以广州地铁为例谈地下空间的节能研究★

张 煜 赵甲荐 郑俊颖 朱旭坚

(仲恺农业工程学院城市建设学院，广东 广州 510225)

以广州地铁为例谈地下空间的节能研究★

张 煜 赵甲荐 郑俊颖 朱旭坚

(仲恺农业工程学院城市建设学院，广东 广州 510225)

以广州地铁为例，阐述了广州地下空间能源消耗的现况和特点，研究了地下空间利用太阳能、LED节能系统等进行节能的措施，为城市发展与城市能源可持续利用提供了可行的解决办法。

地下空间，节能研究，地铁，太阳能，LED节能系统

随着人类文明的进步，人口的不断增加，土地资源日趋枯竭，人类为了延伸其生存领域开始不断地向地下空间发展。地下空间作为一个新的概念，其被许多学者和专家提出并进行论证研究，它的开发和利用必将引起社会发展的重大变革。但由于地下空间相对封闭，其采光、通风、冷控等方面都需要消耗大量电能，能源消耗问题十分突出[1-4]。然而可持续发展是未来城市建设的主题，地下空间开发利用的节能研究，已成为衡量一个城市现代化的重要标志。因此，地下空间的节能降耗对城市的可持续发展具有重大意义。本文以广州地铁为例，阐述了地下空间节能研究的相关举措及意义。

1 广州地下空间能源消耗

作为中国第三大城市的广州，在党中央和广东省委的大力支持下，于1997年6月28日开通地铁，是中国大陆第四个开通并运营地铁的城市。近年来,随着我国经济水平逐渐提高，广州的地铁事业也在迅速发展,在未来的几年，将会有更多的地铁线路建成并投入使用。纵横交错的广州地铁为人们的出行带来了极大的便利, 但也带来了各种能源的巨大消耗。众所周知,我国是一个能源相对比较缺乏的国家，地下空间的能耗问题尤显突出。因此,以广州地铁为例，进行地下空间的节能研究，便具有重要意义。

通过多次前往市二宫、江南西、大学城北、大学城南、体育西等50多个地铁站的现场调研发现，广州地铁系统的能源消耗主要是电能，且主要消耗于公用照明(见图1)、功能性标志牌(见图2)、电视视频宣传、地铁线路指示、文明宣传灯箱、广告灯箱等。

根据调研显示，广州地铁营业时间通常为6：30～23：30，每天多达17 h以上，而且全年基本没有节假日，全运营过程照明耗电量极大。此外由于地铁人流量极大，内部发热量大，空调开启时间也较其他公共建筑长，其冷冻机一般从3月中旬开启一直运行到11月下旬(整年空调开启时间会根据广州地区气候条件进行调整)，故地铁单位面积的电耗在公共建筑中是最高的。而在空调系统中，冷冻机电耗占空调总用电量的23%[23 kWh/(m2·年)]；冷冻泵、冷却泵和冷却塔耗合计占10.6%；地铁采用的是全空气系统，空调箱风机全年运行，因此风机电耗所占比重大，占所用空调系统总用电量的65.4%[65.4 kWh/(m2·年)][5]。

综合分析广州地铁和国内地下空间的能源消耗情况，其具有以下几个突出特点：

1)空调系统能耗高，电能是主要消耗能源；

2)单位面积能耗指标高，其耗电量在100 kWh/(m2·年)～150 kWh/(m2·年);

3)空调系统和照明系统是电耗的主要组成部分；

4)空调系统的风机、水泵耗电量偏高，在比重上甚至超过了冷冻机[1]；

5)地下空间必须全部依靠人工采光。

2 地下空间节能措施研究

2.1 健全能源使用管理体制

根据资料显示，过去我们注重传统意义上的能源安全，即保证能源在开采、运输和应用安全，忽略了由于能源的大量消耗引起的各种与可持续发展不协调、对生态环境产生致命性破坏的安全问题。随着能源与环境问题的日益突出，必须重视能源使用安全，即既要重视能源在开发、运输、消费过程中的安全问题，更要防治能源的使用对环境的污染与破坏，把能源安全与环境保护结合在一起进行考虑，协调好能源法与环境法两者之间的关系。

