探析城市轨道交通建筑节能设计的相关措施

李祖瑞

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广州510030）

1 引言

城市化进程的加快，使城市发展中暴露出很多问题，如土地资源紧缺、地面交通拥堵等，这些问题在很大程度上制约了城市的进一步发展。为了对城市交通拥堵的问题进行解决，越来越多的城市开始发展轨道交通，其类型包括地铁、轻轨、磁悬浮以及有轨电车等，对比常规交通形式，轨道交通具有速度快、效率高、节能环保、实施安全等特点，但是，其在运行中需要消耗大量的能源，做好轨道交通建筑的节能设计，可以显著降低其运行成本，更好地适应社会经济可持续发展的要求[1]。

2 城市轨道交通建筑的构成

在CJJ/T 114—2007《城市公共交通分类标准》中，对于城市轨道交通的定义是：采用轨道结构进行承重和导向的车辆运输系统，需要设置封闭或部分封闭的专用轨道线路，通过单车或列车的形式来对客流量进行运送的公共交通方式。城市轨道交通是现代城市公共交通的主干，对比传统交通运输形式，具有运量大、全天候、节能环保的特点，因此，在大多数城市已经基本普及[2]。

在城市轨道交通系统中，依照车站和地面的相对位置，可以将轨道交通建筑分为地下车站、地面车站和高架车站、主体结构、风亭通风道、出入口以及各类附属建筑，共同构成了城市轨道交通建筑的全部内容。列车的停车点包含很多功能，如集散、候车、上下车以及运营设备设置等，车站空间大致可以分为2部分：

1）乘客使用空间包含售票处、检票处、进站出站大厅、站台、天桥和各类通道，商用空间同样包含在乘客使用空间中，如银行、超市等。在对地铁车站进行设计的过程中，应重点放在乘客使用空间方面，保证人流流线的合理性，使得乘客能够非常便利地进出车站，避免拥堵问题。

2）车站用房。车站空间中，车站用房的主要功能是对设备进行放置，或对整个车站进行运行管理，可以将车站用房细分为3个部分：（1）运营管理用房，主要是车站管理人员办公的地方，包括值班室、保卫室、会议室、广播室等，其在车站运营中发挥着非常关键的作用。（2）设备用房，包括控制室、配电室、变电所、公区用房以及空调通风用房等，是保障列车稳定安全运行、调节车站整体环境的核心。（3）辅助用房，其主要功能是为车站工作人员的工作和休息提供便利，包括茶水间、更衣室、卫生间以及休息室等。从城市轨道交通建筑整体设计的角度，需要在切实保障车站基本功能的前提下，对设计方案进行优化，尽可能减少建筑面积，降低成本投入。而考虑城市轨道交通整体运营管理需求，可以将一些具备不同功能的车站用房设置在不同车站中[3]。

3 城市轨道交通建筑节能设计措施

3.1 做好空间衔接处理

在对城市轨道交通建筑进行设计的过程中，应明确轨道交通建筑本身属于节点建筑，其分布在轨道沿线的各个重要节点，因此，需要做好城市空间与外部空间的衔接处理，保证衔接的合理性和有效性。从设计人员的角度，必须对轨道交通线网进行合理的规划设计，确保其能够与城市商业中心、客运中心、道路枢纽以及大型商务区等区域实现可靠连接，以此为基础，能够保证轨道交通的客流量，实现其可持续发展[4]。

3.2 优化车站空间形式

城市轨道交通系统中，车站的空间形式需要能够满足轨道交通建筑的各种功能需求。考虑到车站内部与外部环境的强烈对比，设计人员在进行设计的过程中，必须深入了解地下空间的特点，在进行规划设计的过程中，依照车站所处的位置和预测最大人流量，对车站的整体规模、附属设施面积等进行严格管控，尽量减小基础埋深。这样不仅可以减少土方开挖量，还能减少车站在运营中对照明、暖通空调等的需求，有效节约运营成本，降低建筑能耗。

3.3 合理选择车站设备

在地铁车站运行能耗中，除去车辆本身的能耗，主要是各类车站设备产生的能耗。通过对我国城市轨道交通建筑建设和运行的实际情况进行分析可以明确，多数车站都建设在地下，为了保证车站内部环境的舒适性，满足通风、换气、保暖等各方面的功能需求，通风空调系统的采用非常重要，其是城市轨道交通系统中最为重要的组成部分，在电能消耗方面仅次于车辆牵引供电。但与此同时，通风空调系统也有着巨大的节能潜力，在对通风空调系统进行节能设计的同时，也应关注其他车站设备，如照明设备等的节能措施，确保车站正常稳定运行的基础上，降低不必要的能源消耗[5]。

