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軌道交通運(yùn)營的動力照明節(jié)能措施

文檔作者：龔偉文檔來源：上海交通大學(xué)機(jī)械與動力學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月27日
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第3O卷第3期
2009年6月
能源技術(shù)
ENERGY TECHNOLOGY
VO1．3O No．3
JurL 2009
軌 道交通運(yùn)營的動力照明節(jié)能 措施
龔偉
(上海交通大學(xué)機(jī)械與動力學(xué)院，上海200240)
摘要：軌道交通的能耗主要有列車牽引能耗和車站動力照明能耗組成，其中車站動力照明能
耗約占軌道交通總能耗5O 左右。根據(jù)目前上海軌道交通的運(yùn)營能耗的組成、特點以及運(yùn)營現(xiàn)
狀，由于列車的牽引能耗與列車本身、線路設(shè)置、運(yùn)行模式等較多因素有直接關(guān)系，開展節(jié)能技術(shù)改
造比較困難，節(jié)能空間也有限，不過車站的動力照明一般為通用用能設(shè)備節(jié)能工作相對較容易進(jìn)
行。從管理制度和技術(shù)改造兩方面，提出節(jié)能措施和建議，包括對照明系統(tǒng)的改造、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)
的變頻控制等手段，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
關(guān)鍵詞：軌道交通；動力照明；能耗；節(jié)能
中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： 文章編號：1005—7439(2009)03—0176-04
The M easures of Saving Energy for Power and Lighting in Operation Rail Tra nsit
GoNG W ei
(Shanghai Jiao Tong University School of Mechanical Engineering Shanghai 200240，China)
城市軌道交通作為大型的公共交通工具，與其
他公共交通方式相比其人均能源消耗量非常低，例
如在美國，每人每1 km耗用的能量，乘坐小汽車、
公交汽車和軌道交通分別為3．25，2．85，1．65 MJ；
在加拿大分別是3．75，1．50，0．25 MIl1]，因此城市
軌道交通是目前公認(rèn)的一種節(jié)能型公共交通方式。
我國是發(fā)展中國家，進(jìn)人21世紀(jì)以來，隨著工
業(yè)化和城市化步伐的加快，能源需求出現(xiàn)了前所未
有的快速增長態(tài)勢，從2001年的14．32億tce到
2006年的24．63億teeE引，5年的能源需求增長了
72 9／6。當(dāng)前的能源和環(huán)境壓力不容許我國的城市交
通像發(fā)達(dá)國家那樣以小汽車為主，只能以包括軌道
交通在內(nèi)的公共交通為主。近年來上海城市軌道交
通發(fā)展很快，到2012年上海將建成400 km以上的
軌道交通線路，根據(jù)遠(yuǎn)期規(guī)劃，上海將形成800 km
以上的軌道交通網(wǎng)絡(luò)，軌道交通在發(fā)揮重要客運(yùn)功
能的同時，將對上海的節(jié)能降耗作出很大貢獻(xiàn)。然
而城市軌道交通系統(tǒng)也是一個用能大戶，盡管這是
一種節(jié)能的交通方式，但是軌道交通運(yùn)行的總耗能
巨大，節(jié)能降耗也是一項重要工作，特別是軌道交通
的動力照明都是一些通用用能設(shè)備，節(jié)能潛力大而
· 】76 ·
且技術(shù)也比較成熟，本文將根據(jù)軌道交通用能的特
點，提出一些針對性的節(jié)能降耗建議。
1 運(yùn)營用能的組成及其特點
軌道交通的運(yùn)營能耗主要由列車的牽引用能，
以及車站、車輛基地和控制中心的動力照明用能組
