摘要:面對(duì)城市軌道交通的能耗增長(zhǎng),優(yōu)化地鐵車站建筑、降低運(yùn)營(yíng)能耗是促進(jìn)公共交通可持續(xù)化發(fā)展的必經(jīng)之路。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗占比較大,節(jié)能潛力也是大的。本文以上海首條綠色地鐵的項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為例,在分析地鐵 能耗表現(xiàn)、影響因素和應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上,提出相對(duì)有效的節(jié)能措施,為后續(xù)地鐵能效提升方案工作明確方向。
關(guān)鍵詞:地鐵車站;能耗;通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng);節(jié)能
0引言
二十一世紀(jì)以來,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的快速提升以及城市化建設(shè)發(fā)展的騰飛,當(dāng)前中國(guó)城市發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)大和城市人口數(shù)量的劇增,對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的要求亦不斷攀升。面對(duì)國(guó)家加快推進(jìn)節(jié)能降碳的發(fā)展目標(biāo),公共交通系統(tǒng)的節(jié)能減排的意義更為深遠(yuǎn)。
我國(guó)城市軌道交通發(fā)展的速度之快、規(guī)模之大,在世界范圍內(nèi)都是罕見的。尤其是近五年,我國(guó)城軌交通發(fā)展迅猛,并且運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度逐年直線增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)截至 2020 年底,中國(guó)內(nèi)地累計(jì)已有 40 個(gè)城市開通城軌交通運(yùn)營(yíng),累計(jì) 247 條的運(yùn)營(yíng)線路總長(zhǎng)達(dá)到 7978.19 公里。其中,地鐵的運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度占比79%,占明顯重要地位。 從地鐵交通占有率以及其呈逐年上升趨勢(shì)中不難總結(jié),我國(guó)的城市交通發(fā)展是以地鐵為方向,協(xié)同多種線路發(fā)展的模式。從整體的能耗表現(xiàn)來看,當(dāng)前軌道交通總能耗 94 億 kWh, 約占全國(guó)總耗電 1.7‰,未來預(yù)計(jì)年耗電量將達(dá) 400 億度,占未來全國(guó)總耗電 5 ‰以上,其溫室氣體的總排放量達(dá) 14%,僅次于建筑行業(yè)。無論從綠色低碳的發(fā)展要求,還是從減輕城市運(yùn)營(yíng)成本的角度考量,地鐵節(jié)能的必要性毋庸置疑。軌交系統(tǒng)總體能耗指標(biāo)不斷持續(xù)增長(zhǎng),在軌道交通運(yùn)營(yíng)過程中消耗能源的主要形式是電能。資料顯示,2020 年我國(guó)城軌交通總電能耗 172.4 億千瓦時(shí),同比增長(zhǎng) 12.9%。
根據(jù)對(duì)地鐵的用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分析,能耗和用電量均主要分布在列車牽引用電和車站內(nèi)各種動(dòng)力設(shè)備用電, 包括通風(fēng)設(shè)備、自動(dòng)扶梯、照明、控制設(shè)備等方面。在車站所有機(jī)電設(shè)備中,通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗又占總能耗的 70% 左右,因此牽引供電、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的節(jié)能潛力很大,更是節(jié)能工作的方向。
站在全生命周期的角度來分析城市軌交用能特點(diǎn)和系統(tǒng)能耗情況是節(jié)能優(yōu)化的前提,也是落實(shí)節(jié)能效益的 基礎(chǔ)。建筑設(shè)施以及系統(tǒng)設(shè)備的節(jié)能措施應(yīng)依據(jù)線路的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備采用和控制等因素,綜合分析并采取有效的實(shí)施管理,才能獲得實(shí)際效益。
以上海地鐵為例,為實(shí)現(xiàn)綠色地鐵貢獻(xiàn)節(jié)能減排的“乘方效應(yīng)"的目標(biāo),方案籌劃之前通過實(shí)際能耗狀況 調(diào)研,分析不同線路和車站之間的用電差異總結(jié)不同車站類型、建筑面積、系統(tǒng)運(yùn)行管理與整體能耗表現(xiàn)的關(guān)聯(lián)性。此外,更從數(shù)據(jù)分析出發(fā)開展針對(duì)性的地鐵節(jié)能工作,并對(duì)比分析節(jié)能技術(shù)運(yùn)用的現(xiàn)實(shí)效益,以此在節(jié)能減排工作體系中尋求有效突破了大量能源的消耗??傮w而言,地鐵能耗主要表現(xiàn)為各系統(tǒng)能耗占比差距明顯,并且時(shí)間及區(qū)域分布不均衡。
1軌道交通的能耗特點(diǎn)
從對(duì)已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的地鐵線路能耗數(shù)據(jù)分析,可以看出地鐵系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的基本能耗特點(diǎn)。在考慮當(dāng)?shù)氐貐^(qū)客 觀氣候特點(diǎn)和公共交通需求響應(yīng)的基礎(chǔ)上,軌道交通能耗的時(shí)間分布與大眾出行的時(shí)間基本一致。軌交環(huán)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)均考慮了當(dāng)?shù)靥鞖狻⒄军c(diǎn)客流、運(yùn)行負(fù)荷等因素在內(nèi),并在設(shè)計(jì)時(shí)留有余量。由于站內(nèi)外的溫差較大導(dǎo)致冷凍水泵、冷卻水泵、冷水機(jī)組、風(fēng)機(jī)、空調(diào)等環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行,往往造成了大量能源的消耗??傮w而言,地鐵能耗主要表現(xiàn)為各系統(tǒng)能耗占比差距明顯,并且時(shí)間及區(qū)域分布不均衡。
