我國大型鐵路客站能耗特點及其影響因素研究

周皓華，楊坤麗

(西南交通大學建筑學院，四川成都610031)

鐵路客站是伴隨鐵路的誕生而產(chǎn)生的。一百多年來，隨著鐵路的發(fā)展，鐵路客站的內涵及形式不斷變化。隨著客運站運輸規(guī)模、服務質量和經(jīng)濟引擎功能的進一步提升，勢必造成成客運站能耗的大幅增長。不同于其他大型公共建筑，大型鐵路客站不僅“自變量”繁多，而且能耗巨大，舒適性要求不盡相同。對大型鐵路客站能耗特點和能耗影響因素進行研究將有助于客站節(jié)能工作的展開，為降低客站運營能耗指明方向。

1 我國大型鐵路客站能耗趨勢

鐵路客站是鐵路行業(yè)的能耗大戶?！笆晃濉逼陂g，我國鐵路結合客運專線和長大干線建設，拆建和改建一大批鐵路客站，以滿足鐵路運輸與城市發(fā)展需求，到2012年我國鐵路營業(yè)里程將由現(xiàn)在的8×104km增加到11×104km以上，其中高速鐵路達1.3×104km。與此相適應，到2012年，我國將建成804座現(xiàn)代化鐵路客站[1]。隨著客站規(guī)模的擴大和運輸工作量的增加，生產(chǎn)性能耗勢必隨之劇增，如生產(chǎn)性用水、用電等。

另外，長期以來鐵路客站由于其獨特的運輸技術優(yōu)勢，再加上我國經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域結構失衡，始終呈現(xiàn)出供小于求的局面，造成客站服務水平跟不上經(jīng)濟發(fā)展步伐。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，尤其是各種運輸方式之間的競爭日趨激烈，人們對客運的需求不再僅僅停留在技術水平，更重要的是服務水平上，這種要求尤其體現(xiàn)在具有城市交通樞紐功能的大型鐵路客站上。隨著客站服務質量特別是站房內部舒適度的提高，采暖空調、照明和電梯等設備能耗勢必增加。

再有，現(xiàn)代鐵路客站，特別是大型鐵路客站扮演著越來越重要的城市經(jīng)濟引擎角色，對車站周邊經(jīng)濟起到越來越多的拉動和整合作用，有朝著綜合性交通樞紐發(fā)展的趨勢，其勢必帶來的龐大的消費群體和更多的附加功能，相應的資源消費量和能耗規(guī)模勢必增大。

因此，隨著大型鐵路客站運輸規(guī)模、服務質量和經(jīng)濟引擎功能的進一步提升，勢必造成更大的能耗，給城市的能源供給布局、容量等帶來更大壓力。

2 我國大型鐵路客站能耗特點

2.1 我國鐵路客站用能特點

我國鐵路客站使用的能源主要有:電能、汽油、柴油、天然氣、煤氣、液化氣、蒸汽、煤炭等。不同客站使用的能源類型不同，并且所占比重差異較大。從能耗結構而言，不同月份能耗不同，并且不同客運站差異較大;從能耗部門而言，主要集中在空調系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。

2.2 我國大型鐵路客站能耗特點

2.2.1 從與大型商業(yè)建筑的橫向對比來看

大型鐵路客站由于“自變量”繁多，功能復雜，相對其他類型的大型公共建筑而言，其能耗特點表現(xiàn)出諸多不同。表1是我國2007年不同地區(qū)大型鐵路客站空調系統(tǒng)能耗調查結果。

表1 各地區(qū)大型鐵路客站空調能耗值[2]

《2007中國建筑節(jié)能年度發(fā)展報告》報道我國商場類建筑年能耗密度在200～300 kW·h/(m2·a)之間[2]?？梢钥闯龃笮丸F路客站僅空調能耗一項就超過了其他各類大型商業(yè)建筑各項能耗的總和。究其原因，主要有:

(1)客站的運行模式與商業(yè)建筑的不同。比如商場，只是在白天和部分晚上營業(yè)，而客運站一天中空調的運行時間要長很多，有時甚至是24 h不間斷運行。

(2)客站是大空間建筑，建筑層高遠遠大于人員活動區(qū)域的高度。該特點使得客站建筑室內空調能耗遠遠大于工作區(qū)域的空調能耗。而商業(yè)建筑的高度相對而言要小很多，因此其空調能耗要比客運站的小很多。

