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杭州地铁车站节能现状与举措
发布日期:2019-02-28 17:27:20
胡杭杰, 严亚骏
( 杭州地铁集团有限责任公司运营分公司, 杭州 310000)
 
摘    要: 随着轨道交通行业的快速发展,如何降低地铁车站设备耗能问题逐渐成为轨道交通运营单位研究的 热点。 首先,结合杭州地铁运营分公司现阶段所采用的新型节能设备和节能管理措施,探讨车站耗电量较大 的空调通风系统、照明系统和电扶梯系统的优化方法。 最后提出,在非运营时间用多联式空调机组代替冷水 机组为小系统供冷,公共区域照明采用智能照明系统和灯具,根据客流量的不同限制站外电梯的开启时间和 “ 人走灯灭” 的管理模式优化节能管理。 通过优化前后的设备耗电量对比,说明优化方案有效降低了车站设备 耗能,为同行业的节能研究提供了一定的参考依据。
关键词: 杭州地铁; 耗电量; 照明; 节能
中图分类号: U231.1   文献标志码: A    文章编号: 1672 -  6073(2017)03 -  0098 -  04
 
Improving Energy Efficiency inHangzhouMetro Station
HUHangjie, YANYajun

( 0peration Branch, Hangzhou MetroGroup Co., Ltd., Hangzhou 310000)

Abstract: With therapid developmentofmetro industry, how to  reducetheenergy  consumption  ofstation  equipmenthasbe- comehotspotresearch topicfortheoperation branch ofurban railtransit.Theair conditioning system, lighting systemand ele- vatorsystem arethetop energy consumersin ametro station.Theoptimization method ofthesesystemsisdiscussed, by taking Hangzhou  asan example, in termsofnewenergy   saving equipmentand management.Itissuggested thatmultitypeair con- ditioning unitinstead ofcold waterunitshould beused atnon   operation timeforcooling.Intelligentlighting systemsand lamps should beinstalled in publicareas.Elevatorsoutsidethestation should beoperated strictly in linewith thepassengerflowsofthe station.Besides, lightsshould beautomatically turned offwithoutpassengers.Compared with thatbeforetheoptimization meth- od isused, theoptimized energy consumption ismoreefficient.
Keywords: Hangzhou Metro; powerconsumption; lighting; saving energy


       随着我国城市化进程的加快,城市地面交通拥堵 不断加剧,发展以轨道交通为骨干,常规公交为主体的 公共交通系统是发达国家解决交通问题的成功经验, 也是我国各大城市解决交通问题的必经之路[1] 。 轨 道交通是耗电大户,如何有效挖潜降耗使轨道交通真 正成为绿色交通工具已成为行业研究热点[2] 。 杭州 地铁三期规划已经获批,至 2022 年,杭州将拥有 10 条 地铁线路及多条城际轨 道 线 路 ( 见 图 1 ), 总 里 程 近 500  km[3] ,故采用新型节能设备和管理方 法对 降低运 营成本和节约能源具有重要意义。 以杭州地铁 2、4 号线全部车站近两年耗电数据为基础,结合其他地铁运 营管理经验,对地铁车站的能耗点分布、节能设备和管 理措施等方面进行探讨。

 


1   车站主要能起点分析
       城市轨道交通电能消耗主要分布在牵引用电和动 力照明用电两处,据杭州地铁运营分公司能耗报告显 示:2016 年 2、4 号线全年总耗电约 7 758 万 kWh,其中 牵引用电占 41%,车站动力照明用电占 58%。  车站动 力照明用电用于为车站提供良好的乘车环境和维持车 站的正常运转,主要由以下几个系统构成[4] :
       1)  通风空调系统,主要包括大系统、小系统、水系 统和隧道通风系统,主要用电包括冷水机组、组合式空 调机组、回 I排风机、和水泵等。  通风空调系统用电量 占运营总耗电量的 25% ~35%。
       2)  车站照明系统,主要包括:应急照明、公共区域 照明、设备和管理用房照明、导向照明、出人口照明、安 全照明和广告灯箱照明。  车站照明系统用电量占运营 总耗电量的 15%左右。
       3)  电扶梯系统,主要包括垂直电梯和自动扶梯两大设备,约占运营总耗电量的 9% ~13%。
       车站设备设计标准为 30 年后的远期[5] ,而杭州地 铁目前正处于初期运营的 3 ~5 年,客流量比远期小, 高低峰客流量变化较大,故车站的机电设备有很大的 节能潜力。