為實(shí)現(xiàn)新型標(biāo)準(zhǔn)車站建筑對(duì)比其他同類型車站綜合節(jié)能率為 15% 以上的目標(biāo),在對(duì)先行示范車站的實(shí)踐分析的基礎(chǔ)上,規(guī)范系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)能措施主要針對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備選型以及自動(dòng)控制應(yīng)用方面。站臺(tái)設(shè)定采用的風(fēng)水聯(lián)調(diào)聯(lián)動(dòng)空調(diào)系統(tǒng),有效地降低車站空調(diào)運(yùn)行能耗。同時(shí)全線配以 LED 照明和智能燈光控制系統(tǒng),減少光污染之余更在降低能耗方面取得明顯成效。
本文應(yīng)用 eQuest 能耗模擬軟件,模擬分析上海 18號(hào)線一期標(biāo)準(zhǔn)車站的全年能耗表現(xiàn),見圖 3。通過分設(shè)系統(tǒng),綜合分析確定影響車站通風(fēng)空調(diào)能耗的主要因素。此外,采用逐項(xiàng)類比的方法來確定單項(xiàng)節(jié)能措施的應(yīng)用成效。
2地鐵車站節(jié)能措施
鑒于車站環(huán)控系統(tǒng)的組成及能耗因素的影響,總結(jié)其他建筑節(jié)能優(yōu)化及措施應(yīng)用效益的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,針對(duì)性地對(duì)不同系統(tǒng)采取相應(yīng)有效的節(jié)能措施,其節(jié)能效益還是十分顯著的。
首先在照明系統(tǒng)方面,減少不必要的照明(例如在保證安全的前提下,亞光材料的反光涂料可以減少長(zhǎng)條燈帶的設(shè)置),選用 LED 節(jié)能性燈具。同時(shí)配合自動(dòng)感應(yīng)控制,單獨(dú)照明系統(tǒng)的節(jié)能表現(xiàn)對(duì)比基本節(jié)能要求可達(dá)到 50% 以上,平均節(jié)能率超過 30%。所以根據(jù)實(shí)際使用情況,制定合理的相關(guān)照明指標(biāo)要求,大力采用節(jié)能燈具結(jié)合布局改善既是對(duì)地鐵照明系統(tǒng)節(jié)能有效的策略。
由于站臺(tái)建筑的特殊性,在考慮設(shè)計(jì)規(guī)范要求衡上 , 空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫差的設(shè)定應(yīng)相對(duì)略微提高,這樣既避免系統(tǒng)結(jié)露情況的出現(xiàn),在實(shí)際使用期間滿意調(diào)研上也得到較為滿意的結(jié)果。合理適度地提高送風(fēng)溫差,盡可能地降低送風(fēng)量,降低系統(tǒng)能耗的上限值是從根本上提高能效的手段。站臺(tái)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是考慮滿足運(yùn)行期間客流量條件下的需求,但實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中客流量往往不會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)值狀態(tài),所以對(duì)大系統(tǒng)采用變頻裝置及時(shí)按需調(diào)節(jié)風(fēng)量是有效的節(jié)能手段。數(shù)據(jù)分析顯示通過變頻控制,可以使風(fēng)機(jī)風(fēng)量平均減少 30%,其功率耗能減少 45%。
在采用有效空調(diào)設(shè)備的同時(shí),實(shí)行風(fēng)水聯(lián)調(diào)的控制手段也是降低空調(diào)能耗重要策略。車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)形式復(fù)雜,一者是設(shè)備較多,再者設(shè)備之間相互關(guān)聯(lián)交叉,系統(tǒng)獨(dú)立控制難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)期。
基于系統(tǒng)效率原則、考慮負(fù)荷對(duì)冷量的需求變化,全局化動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)模式的風(fēng)水系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制很好地保證不同情況下通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行表現(xiàn)。先行試驗(yàn)車站的實(shí)際研究表明,風(fēng)水變頻控制的引用使空調(diào)季節(jié)車站通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能率提升 30% 以上,大幅降低了車站運(yùn)營(yíng)的整體能耗及運(yùn)營(yíng)成本。
此外,節(jié)能電梯和高性能電氣設(shè)備的高比例應(yīng)用在車站長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)營(yíng)的過程中也有相當(dāng)?shù)墓?jié)能貢獻(xiàn)。
3 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)
(1)概述
Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺(tái),建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺(tái)。用戶僅需購(gòu)買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器,選配網(wǎng)關(guān),自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。
該平臺(tái)提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)維管理等功能,并支持多平臺(tái)、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。
(2)應(yīng)用場(chǎng)所
本平臺(tái)適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。
(3)平臺(tái)結(jié)構(gòu)
(4)平臺(tái)功能
◆電力集抄
