探析城市軌道交通建筑節能設計的相關措施

李祖瑞

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣州510030）

1 引言

城市化進程的加快，使城市發展中暴露出很多問題，如土地資源緊缺、地面交通擁堵等，這些問題在很大程度上制約了城市的進一步發展。為了對城市交通擁堵的問題進行解決，越來越多的城市開始發展軌道交通，其類型包括地鐵、輕軌、磁懸浮以及有軌電車等，對比常規交通形式，軌道交通具有速度快、效率高、節能環保、實施安全等特點，但是，其在運行中需要消耗大量的能源，做好軌道交通建筑的節能設計，可以顯著降低其運行成本，更好地適應社會經濟可持續發展的要求[1]。

2 城市軌道交通建筑的構成

在CJJ/T 114—2007《城市公共交通分類標準》中，對于城市軌道交通的定義是：采用軌道結構進行承重和導向的車輛運輸系統，需要設置封閉或部分封閉的專用軌道線路，通過單車或列車的形式來對客流量進行運送的公共交通方式。城市軌道交通是現代城市公共交通的主干，對比傳統交通運輸形式，具有運量大、全天候、節能環保的特點，因此，在大多數城市已經基本普及[2]。

在城市軌道交通系統中，依照車站和地面的相對位置，可以將軌道交通建筑分為地下車站、地面車站和高架車站、主體結構、風亭通風道、出入口以及各類附屬建筑，共同構成了城市軌道交通建筑的全部內容。列車的停車點包含很多功能，如集散、候車、上下車以及運營設備設置等，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、進站出站大廳、站臺、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。在對地鐵車站進行設計的過程中，應重點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出車站，避免擁堵問題。

2）車站用房。車站空間中，車站用房的主要功能是對設備進行放置，或對整個車站進行運行管理，可以將車站用房細分為3個部分：（1）運營管理用房，主要是車站管理人員辦公的地方，包括值班室、保衛室、會議室、廣播室等，其在車站運營中發揮著非常關鍵的作用。（2）設備用房，包括控制室、配電室、變電所、公區用房以及空調通風用房等，是保障列車穩定安全運行、調節車站整體環境的核心。（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、衛生間以及休息室等。從城市軌道交通建筑整體設計的角度，需要在切實保障車站基本功能的前提下，對設計方案進行優化，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營管理需求，可以將一些具備不同功能的車站用房設置在不同車站中[3]。

3 城市軌道交通建筑節能設計措施

3.1 做好空間銜接處理

在對城市軌道交通建筑進行設計的過程中，應明確軌道交通建筑本身屬于節點建筑，其分布在軌道沿線的各個重要節點，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。從設計人員的角度，必須對軌道交通線網進行合理的規劃設計，確保其能夠與城市商業中心、客運中心、道路樞紐以及大型商務區等區域實現可靠連接，以此為基礎，能夠保證軌道交通的客流量，實現其可持續發展[4]。

3.2 優化車站空間形式

城市軌道交通系統中，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。考慮到車站內部與外部環境的強烈對比，設計人員在進行設計的過程中，必須深入了解地下空間的特點，在進行規劃設計的過程中，依照車站所處的位置和預測最大人流量，對車站的整體規模、附屬設施面積等進行嚴格管控，盡量減小基礎埋深。這樣不僅可以減少土方開挖量，還能減少車站在運營中對照明、暖通空調等的需求，有效節約運營成本，降低建筑能耗。

3.3 合理選擇車站設備

在地鐵車站運行能耗中，除去車輛本身的能耗，主要是各類車站設備產生的能耗。通過對我國城市軌道交通建筑建設和運行的實際情況進行分析可以明確，多數車站都建設在地下，為了保證車站內部環境的舒適性，滿足通風、換氣、保暖等各方面的功能需求，通風空調系統的采用非常重要，其是城市軌道交通系統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，通風空調系統也有著巨大的節能潛力，在對通風空調系統進行節能設計的同時，也應關注其他車站設備，如照明設備等的節能措施，確保車站正常穩定運行的基礎上，降低不必要的能源消耗[5]。