成；其中動力照明設(shè)備主要包括空調(diào)系統(tǒng)的冷水機(jī)
組、冷凍冷卻水泵和各類風(fēng)機(jī)，自動扶梯、電梯、自動
售檢票設(shè)備、照明系統(tǒng)等。根據(jù)2005-2008年上海
軌道交通1號線(不含延伸段)的能耗統(tǒng)計，動力照
明約占整個運(yùn)營能耗的50 9／6左右，見圖1；以一個典
型車站為例，各機(jī)電系統(tǒng)的用電負(fù)荷統(tǒng)計如表1
所示。
由表1可知，車站通風(fēng)空調(diào)的用電功率約占車
站用電總功率的45 9／6，照明系統(tǒng)約占15．8 9／6，電梯
及自動扶梯約占13 ，民用通信約占5．6 ，給排水
及消防約占3．7 ，其他機(jī)電系統(tǒng)約占16．2 。其
中通風(fēng)空調(diào)、照明、電扶梯所占的比例大，用電量也
大，并且受季節(jié)、周圍環(huán)境和客流的影響用電量將產(chǎn)
生一定幅度的變化，其他機(jī)電系統(tǒng)負(fù)荷穩(wěn)定用電量
相對也較小。
龔偉：軌道交通運(yùn)營的動力照明節(jié)能措施
15 000．0
12 0oo．O
9 000．0
6000．0
3 000．0
O 0
_牽引能耗
日動力照明能耗
2005年 2006年 2007年 2008年
圖1 上海軌道交通2005-2008年1號線
(不含延伸段)的能耗情況
表1 典型車站機(jī)電設(shè)備及照明用電負(fù)荷一覽表
(1)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)車站的公共區(qū)通風(fēng)和空調(diào)
系統(tǒng)(大系統(tǒng))負(fù)荷與車站的客流、設(shè)備發(fā)熱量、列車
活塞風(fēng)、氣候條件等密切相關(guān)，由于全天各時段客流
變化比較大，空調(diào)的負(fù)荷和用電量需求也有較大的
變化。車站的設(shè)備管理用房通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)(小系
統(tǒng))的空調(diào)負(fù)荷主要是設(shè)備發(fā)熱，全天各時段變化不
大用電量比較穩(wěn)定，空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計要正確確定各
種用電設(shè)備的發(fā)熱量，合理選擇與熱負(fù)荷需求相匹
配的容量空調(diào)機(jī)組。車站的軌行區(qū)排風(fēng)系統(tǒng)用來排
除機(jī)車運(yùn)行剎車制動熱能以及列車頂部空調(diào)機(jī)組的
熱量，排風(fēng)量與列車行車密度有關(guān)，用電量是變
化的。
(2)照明等其他用電設(shè)備地下車站照明時間
長用電量較大，高架車站白天利用自然采光用電量
相對較小。自動扶梯的用電量較大，并且受客流影
響，特別是可能出現(xiàn)空載運(yùn)行浪費用電。車站給水
及消防系統(tǒng)均直接利用市政自來水的供水水壓，消
防系統(tǒng)平時不運(yùn)轉(zhuǎn)用電量小且穩(wěn)定。通信、信號、
AFC等弱電系統(tǒng)設(shè)備容量及用電量占軌道交通能
耗的比例較低，負(fù)荷波動變化較小，用電量相對穩(wěn)
定，但應(yīng)盡量減少這些設(shè)備的發(fā)熱量，從而降低環(huán)控
系統(tǒng)的負(fù)荷。
2 地鐵的動力照明能耗現(xiàn)狀
地鐵的動力照明設(shè)備特別是通風(fēng)空調(diào)、車站的
照明和自動扶梯都是通用用電設(shè)備，可以采用許多
成熟的通用節(jié)能技術(shù)進(jìn)行有效節(jié)能，因此有必要對
它們的用能現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析，挖掘節(jié)能潛力。
2．1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)