電力集抄模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示,以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測(cè)'、遙信、遙控控制,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測(cè)和統(tǒng)一管理;在數(shù)據(jù)資源管理方面,可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運(yùn)行(包括歷史和實(shí)時(shí)參數(shù),并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)查詢或打印,提高工作效率,節(jié)約人力資源。
變壓器監(jiān)控
配電圖
◆能耗分析
能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù),實(shí)現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理,使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機(jī)結(jié)合起來,運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù),進(jìn)行離線生產(chǎn)分析與管理,實(shí)現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度,優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源,提高能源質(zhì)量、降低能源消耗,達(dá)到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
◆預(yù)付費(fèi)管理
1)登陸管理:管理操作員賬戶及權(quán)限分配,查看系統(tǒng)日志等功能;
2)系統(tǒng)配置:對(duì)建筑、通訊管理機(jī)、儀表及默認(rèn)參數(shù)進(jìn)行配置;
3)用戶管理:對(duì)商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠(yuǎn)程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作;
4)售電管理:對(duì)已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作;
5)售水管理:對(duì)已開戶的表進(jìn)行遠(yuǎn)程售水、退水、記錄查詢等操作;
6)報(bào)表中心:提供售電、售水財(cái)務(wù)報(bào)表、用能報(bào)表、報(bào)警報(bào)表等查詢,本系統(tǒng)所有的報(bào)表及記錄查詢,都支持excel格式導(dǎo)出。
預(yù)付費(fèi)看板
◆充電樁管理
通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控,同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營(yíng)的所有功能,包括城市級(jí)大屏、交易管理、財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。
充電樁看板
◆智能照明
智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè),也可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)策略配置及后臺(tái)遠(yuǎn)程管理和移動(dòng)管理等,降低路燈設(shè)施的維護(hù)難度和成本,提升管理水平,并達(dá)到一定節(jié)能減掛的效果。
監(jiān)控頁(yè)面
◆安全用電
安全用電采用自主研發(fā)的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測(cè)器,對(duì)引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素(導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流)進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計(jì)分析,并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員,指導(dǎo)企業(yè)實(shí)現(xiàn)及時(shí)的排查和治理,達(dá)到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患,實(shí)現(xiàn)“防患于未然"的目的。
◆智慧消防
通過云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢(shì)分析,幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。原先針對(duì)“九小場(chǎng)所"和危化品生產(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白,適應(yīng)于所有公建和民建,實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防,實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統(tǒng)化"、用電管理“精細(xì)化"的實(shí)際需求。
(5)系統(tǒng)硬件配置
4結(jié)語
關(guān)注地鐵總體能耗比例較大的通風(fēng)空調(diào)的節(jié)能,是地鐵節(jié)能實(shí)施的要點(diǎn)。實(shí)際了解車站具體的環(huán)境因素,確定合理的室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)值,是提升能效的重要前提。在采用節(jié)能設(shè)備的同時(shí),各系統(tǒng)根據(jù)情況變化相應(yīng)地調(diào)節(jié)其運(yùn)行狀況,是優(yōu)化系統(tǒng)能耗的關(guān)鍵所在。
本文通過分析上海地鐵 18 號(hào)線一期車站建筑能耗表現(xiàn)與節(jié)能措施的效果,總結(jié)了地跌主要節(jié)能措施的應(yīng) 用,為今后地鐵節(jié)能優(yōu)化工作給予參考。面對(duì)不同的車站類型、站臺(tái)規(guī)模、運(yùn)行模式和客流特征等因素,仍然需要通過分析研究及實(shí)際調(diào)研的方法,結(jié)合包括建筑設(shè)計(jì)、土建技術(shù)、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量等因素,實(shí)現(xiàn)地鐵更優(yōu)的能效表現(xiàn)。