长沙磁浮工程中部分节能技术的应用

夏再祎

(湖南节能评价技术研究中心， 湖南 长沙 410083)

1 引言

长沙磁浮工程线路自长沙南站东广场北侧引出，延劳动路南侧走行7.1 km至黄兴大道交叉前转向北上跨劳动路，下穿沪昆客专，沿黄兴大道走行1.1 km至机场高速公路折向东上跨黄兴大道东半副车道，延机场高速公路南侧走行，过收费站后上跨机场高速公路，延公路匝道接入位于T1、T2航站楼连廊处的磁浮机场站，线路长度18.55 km。全线设置三个车站，分别是火车南站、榔梨站、黄花机场站，预留会展站和汽车城站。

长沙磁浮工程于2014年5月16日正式开工，于2015年下半年建成，同年12月26日开始试运行，并于2016年5月6日正式投入载客试运营。磁浮列车采用3辆编组的方式，最大载客量为363人，设计最高速度可达100 km/h。在试运营中，列车计划以60 km/h的速度前行，最高速度达到80 km/h，从长沙南站至长沙黄花机场T2航站楼全程运行时间为19 min30 s[1]。

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前极为紧迫的任务。十届全国人大四次会议通过了我国的第十一个五年规划，首次提出了要将节约资源作为基本国策，发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济发展与人口、资源、环境相协调。城市轨道交通系统电能消耗巨大，节能降耗是运营单位节省成本的重要手段，更是实现轨道交通高效、便捷、廉价出行宗旨的重要保证。本文就长沙磁浮工程中线路、车站、建筑、控制等方面介绍工程设计建设中所采用的部分节能措施与技术。

2 线路及牵引供电节能措施

2.1 线路节能

在设计中合理考虑线路路径，尽量使线路顺直，在线路纵断面设计中，尽量减少坡度起伏。长沙磁浮工程规划设计线路直线段占比较大，利于列车保持匀速行驶节约能耗；因线路需下穿沪昆客专大桥，故该路段坡度起伏较大，规划时充分利用该坡段使列车驶进榔梨站时上坡，将动能转化为势能，一定程度上有利于减少能量消耗[2]。

图1 长沙磁浮快线线路走向

2.2 牵引供电节能措施

长沙磁浮工程供电系统设计采用分散供电方式，无需对沿线电力设施进行大量改造，节省了投资，兼顾能耗与工程投资的平衡。牵引供电系统采用DC1500V电压等级，第三轨供电、第四轨回流的方式。全线设计7处牵引变电所，其中四座变电所建设在线路三个车站与车辆段中，区间变电所1、区间变电所2、区间变电所3均匀分布建设在线路旁，减少了建设量与线路损耗。在运行时采取双边供电的方式对上下行线路进行供电，因牵引网的损耗正比于流过牵引网电流的平方，在其余条件不变的情况下，牵引网的电能损耗仅为单边供电时的1/4。

3 列车运行控制节能措施

在磁浮列车运行时，车体与轨道无接触，运行阻力较小，当磁浮列车启动加速到一定速度时，就可长时间处于惰性状态，惰行时间越长，平均能耗越低，但惰行太久便无法达到列车运行时效要求[3]。

磁浮列车在一段只有最高运营限速的平直路段运行过程为：从0开始启动加速，当速度到达当前线路最高限速时，进入惰行工况，当速度惰行至预设速度下限时再次开始牵引加速，之后反复这一过程，直至临近终点停车。在牵引加速与制动减速的过程中所用的时间与能耗与速度上下限的设置有着密切的关系，运营组织者可以根据实际客流量大小、运营时间要求设置合理的速度上下限，当下限为定值时，存在一个平均阻力最小的速度上限，使得列车运行过程能耗最低；同时适当提高列车运行速度下限可提高平均速度，降低列车平均阻力，进而节省运行时间，降低运营能耗。

4 车站空调系统节能措施

车站设备管理用房空调采用一级能效变制冷剂流量多联空调系统。系统依据室内负荷在不同转速下连续运行，减少了因压缩机频繁启停造成的能量损失；在制冷/制热工况下，能效比COP随频率的降低而升高，由于压缩机长时间工作在低频区域，故系统的季节能效比SEER相对于传统空调系统大大提高；在室内温度与设定温度差值允许的情况下采用压缩机低频启动的方式，降低了启动电流，电气设备将大大节能，同时避免了对其他用电设备和电网的冲击。

该多联空调系统具有能自动调节容量的特性，在系统初开机时室温与设定温度相差很大时，利用压缩机高频启动的方式，使室温快速达到设定值，缩短室内温度不适的时间，之后系统自动调节容量控制室温在很小的范围内波动，改善了室内的舒适性；极少出现传统空调在启停压缩机时所产生的振动噪声，且室内风扇电机普遍采用直流无刷电机驱动，速度切换平滑，降低了室内噪音水平。由于变频多联空调系统比冷水机组的蒸发温度高3 ℃左右，其COP值约提高10%。