2   车站设备节能技术措施
2.1  空调通风系统
2.1.1  多联式空调系统

       在空调过渡季节,部分重要设备机房( 如信号、通信等) 因设备散热导致室内温度过高,需提前开启冷水 机组对小系统供冷;在空调季节,非运营期间站内一些 设备及管理用房仍需开启冷水机组。  冷水机组的功率 普遍偏大,耗电量大,其能效比值高于多联式空调系统( VRV) ,但传统冷水机组均为二次换热,相较 VRV而 言换热效率低,且 VRV系统具有 功率较小,能灵活控 制不同区域的温度,有效节约电能的优势[6] 。
       以杭州地铁 4 号线景芳站( 标准站) 为例,其小系 统冷水机组的总功率为 124  kW,与其供冷区域相同的 一套多联式空调机组的总功率仅为 50.4  kW。  2016 年7 月 21-31 日,期间的 21:00 至第 2 天 9:00,景芳站采 用冷水机组为小系统供冷,日耗电量约为 1 072  kWh; 2016 年 8 月 1-10 日( 期间环境温度与 7 月份测试时 间接近),期间的 21:00 至第 2 天 9:00,景芳站采用多 联式空调机组为小系统供冷,日耗电量约为 412  kWh。 计算可得:在使用 VRV的 情况下,每个标准站在 1 个 空调季节将节电超过 11.6 万 kWh,约合 9.8 万元人民币,节能 效 率 为 50% 左 右。  同 时, 在 空 调 过 渡 季 节 VRV设备能够缩短冷水机组的开启时间,减少机组的 损耗,延长机组的使用寿命,故杭州地铁运营分公司在 后期线路的规划中增加了 VRV设 备的配置, 同时在 2 号线东南段完成了 VRV设备的改造工作,总投资约300 万元人民币,预计 2 年内可回收成本。
 

2.1.2  蒸发式冷水机组
       杭州地铁初期采用冷却塔式冷水机组为空调机组 提供 7℃冷冻水,不仅占用了有限的地面资源,且噪声 和“ 飞 水” 对 周 围 的 居 民、 商 铺 和 景 观 有 一 定 的 影 响[7] 。  在 4 号线东南段首次采用整体式蒸发式冷水机 组( 见图 2),该机组将冷却水系统和压缩机组集成在 冷冻机房中, 在解决冷却塔占地问题的同时, 具有高 效、稳定和安装维护方便的优势[8] 。

 
 

       冷水机组的制冷效率不仅体现在压缩机本身的制 冷效率,同时还需考虑其配套设备( 冷冻泵、冷却泵和 冷却塔风机) 的总效率,现统计杭州地铁 2、4 号线车站 冷水机组总功率和系统能效系数如表 1 所示( 由于冷 却塔风机有 2 种工作状态,故总功率分 2 组数据)。
 

       可以看出,在满负载运行时, 总功率接近的蒸发 式冷水机组的能效系数略大于冷却塔式冷水机组的 能效 系 数。  在 实 际 运 行 状 态 下, 冷 水 机 组 负 载 为 70 %左右,此时冷却塔式冷水机组的冷却泵、 冷冻泵 和风机均在额定功率下运行,而蒸发式冷水机组的风 机则在变频状态下运行,故在实际运行中蒸发式冷水 机组的能效因子将比冷却塔式冷水机组的能效因子 大,即蒸发式冷水机组在制冷量相同的情况下比冷却 塔式冷水机组更节能。