为保障能源安全与使用协调，就应健全能源法与环境法的协调机制，优化地下空间的能源使用方案。可根据人流量制定相应节能方案。如照明系统、运输系统、暖通系统不应全运营过程无差别通电，应根据人流量和环境情况决定多少照明灯通电、多少台制冷机运行等。

此外，电器停用时的待机状态耗能量也不可忽视。以某办公建筑为例，由于制冷机选型较大，夏季最热时仅需1台运行，为避免机器常年闲置失效，3台制冷机轮流运行，操作人员每天进行一次切换，其余两台处于待机状态。一台制冷量为1 582 kW的制冷机在待机状态下电流为10 A左右，3台制冷机全年待机电耗将高达12万kWh[5]。因此，在多台设备轮流使用的情况下，可以通过优化设备使用方案，减少设备待机耗能，杜绝无效益式能源消耗。

2.2 推广使用新型能源——太阳能

根据调研显示，目前我国电能仍有相当一部分来自于火力发电，面对经济社会高速发展的强大压力，火力发电方式再次对日益恶化的生态环境提出挑战。因此，推广使用新型能源对经济社会的可持续发展具有重大意义。

太阳能作为一种“零污染、高产出”的新型能源成为了我们关注的焦点。目前，我国大部分太阳能资源丰富的地区在应用太阳能光伏技术时多采用晶体硅太阳能电池板，其光电转换效率较高，约为12%～16%；而非晶硅的光电转换效率较低，只有10%左右[6]。

广州市地处太阳能资源丰富区，太阳高度角低，日照时间长，太阳能利用技术研究和太阳能产业发展较快，开发利用太阳能具有得天独厚的优势。

根据资料显示，广州平均年太阳总辐射为4 279.58 MJ/m2，年最小值为3 325.50 MJ/m2，年最大值为5 402.49 MJ/m2，总体呈显著减少趋势，减少速率为每年10.3 MJ/m2。夏季辐射丰富，冬季偏少，夏季总辐射量是冬季的1.57倍，月平均总辐射7月最多(475. 22 MJ/m2)，2月最少(226.67 MJ/m2)。每天的10:00～14:00太阳能资源最为丰富，期间每小时辐射强度均超过1.45 MJ/m2[7]。

根据广州的气候特征，可在大面积无遮挡且人流较少的地方采用太阳能光伏发电系统，既能保证发电的效率效益，又能够减少光污染问题对居民的影响。再结合广州一年的日照情况，宜选用晶硅薄膜电池。虽其生产耗能和造价都比非晶硅电池高，若全面推广经费较大。但在广州这个太阳能资源十分丰富的地区，大力推广晶硅薄膜电池利大于弊。一方面因为晶硅薄膜电池的光电转换效率高，投入回收效益好，另一方面其质量较好且使用周期长，符合可持续发展战略精神。因此，推广使用太阳能新能源对于地下空间节能具有重大意义。

2.3 使用新型节能设备——LED节能系统

在推广使用新型能源的同时，如何从源头节约地下空间照明系统和指示系统的耗能也是节能研究的重中之重。传统的照明灯、指示标志以及广告屏幕因其耗电高、寿命短、维修周期短而无法应对日益严峻的能源危机挑战。因此，研究新型节能照明系统势在必行。

LED节能系统在这样的时代呼唤下应运而生，其具有以下的突出优点：

1)与传统白炽灯和荧光灯相比，其发光效应并不依靠灯丝发热；2)电能的转化效率高，同样的发光效应电能消耗只有白炽灯的10%左右、荧光灯的50%左右；3)LED照明系统采用固体封装，整体结构稳定，平均使用寿命大于100 000 h，比普通荧光灯多9 000 h[8]；4)产品不含汞，在寿命结束废弃后，不会对生态环境造成二次污染；5)可回收利用，对可持续发展战略具有重要意义；6)光色柔和，对眼睛起到很好的保护作用。