3.3.1 通风空调节能

在对地下车站通风空调设备进行选择的过程中，不仅需要关注其性能，还必须充分了解车站本身的规模、列车的车次数以及客流量等，确定好通风空调系统的最佳负荷。设计人员还应将气候因素考虑在内，做好车站通风空调系统设备及方案的优化配置，保证车站通风的效果。另外，借助列车运行中产生的活塞效应，可以实现车站的自然通风，有效降低风机运行中的能源消耗。隧道通风系统设计中，应积极引入一些比较先进的技术手段来减少不必要的能源消耗，如风机变频技术、全封闭屏蔽门技术等。考虑到夏季地下空间温度高，为了保证车站环境的舒适性，制冷系统可能存在满负荷甚至超负荷运行的情况。其节能措施可以从2方面着手：

1）可以在冷冻水系统中引入大温差技术，借助大温差送风功能来尽可能地降低流量，减少水泵运行中对能源的消耗，或通过控制风速的方式实现节能降耗。

2）可以在水泵中引入变频技术。城市轨道交通系统运行过程中，会产生较多的热量，具备全面热负荷的特征，为解决这个问题，设计人员在进行规划设计的过程中，可以考虑室外天然冷源，于适当位置设置通风孔微型系统，借助天然冷源对轨道交通内部的热量进行排除，缩短空调设备的运行时间。而变频技术能够根据水泵的运行情况对其转速进行调节和控制，使其始终能够在最佳的转速状态下运转，有助于能效比的提高，节能效果良好[6]。

3.3.2 自动扶梯节能

自动扶梯是地铁车站中最为常见的一种设备，能够为乘客的进出站和换乘提供便利，同样可以在自动扶梯系统中设置变频器，实现变频节能。在设置变频器后，自动扶梯能够实现平稳启动，逐步加速到额定速度，而当乘客人数增加，扶梯的负载约达到额定功率的60%时，扶梯系统的供电将直接切换到电网，在这种情况下，变频器不再影响电机运转；当乘客依次进入扶梯时，扶梯的稳定运行速度为0.5 m/s，除去突发状况，任何因素都不会对其运行速度产生影响，通过匀速稳定运行的方式，能够降低扶梯运行的能耗；当扶梯空载一定时间后，扶梯的运行速度会从额定速度转变为低速运行，减少设备磨损程度的同时，也可以降低能耗。

3.3.3 启动表冷设施

在通风空调系统中，要进一步降低能耗，减少通风阻力，可以在系统中设置门式表冷器设备，于设备两侧设轴。通过这样的方式，能够在通风季节实现表冷器设备门的自动化启动控制。研究表明，当组合式空调设备的规格为8×104m/h时，表冷器开启前，风机功率为50 kW，表冷器开启后，风机的功率则下降到36.8 kW。因此，如果在通风季节将表冷器开启，能够降低系统约28%的能耗，在一些通风季节时间较长的城市中，有非常显著的节能效果[7]。

3.3.4 照明系统节能

照明系统在城市轨道交通建筑中同样属于高能耗系统，因为很多车站都设置在地下，需要常年开启照明设备，产生的能耗也十分惊人。对此，设计人员在针对城市轨道交通建筑进行节能设计的过程中，需要将照明系统节能考虑在内。具体应注意以下3点：

1）应加大对绿色照明方式的推广力度，在照明灯具的选择过程中，需要尽量选择能耗低、寿命长的LED灯，当然，这些灯具的照度必须能够满足车站运行过程中的照明需求。

2）应积极引入新能源，如光伏发电等，一些特殊位置可以使用自然光照明。

3）在地面建筑中，应充分利用自然光，减少灯具的使用，如可以对站台层雨棚、维护设施等进行优化设计，做好屋顶采光板以及侧墙玻璃面积的合理规划，在保证照明效果的同时，还要考虑室内温度的变化[8]。

4 结语

伴随着城市化进程的加快，城市轨道交通建筑的数量也在不断增加，成为城市公共基础的一个重要组成部分。在对城市轨道交通建筑进行规划设计的过程中，应重视节能设计，要求设计人员对城市轨道交通建筑的基本构成进行深入研究，采取切实可行的措施和方法，提高节能设计的效果，降低轨道交通建筑运营中的能耗，推动交通建设事业的可持续健康发展。