，除去車輛本身的能耗，主要是各類車站設(shè)備產(chǎn)生的能耗。通過(guò)對(duì)我國(guó)城市軌道交通建筑建設(shè)和運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行分析可以明確，多數(shù)車站都建設(shè)在地下，為了保證車站內(nèi)部環(huán)境的舒適性，滿足通風(fēng)、換氣、保暖等各方面的功能需求，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的采用非常重要，其是城市軌道交通系統(tǒng)中最為重要的組成部分，在電能消耗方面僅次于車輛牽引供電。但與此同時(shí)，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)也有著巨大的節(jié)能潛力，在對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)的同時(shí)，也應(yīng)關(guān)注其他車站設(shè)備，如照明設(shè)備等的節(jié)能措施，確保車站正常穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，降低不必要的能源消耗[5]。

3.3.1 通風(fēng)空調(diào)節(jié)能

在對(duì)地下車站通風(fēng)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行選擇的過(guò)程中，不僅需要關(guān)注其性能，還必須充分了解車站本身的規(guī)模、列車的車次數(shù)以及客流量等，確定好通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的最佳負(fù)荷。設(shè)計(jì)人員還應(yīng)將氣候因素考慮在內(nèi)，做好車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備及方案的優(yōu)化配置，保證車站通風(fēng)的效果。另外，借助列車運(yùn)行中產(chǎn)生的活塞效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)車站的自然通風(fēng)，有效降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行中的能源消耗。隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)積極引入一些比較先進(jìn)的技術(shù)手段來(lái)減少不必要的能源消耗，如風(fēng)機(jī)變頻技術(shù)、全封閉屏蔽門技術(shù)等?？紤]到夏季地下空間溫度高，為了保證車站環(huán)境的舒適性，制冷系統(tǒng)可能存在滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行的情況。其節(jié)能措施可以從2方面著手：

1）可以在冷凍水系統(tǒng)中引入大溫差技術(shù)，借助大溫差送風(fēng)功能來(lái)盡可能地降低流量，減少水泵運(yùn)行中對(duì)能源的消耗，或通過(guò)控制風(fēng)速的方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

2）可以在水泵中引入變頻技術(shù)。城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較多的熱量，具備全面熱負(fù)荷的特征，為解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以考慮室外天然冷源，于適當(dāng)位置設(shè)置通風(fēng)孔微型系統(tǒng)，借助天然冷源對(duì)軌道交通內(nèi)部的熱量進(jìn)行排除，縮短空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。而變頻技術(shù)能夠根據(jù)水泵的運(yùn)行情況對(duì)其轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，使其始終能夠在最佳的轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，有助于能效比的提高，節(jié)能效果良好[6]。

3.3.2 自動(dòng)扶梯節(jié)能

自動(dòng)扶梯是地鐵車站中最為常見(jiàn)的一種設(shè)備，能夠?yàn)槌丝偷倪M(jìn)出站和換乘提供便利，同樣可以在自動(dòng)扶梯系統(tǒng)中設(shè)置變頻器，實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能。在設(shè)置變頻器后，自動(dòng)扶梯能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)，逐步加速到額定速度，而當(dāng)乘客人數(shù)增加，扶梯的負(fù)載約達(dá)到額定功率的60%時(shí)，扶梯系統(tǒng)的供電將直接切換到電網(wǎng)，在這種情況下，變頻器不再影響電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)乘客依次進(jìn)入扶梯時(shí)，扶梯的穩(wěn)定運(yùn)行速度為0.5 m/s，除去突發(fā)狀況，任何因素都不會(huì)對(duì)其運(yùn)行速度產(chǎn)生影響，通過(guò)勻速穩(wěn)定運(yùn)行的方式，能夠降低扶梯運(yùn)行的能耗；當(dāng)扶梯空載一定時(shí)間后，扶梯的運(yùn)行速度會(huì)從額定速度轉(zhuǎn)變?yōu)榈退龠\(yùn)行，減少設(shè)備磨損程度的同時(shí)，也可以降低能耗。

3.3.3 啟動(dòng)表冷設(shè)施

在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中，要進(jìn)一步降低能耗，減少通風(fēng)阻力，可以在系統(tǒng)中設(shè)置門式表冷器設(shè)備，于設(shè)備兩側(cè)設(shè)軸。通過(guò)這樣的方式，能夠在通風(fēng)季節(jié)實(shí)現(xiàn)表冷器設(shè)備門的自動(dòng)化啟動(dòng)控制。研究表明，當(dāng)組合式空調(diào)設(shè)備的規(guī)格為8×104m/h時(shí)，表冷器開(kāi)啟前，風(fēng)機(jī)功率為50 kW，表冷器開(kāi)啟后，風(fēng)機(jī)的功率則下降到36.8 kW。因此，如果在通風(fēng)季節(jié)將表冷器開(kāi)啟，能夠降低系統(tǒng)約28%的能耗，在一些通風(fēng)季節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)的城市中，有非常顯著的節(jié)能效果[7]。

3.3.4 照明系統(tǒng)節(jié)能

照明系統(tǒng)在城市軌道交通建筑中同樣屬于高能耗系統(tǒng)，因?yàn)楹芏嘬囌径荚O(shè)置在地下，需要常年開(kāi)啟照明設(shè)備，產(chǎn)生的能耗也十分驚人。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員在針對(duì)城市軌道交通建筑進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要將照明系統(tǒng)節(jié)能考慮在內(nèi)。具體應(yīng)注意以下3點(diǎn)：

1）應(yīng)加大對(duì)綠色照明方式的推廣力度，在照明燈具的選擇過(guò)程中，需要盡量選擇能耗低、壽命長(zhǎng)的LED燈，當(dāng)然，這些燈具的照度必須能夠滿足車站運(yùn)行過(guò)程中的照明需求。

2）應(yīng)積極引入新能源，如光伏發(fā)電等，一些特殊位置可以使用自然光照明。

3）在地面建筑中，應(yīng)充分利用自然光，減少燈具的使用，如可以對(duì)站臺(tái)層雨棚、維護(hù)設(shè)施等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，做好屋頂采光板以及側(cè)墻玻璃面積的合理規(guī)劃，在保證照明效果的同時(shí)，還要考慮室內(nèi)溫度的變化[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

伴隨著城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通建筑的數(shù)量也在不斷增加，成為城市公共基礎(chǔ)的一個(gè)重要組成部分。在對(duì)城市軌道交通建筑進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)重視節(jié)能設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)人員對(duì)城市軌道交通建筑的基本構(gòu)成進(jìn)行深入研究，采取切實(shí)可行的措施和方法，提高節(jié)能設(shè)計(jì)的效果，降低軌道交通建筑運(yùn)營(yíng)中的能耗，推動(dòng)交通建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。