2.1.3  变频器
       运营初期,客流量起伏较大,同时一年四季和一天 之内气温变化较大,若车站通风系统按照额定功率运 行将造成极大的浪费,且站内温度过低也将影响乘客 的舒适度。  对于风机,负载消耗的能量与电机转速的 3 次方成正比,采用变频器控制车站大系统风机的运行 状态。  根据运营经验,大部分运营时间内回 I排风机频 率在 30  Hz左右时,车站内环境达到动态平衡,根据节 能率公式计算可得[9] ,频率在 30  Hz时风机的节能率 为 78.4%。  据杭州地铁 4  号线车站运营能耗数据显 示,标准站的风机在变频状态下运行相比在额定功率 状态下运行,1 年大约能节省电能 23.8 万 kWh,同时风 机的故障率也相对较低。


2.2  照明系统
       照明控制进程主要经历了人工控制、时序控制和 自动调光控制 3 个阶段。  在地铁建设初期大多采用人 工控制的方式,完全取决于人们主观判断,容易造成能 源浪费和照度不足的现象。  随着计算机技术的发展智 能照明系统逐渐以其控制灵活、反应迅速、节约能源的 优势取代了手动照明系统[10] 。
       杭州地铁 2 号线东南段车站公共区域均采用 36 W 的普通照明灯具,以标准站为例,公共区域灯具总数为 724 盏,即公共区域照明灯具总功率为 26.1  kW。  4 号 线则选用了相同功率的智能照明灯具,能够灵活地根 据车站照明需求调节灯具亮度,有效节约能源。  以4 号 线的景芳站为例,平峰模式(40%亮度) 就能满足全天 公共区域的照明要求,平均每年比 2 号线标准站中非 智能照明系统可节约电能 9.4  万 kWh ( 按 运 营 时 间 18  h计算),根据能耗数据计算,采用智能照明系统后, 车站照明用电节省了 50%左右。  同时,杭州地铁集团 七堡车辆段裙楼也采用了智能照明系统,大大降低了 电能的损耗[11] 。  基于该系统灵活的控制模式和节能 优势,现已将该系统推广至后期线路的规划中。
 
 
3   车站设备节能管理措施
3.1  优化车站设备开关流程
3.1.1  通风与空调

       2016 年 2 月 1 日至 5 月 31 日,杭州地铁 4 号线进 行通风季节大系统节能模式测试, 测试采用“ 单送单 排” 模式,关闭大系统 50%的送、排风机。  测试结果显 示,节能模式能够满足通风季节车站的环控指数要求, 同时对比 2015 年同时期的动力、照明用电量,该模式 下每月能够有效降低动照电量 4.8%左右,调度部将继 续实施该节能模式( 见图 3)。


3.1.2  设备房照明
       减少管理用房和设备房照明。  设备房在元人状态 时关闭正常照明,只开启应急照明;管理用房元人时,必 须关闭正常照明灯。  标准站 1 年节省电能 3.2 万 kWh,2、4 号线 2016 年共节省电能 63.7 万 kWh。

 

3.1.3  电扶梯
       对出人口电扶梯实施单向低客流时间段停机的方 式运营。  根据客流量集中在早晚高峰的规律,2 号线东 南段和 4 号线首通段进站电扶梯大部分只在早晚高峰7:00 9:30、下午 16:30 19:00) 开启,车站扶梯工作 处于节能模式,与之前全天候开启相比,每年节能约电 能 75.34 万 kWh。


3.2  完善耗能计量系统的安装
       通过合理设置电能计量装置,实现能耗数据的分 类、分项、分户统计,为后续节能减排措施提供数据支 持。  技术人员可准确了解各系统的能耗态势,以使整 体评价和分析各系统的能耗情况,方使技术人员提出 有针对性的节能建议。


4   结语
       综上所述,随着越来越多新的智能节能设备的涌现和使用,大量减少了地铁车站耗电;节能管理办法改 变了车站部分设备的运行模式,能有效减少地铁车站 动力照明能耗。  随着地铁线路的不断增加,节能形式 也愈来愈紧迫,作为运营方更应该利用自身优势,大胆 尝试新设备,探索出新的节能道路。
 
 
 
收稿日期:2017 03 30   修回日期:2017 05 03
第一作者:胡杭杰,男,本科,助理工程师,设施保障部专业工程师,主要从事 轨道交通自动化专业与节能管理,huhangj e@hzmet「o.com

 
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