5 照明系统节能措施

根据《城市轨道交通照明》(GB/T 16275—2008)要求，照明设计的照度标准见表1。

表1 照度标准值

5.1 公共区域广告照明对照度的影响

轨道交通车站站厅层沿车站两侧布置广告照明，站台层沿轨道两侧布置广告照明。广告照明对正常照明的增益达15%～30%。因此在设计中可将设计照度标准降低10%来计算正常照明的灯具用量，可节省一部分的灯具投资与照明能耗。

5.2 照明控制方式的节能

公共区工作照明与节电照明按照1∶1配置，将公共区划分区域，利用BAS(Building Automation System：建筑设备自动化系统)系统控制不同回路而形成照明的多种组合，可根据不同客流适当调整照度，达到节能目的，并均衡照明灯具的点亮时间，延长灯具寿命。根据经验值，该照明控制方法可节能20%～25%。

5.3 照明设备的节能

轨道交通车站照明时间长，灯具数量多，日间为乘客出行提供自然光照的补充照明与广告照明，夜间为前来车站进行施工、维护的人员提供施工照明。相较于轨道交通车站照明以荧光灯为主的现状，逐步更换为LED光源将有效的降低车站照明的能耗与灯具更换频次，在灯具使用寿命、节能效果、环保性、响应时间、人眼舒适度等方面LED灯具明显优于荧光灯[4]。

6 给排水及消防节能措施

规划设计通过对车站消防泵组配置的优化，既减少了设备初期投资，又降低了用电量；车辆段、控制中心、生活用水采用"市政水源——叠压供水设备(稳流罐)——加压泵——高位水箱——用户"的供水方式，系统具有运行稳定可靠、节水节电、自动化程度高、操作控制便捷等特点。

磁浮线路沿线水资源丰富，全线车站附近均有市政给水管网，沿线管网压力基本在0.2～0.3 MPa。直接采用市政管网供水不能满足站内消火栓系统的栓口压力，消防供水需设专用加压泵加压来满足；而生产、生活给水可通过放大管径来达到节约能源、由市政直接供水的目的。

7 建筑节能

根据长沙夏热冬冷的气候特征，为了节能环保，站台设置屏蔽门来防止冷热气散失；车站站厅层公共区和设备管理用房区域设置了可开启窗，以达到采光通风的目的；车站屋顶设置保温隔热层，站台两侧均经过计算在满足采光、通风、防雨、消防排烟、通透环境的前提下尽可能的减少开窗面积。

磁浮沿线车站与车辆段建筑门窗和玻璃幕墙均采用镀膜玻璃、贴膜玻璃等遮阳型的玻璃系统，或采用中空玻璃，有效的起到隔热的作用。

建筑设计方面采用节能、环保型材料，选择简洁、大方的装修风格，外墙颜色与线路特征色红色保持一致，不做过多繁琐、多余的装饰；对车站的建筑布局进行了合理设计，避免了空调通风、照明及电梯因设计不合理造成的能源浪费，同时对车站站内管理用房、设备用房等设施进行优化，合理布局，使占地面积尽可能的缩小，避免浪费，达到了节省建设时的一次性投资、运营时的运营成本等目的。

8 控制节能

8.1 空调通风系统节能运行控制

空调通风系统节能与系统的运行控制密切相关，在系统安全稳定运行的情况下，采取合理的系统变频措施或设备变频、级数调节措施(如：冷却塔的变频调节措施，车站隧道通风系统不同运营时段的级数调节，控制运行台数等)，不但可以较好的满足运营要求，也可以减少整个环控系统的电耗，具有很明显的节能效果。

另一方面提高控制系统的软件 部分自动化功能，使运行控制系统能自动检测环境相关的参数、空调系统的设备参数，将检测的参数进行相关计算，合理调节新风、空调系统的运行状态，将车站环境空间的空气参数调节到体感舒适状态并达到节能的要求。

在机械通风排热的场所，通风机设置温度控制启停，感应场所温度控制风机自动运行，以充分节省能耗与人工。

8.2 给排水设备节能运行控制

设置给排水自动监控系统，自动控制给排水设备的起、停等运行状态，达到节约能源的目的。地面建筑采用变频设备供水，用水量大时变频设备升高运转频率，用水小时降低运转频率，与无变频设备加压泵恒频运行相比，可技能20%～30%。

8.3 BAS节能优化设计

BAS系统主要监控各种传感器参数，安全门、照明系统、自动扶梯、给排水系统、设备室的温湿度、车站事故照明等机电设备的状态，通过有针对性的对程序算法、控制逻辑进行调整，可根据各传感器传回的参数参照设定的运营模式对上述设备进行集中操作，减少车站运行时的各项用电器的能耗。

9 结语

设置长沙磁浮工程项目各系统在设计建设时均贯彻了节能设计理念，通过线路、列车运行、牵引变电、空调、建筑、供水、控制等多方面采取节能措施和技术，为降低长沙磁浮快线的运营成本做出了一定的贡献，也可将上述措施推广应用至其他城市轨道交通领域，也期待有更多的企业参与到该领域的节能工作中来，更好的实现绿色出行、低碳出行的目标。