地鐵車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要由冷水機(jī)組、冷
凍冷卻水泵、空調(diào)箱、冷卻塔、軌道上下排熱系統(tǒng)、車
站公共區(qū)域及設(shè)備管理用房通風(fēng)系統(tǒng)、區(qū)間隧道通
風(fēng)系統(tǒng)等組成。上海地鐵冷水機(jī)組的設(shè)計和選購，
裝機(jī)容量的選擇通常按建筑物所在地的極端氣候條
件和遠(yuǎn)期使用需要冷負(fù)荷為依據(jù)，但在實際使用中
絕大部分時間達(dá)不到設(shè)計最大冷負(fù)荷和流量，一年
中只有幾十天時問中央空調(diào)處于最大冷負(fù)荷，大多
數(shù)中央空調(diào)的冷負(fù)荷有70 9／6以上的時間處于變化
之中。根據(jù)上海市的氣候特點，上海地鐵車站公共
區(qū)的冷空調(diào)運(yùn)行時間為5～6個月(每年的6月一11
月)，其余時間空調(diào)在通風(fēng)狀態(tài)下運(yùn)行，每天的運(yùn)行
時間平均17 h左右，和冷負(fù)荷一樣空調(diào)選型設(shè)計的
新風(fēng)量也是按遠(yuǎn)期早高峰客流量運(yùn)營條件來計算
的，但目前的客流量僅是遠(yuǎn)期客流量的1／3～1／2，
而且空調(diào)負(fù)荷的變化常常在40 9／6以上。因此上海
地鐵所選空調(diào)冷水機(jī)組和通風(fēng)設(shè)備的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于
初近期的車站負(fù)荷，目前的運(yùn)行存在著”大馬拉小
車”現(xiàn)象，機(jī)組效率低造成很大的能源浪費。
2．2 照明
目前上海地鐵系統(tǒng)的照明系統(tǒng)用能不盡合理，
已投運(yùn)線路的照明燈具主要有T8電感直管熒光
燈、環(huán)型熒光燈、I 型熒光燈、金鹵燈、高壓鈉燈、電
子節(jié)能燈等，其中還有部分熒光燈不是高效節(jié)能燈
具而且根據(jù)部分車站的照度測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)
· 1 77 ．
龔偉：軌道交通運(yùn)營的動力照明節(jié)能措施
車站的照度都有不同程度超標(biāo)。另外，車站照明系
統(tǒng)的分路采用一個控制回路控制一塊方形區(qū)域照明
的方法，沒有做到均勻間隔布置照明。
2．3 自動扶梯
目前，上海軌道交通車站安裝的自動扶梯大多
采用單速交流電機(jī)作為主機(jī)和鏈輪鏈條式傳動，額
定速度一般為0．50 m／s或0．65 m／s；其中1—4號
線建設(shè)時間比較早，絕大多數(shù)自動扶梯未安裝節(jié)能
控制裝置。由于實際運(yùn)行過程中自動扶梯有較長的
空載運(yùn)行時間，特別是在客流量小的車站以及客流
量變化較大的車站空載運(yùn)行現(xiàn)象十分嚴(yán)重，如果不
采用節(jié)能措施就會浪費大量電能。
3 軌道交通運(yùn)營節(jié)能措施
軌道交通作為公共服務(wù)性行業(yè)，節(jié)能工作的安
排，應(yīng)盡可能不影響正常運(yùn)營、不降低服務(wù)質(zhì)量，根
據(jù)先易后難原則，可以先從管理節(jié)能著手，再以技術(shù)
改造措施推進(jìn)節(jié)能降耗工作。技術(shù)改造應(yīng)當(dāng)先試點
后推廣，優(yōu)先普及技術(shù)成熟、見效快和節(jié)能效果好的
項目。
3．1 節(jié)能管理
從管理角度全面梳理和完善用能設(shè)備的操作規(guī)
程和節(jié)能管理制度，如制定《車站(高架、地面、地下)
站臺、站廳、出人口、區(qū)間等照明管理辦法》、《車站電
梯運(yùn)行管理辦法》等管理制度，制定、完善相關(guān)的考
核、獎懲制度，確保管理節(jié)能制度落實到位。加強(qiáng)對
工作人員進(jìn)行節(jié)能意識的宣傳，做好節(jié)能工作的培
訓(xùn)，深入開展節(jié)能活動例如征集節(jié)能金點子等，提高
員工的節(jié)能工作積極性，達(dá)到管理節(jié)能的目的。