根据调研统计，地下空间的电能使用中，超过40%的电能用于照明系统、指示标志系统和广告宣传系统。而目前国内仍有相当一部分的地下空间(如隧道和涵洞等)大量使用荧光灯和炽灯，虽其造价一次性投入较少，但并不符合可持续发展和资源的合理配置。从长远的角度上讲，地下空间引进LED照明系统、LED标志系统和LED广告系统，既能节能减排，又能满足群众的“公共养生”要求。

目前国内市场LED节能灯多种多样，按其主要组成部分可分为三种：

1)由草帽型小功率LED制成的LED节能灯，电源采用阻容降压电路。该种节能灯虽价格相对低廉，但质量较差，散热性能较差，在使用一段时间后，光色会变深，亮度降低。

2)由3528或5050贴片中小功率LED制成的LED节能灯，电源亦是采用阻容降压电路，相比草帽型LED，因具有导热基板，能散发一定的热量。但由于通电后电压电流不稳定，亮度也不恒定，光衰依然严重。

3)由大功率贴片LED制成的LED节能灯，电源则采用恒流隔离电路，即电流在通电过程几乎没有改变，亮度保持恒定。且具有良好的散热效益，能够让使用产生的热量及时散去，从而确保LED节能灯充分发挥“耐用”的优势。

结合广州地铁和国内主要地下空间对照明系统和指示系统的需求实际看，所用的LED灯往往需要满足长时间连续使用要求，并且在人流多的地方还必须具备不伤眼、不发热的特点。因此，从长远角度上讲，选用由大功率贴片LED制成的LED节能灯是最符合地铁空间照明要求的。

3 结语

节能理念应包括：尽量减少传统燃料、尽量减少建筑中技术设备开支、尽量减少可能的降温需求、尽量减少传送和通风过程中的热量损失、尽量减少能源和材料的消耗。因此，通过合理的制度保障、大力推广新型能源和新型材料，地下空间的能源使用情况将会有巨大的改善。这样的举措，既能够满足人民群众日益增长的物质文化需要，又能够促进经济与环境的可持续健康发展。提高能源使用效率和使用效益，增加城市乃至国家的能源竞争力，是我国未来经济社会发展的重要主题，节能研究势在必行。

[1] 谭柏平.我国能源安全面临的挑战及法律对策[J].广西师范大学学报(哲学社会科版)，2012,48(6):194-198.

[2] 广东省建设厅科教处.广东省太阳能开发利用情况调查报告[J].建筑监督检测与造价,2008,1(2):64-66.

[3] 罗承先.太阳能发电的普及与前景[J].中外能源,2010,15(11):37-39.

[4] 罗伯特·贡萨洛，卡尔·J·赫伯曼.建筑节能设计——从规划到施工[M].北京:中国建筑工程出版社,2008:186.

[5] 薛志峰.公共建筑节能[M].北京:中国建筑工业出版社,2007:25-57.

[6] 刘 柯,鲍家声.光纤采光照明系统在建筑中的应用[J].南方建筑,2006(9):91-94.

[7] 刘爱君,陈雯超,秦 鹏.广州市太阳能资源的分析与评估[J].广东气象,2014,36(3):59-61.

[8] 安星明.浅析地下空间节能关键技术[J].建筑节能,2012,40(5):43-46.

Discussion on underground space energy-saving research with Guangzhou subway as an example★

Zhang Yu Zhao Jiajian Zheng Junying Zhu Xujian

(CollegeofCityConstruction,ZhongkaiCollegeofAgricultureEngineering,Guangzhou510225,China)

Taking Guangzhou subway as an example, the article describes underground space energy consumption status and features of Guangzhou city, studies underground energy-saving measures including using solar energy and LED energy-saving system and so on, which has provided feasible solving methods for urban development and sustainable urban energy utilization.

underground space, energy-saving research, subway, solar energy, LED energy-saving system

2015-04-08★：广东省教育厅大学生创新创业训练计划项目(项目编号：K1133097)；广东省教育厅卓越人才培养计划项目(项目编号：KA1548883)

张 煜(1992- )，男，在读本科生

1009-6825(2015)17-0192-02

TU201.5

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