3.3.1 通風空調節能

在對地下車站通風空調設備進行選擇的過程中，不僅需要關注其性能，還必須充分了解車站本身的規模、列車的車次數以及客流量等，確定好通風空調系統的最佳負荷。設計人員還應將氣候因素考慮在內，做好車站通風空調系統設備及方案的優化配置，保證車站通風的效果。另外，借助列車運行中產生的活塞效應，可以實現車站的自然通風，有效降低風機運行中的能源消耗。隧道通風系統設計中，應積極引入一些比較先進的技術手段來減少不必要的能源消耗，如風機變頻技術、全封閉屏蔽門技術等。考慮到夏季地下空間溫度高，為了保證車站環境的舒適性，制冷系統可能存在滿負荷甚至超負荷運行的情況。其節能措施可以從2方面著手：

1）可以在冷凍水系統中引入大溫差技術，借助大溫差送風功能來盡可能地降低流量，減少水泵運行中對能源的消耗，或通過控制風速的方式實現節能降耗。

2）可以在水泵中引入變頻技術。城市軌道交通系統運行過程中，會產生較多的熱量，具備全面熱負荷的特征，為解決這個問題，設計人員在進行規劃設計的過程中，可以考慮室外天然冷源，于適當位置設置通風孔微型系統，借助天然冷源對軌道交通內部的熱量進行排除，縮短空調設備的運行時間。而變頻技術能夠根據水泵的運行情況對其轉速進行調節和控制，使其始終能夠在最佳的轉速狀態下運轉，有助于能效比的提高，節能效果良好[6]。

3.3.2 自動扶梯節能

自動扶梯是地鐵車站中最為常見的一種設備，能夠為乘客的進出站和換乘提供便利，同樣可以在自動扶梯系統中設置變頻器，實現變頻節能。在設置變頻器后，自動扶梯能夠實現平穩啟動，逐步加速到額定速度，而當乘客人數增加，扶梯的負載約達到額定功率的60%時，扶梯系統的供電將直接切換到電網，在這種情況下，變頻器不再影響電機運轉；當乘客依次進入扶梯時，扶梯的穩定運行速度為0.5 m/s，除去突發狀況，任何因素都不會對其運行速度產生影響，通過勻速穩定運行的方式，能夠降低扶梯運行的能耗；當扶梯空載一定時間后，扶梯的運行速度會從額定速度轉變為低速運行，減少設備磨損程度的同時，也可以降低能耗。

3.3.3 啟動表冷設施

在通風空調系統中，要進一步降低能耗，減少通風阻力，可以在系統中設置門式表冷器設備，于設備兩側設軸。通過這樣的方式，能夠在通風季節實現表冷器設備門的自動化啟動控制。研究表明，當組合式空調設備的規格為8×104m/h時，表冷器開啟前，風機功率為50 kW，表冷器開啟后，風機的功率則下降到36.8 kW。因此，如果在通風季節將表冷器開啟，能夠降低系統約28%的能耗，在一些通風季節時間較長的城市中，有非常顯著的節能效果[7]。

3.3.4 照明系統節能

照明系統在城市軌道交通建筑中同樣屬于高能耗系統，因為很多車站都設置在地下，需要常年開啟照明設備，產生的能耗也十分驚人。對此，設計人員在針對城市軌道交通建筑進行節能設計的過程中，需要將照明系統節能考慮在內。具體應注意以下3點：

1）應加大對綠色照明方式的推廣力度，在照明燈具的選擇過程中，需要盡量選擇能耗低、壽命長的LED燈，當然，這些燈具的照度必須能夠滿足車站運行過程中的照明需求。

2）應積極引入新能源，如光伏發電等，一些特殊位置可以使用自然光照明。

3）在地面建筑中，應充分利用自然光，減少燈具的使用，如可以對站臺層雨棚、維護設施等進行優化設計，做好屋頂采光板以及側墻玻璃面積的合理規劃，在保證照明效果的同時，還要考慮室內溫度的變化[8]。

4 結語

伴隨著城市化進程的加快，城市軌道交通建筑的數量也在不斷增加，成為城市公共基礎的一個重要組成部分。在對城市軌道交通建筑進行規劃設計的過程中，應重視節能設計，要求設計人員對城市軌道交通建筑的基本構成進行深入研究，采取切實可行的措施和方法，提高節能設計的效果，降低軌道交通建筑運營中的能耗，推動交通建設事業的可持續健康發展。