3．2 空調(diào)系統(tǒng)
采用智能控制算法對空調(diào)水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控
制，提高設(shè)備效率降低設(shè)備運(yùn)行能耗。當(dāng)環(huán)境溫度、
空調(diào)末端負(fù)荷發(fā)生變化時，供回水溫度、溫差、壓差
和流量亦隨之變化，溫度傳感器將檢測到的參數(shù)送
至智能控制器，智能控制器依據(jù)所采集的實時數(shù)據(jù)
及系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)計算末端空調(diào)負(fù)荷所需的制
冷量，以及各路循環(huán)水供回水溫度、溫差、壓差和流
量的最佳值，調(diào)節(jié)各變頻器輸出頻率控制水泵的轉(zhuǎn)
速，改變冷凍水流量使水系統(tǒng)的供回水溫度、溫差、
壓差和流量運(yùn)行在智能控制器給出的最優(yōu)值。典型
的空調(diào)水系統(tǒng)控制框圖見圖2。
為實現(xiàn)提高設(shè)備的運(yùn)行效能達(dá)到最佳的節(jié)能效
果，可利用硬件及軟件技術(shù)的組合，以及對動態(tài)過程
圖2 空調(diào)水系統(tǒng)控制框圖
補(bǔ)償?shù)氖噶靠刂坪秃戕D(zhuǎn)矩調(diào)壓技術(shù)，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)
矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相匹配。通過變頻調(diào)速技術(shù)同步跟蹤
負(fù)荷也是一種有效的節(jié)能手段，例如通過采集室內(nèi)
回風(fēng)溫度、風(fēng)壓及各個標(biāo)點的室內(nèi)溫度，利用光電技
術(shù)采集列車駛進(jìn)和駛出信號，并結(jié)合溫控技術(shù)根據(jù)
負(fù)荷情況實時控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)系統(tǒng)處于高
效、節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)，可以很好地達(dá)到節(jié)能的目的。
3．3 照明系統(tǒng)
目前軌道交通車站大多采用36 w 的T8電感
整流式直管熒光燈具在能效上已經(jīng)落后，可以采用
高效節(jié)能的電子整流式T5熒光燈替代；為了減少
替代的施工量和對運(yùn)營的影響，可以采用專用的產(chǎn)
品T5轉(zhuǎn)換支架直接利用原來的照明線路，當(dāng)然結(jié)
合實際情況也可以進(jìn)行整套更新或者采用其他類型
的節(jié)能照明燈具。對設(shè)置不合理的照明控制系統(tǒng)回
路進(jìn)行改造，重新設(shè)計合理的控制分路，結(jié)合光控和
時控技術(shù)進(jìn)行分路改造，例如車站出入口與站廳的
照明可以分開控制，在非運(yùn)營高峰時期或夜間停運(yùn)
時，地面、高架車站及車站出入口的照明利用光控時
控可以根據(jù)需要部分關(guān)閉。另外，將照明系統(tǒng)的控
制接人車站的BAS系統(tǒng)，可以減少車站工作人員的
工作強(qiáng)度。
3．4 自動扶梯
為了減少自動扶梯空載運(yùn)行造成的電能浪費，
可以對車站內(nèi)空載時間占整天運(yùn)營時間比重較大的
扶梯進(jìn)行變頻節(jié)能改造，特別是客流少、列車行車間
隔長或者高峰與平時客流變化較大的車站，自動扶
梯應(yīng)用變頻技術(shù)節(jié)能效果非常顯著。在人員進(jìn)出相
對不頻繁的場所或時間段，當(dāng)空載持續(xù)時間到達(dá)設(shè)
定值后利用變頻技術(shù)把自動扶梯的運(yùn)轉(zhuǎn)由全速逐漸
減速至低速，直到有乘客踏上自動扶梯時，通過設(shè)置
在扶梯床蓋板人口處的光電感應(yīng)裝置獲得信號，由
變頻控制系統(tǒng)把自動扶梯逐漸提升至全速運(yùn)轉(zhuǎn)。
龔偉：軌道交通運(yùn)營的動力照明節(jié)能措施
3．5 屏蔽門系統(tǒng)
地下車站的通風(fēng)空調(diào)負(fù)荷還與車站環(huán)控的設(shè)計
有關(guān)。軌道交通常見的環(huán)控有閉式系統(tǒng)和屏蔽門
系統(tǒng)，其中屏蔽門系統(tǒng)采用屏蔽門分隔站臺及軌行
區(qū)，車站站臺的熱環(huán)境不受列車停站時發(fā)熱及隧道
溫度的影}吶，空調(diào)機(jī)組的負(fù)荷相對較小，有利車站節(jié)
能。
根據(jù)廣州軌道交通3號線通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)專題研
究報告的論證和計算結(jié)果，屏蔽門系統(tǒng)比開閉式系
統(tǒng)節(jié)能30 9／6以上Ⅲ3]。
4 結(jié)語
軌道交通雖然是一種節(jié)能型的交通方式，同時
軌道交通設(shè)備量大也是用能大戶，目前還有很大的
節(jié)能潛力。對動力照明系統(tǒng)運(yùn)營能耗的分析結(jié)果表
明，在落實節(jié)能管理措施的前提下，結(jié)合運(yùn)營線路車
站的實際情況采用合適的節(jié)能改造方案，可以進(jìn)一
步降低軌道交通的運(yùn)營能耗。另外，除了加強(qiáng)在運(yùn)
的軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營節(jié)能管理和積極進(jìn)行技術(shù)改
造節(jié)能外，軌道交通在建設(shè)規(guī)劃和設(shè)計時，就必須充
分考慮軌道交通的節(jié)能要求，這對降低整體運(yùn)營能
耗也是至關(guān)重要的。 ．
參考文獻(xiàn)：
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(上接第175頁) 表2 試驗性能參數(shù)表
工況
序號
熱源 冷卻水 冷凍水
最高溫度 流量 進(jìn)口溫度 出口溫度 流量 進(jìn)口溫度 出口溫度 流量
／4 ／(m。·h一 ) ／4 ／℃ ／(m3·h一 ) ／℃ ／4 ／(m。·h一 )
制冷量 r、r、p
／kW
o．074 24．3 31．3
0．074 25．2 32．4
0．074 24．8 32．0
0．074 25．0 32．2
0．074 24．7 31．5
一O．1
O．2
— — 0．5
0．1
O．1
— — 14．3 0．76
— 14．1 O．76
— — 14．8 0．76
— — 14．4 0．76
— 13．8 0．76
O．27
O．28
0．28
O．28
0．28
3 典型工況下機(jī)組運(yùn)行性能的驗證
表2給出了機(jī)組在標(biāo)準(zhǔn)工況下得到的試驗數(shù)
據(jù)，根據(jù)式(1)一(3)計算得到機(jī)組對應(yīng)各個工況下
的制冷量和COP數(shù)據(jù)也列于表中。從表中的數(shù)據(jù)
可知，該機(jī)組的實際制冷功率達(dá)到了設(shè)計的114 ，
COP達(dá)到了設(shè)計的140 ，機(jī)組滿足設(shè)計要求，各項
性能良好。
4 結(jié)論
通過本文的試驗研究和分析，可得出結(jié)論如下。
(】)機(jī)組的吸附床的傳熱傳質(zhì)性能良好，在吸
附和解吸過程中的溫度變化速度為1．8 K／rain。在
加熱和冷卻的初始階段，由于吸附床沒有發(fā)生吸附
和解吸，吸附床的溫度變化速度可達(dá)20 K／min。
(2)機(jī)組的蒸發(fā)器和冷凝器換熱性能雖然達(dá)到
要求，但是為了避免氨路壓力過大和減小冷凍液和
蒸發(fā)溫度之間的溫差，還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加冷凝器和蒸
發(fā)器換熱面積。
(3)機(jī)組整體性能良好，制冷量和COP分別為
l1．4 kW 和0．28，是設(shè)計要求的1．14倍和1．4O
倍。
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