(3)客站為了追求站內通透開闊，站房建筑外圍護結構幕墻面積所占比例往往很大。另外，屋頂出于站房大跨度結構承重考慮，多為輕質材料。這樣就造成了站房外表皮保溫隔熱性能不佳，能量損失嚴重。

(4)客站的客流比商業(yè)建筑的復雜。建筑空調能耗的主要部分是新風能耗與人員能耗，客站的人流量是所有公共建筑里面最大的，且其復雜的人流特點也使客運站空調系統(tǒng)找不出明顯的年能耗高低峰，全年能耗都很大。而商業(yè)建筑的人流量要比客站的小很多，且簡單很多，可估算出空調能耗的高峰期出現(xiàn)在夏季，全年的能耗并不是很大，比較集中在高峰期階段。

(5)大量車輛和設備帶來的廢熱。在客站建筑中，會有車輛和機械設備運行時所產(chǎn)生的廢熱。另外，含有地下設施的大型鐵路客站，其地下軌道交通存在長期運行時產(chǎn)生的不易散發(fā)的土壤熱等特殊的微氣候特征。

當然客站作為大型公共建筑同樣具備其他公共建筑的一般特點，例如建筑設備自動化、辦公自動化、通信現(xiàn)代化等，同時作為交通樞紐也具有其自身的特殊性，比如大空間、高窗墻比、人員流動量大、照明系統(tǒng)復雜等。而這些特殊性都會在一定程度上增加室內的空調采暖負荷，也就增加了對能源的消耗。

2.2.2 從客站自身縱向比較來看

統(tǒng)計資料表明鐵路客站建筑單位面積能耗隨地域的變化差異不大，而與其體量和規(guī)模有關。尤其是當單棟面積超過20 000 m2，并且采用中央空調時，其單位建筑面積能耗是普通的不采用中央空調的能耗的數(shù)倍，并且其用能的特點和存在的主要問題也于一般規(guī)模的客站建筑不同。而本文所研究的大型鐵路客站體量和規(guī)模都很大，面積幾乎都超過20 000 m2，一般都采用了中央空調系統(tǒng)，如表2所示。

表2 大型鐵路客站站房建筑面積及空調系統(tǒng)

3 我國大型鐵路客站能耗影響因素分析

大型鐵路客站能耗主要集中在中央空調和照明，對空調和照明系統(tǒng)的能耗組成和能耗影響因素的分析便是客站能耗分析的主要內容。分析能耗組成和影響因素的目的在于為實施節(jié)能提供依據(jù)，從而更有針對性的組建節(jié)能措施。在建立節(jié)能措施時應重點把握能耗主要影響因素，為客站節(jié)能找準方向，并獲取最大空間。

大型鐵路客站一般都采用中央空調系統(tǒng)，全年使用頻次高，特別是冬夏兩季，使用時間長，能耗巨大?？照{負荷由建筑傳熱、日射負荷、內部負荷、新風負荷及其他負荷組成。從熱量的傳遞上說，無非就是從建筑外部熱量輸入、建筑表皮抵御外部熱量傳遞、建筑內部熱量散發(fā)這三方面著手考慮空調系統(tǒng)能耗問題。從具體能耗影響因素來看，其主要因素有室外氣候、室內設計溫度、新風標準、人員密度、燈具照明功率、空調設備功率、圍護結構，其中圍護結構因素主要包括墻體結構、屋面結構、窗戶結構、窗墻比、遮陽系數(shù)。當然，不同地區(qū)、不同季節(jié)同一因素對空調系統(tǒng)能耗影響程度肯定會不同，分析不同條件下影響客運站空調能耗的各項因素，得出其主次地位，方能更好地指導空調節(jié)能。

相對空調能耗而言照明能耗影響因素要簡單一些，與季節(jié)和人流密度關系不大。客站照明的主要使用部門是候車室和站臺，影響能耗的關鍵是照明功率密度和站房自然采光。照明功率密度LDP是指單位面積上照明安裝功率(包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器)。一個照明空間的受照面積是一定的，空間內總照明功率與照明功率密度成正比。LDP值越小，總功率越小，就越節(jié)能;LDP越大，總功率越大，就越耗能。自然采光在客站中的采用比比皆是，采光面積、采光部位、選用材料、構造做法等都會對采光效果造成影響，進而影響到室內照明能耗。值得注意的是，自然采光會對室內空調制冷和采暖產(chǎn)生一定的影響，要權衡好兩者的關系。

4 我國大型鐵路客站節(jié)能建議

針對大型鐵路客站的能耗特點，通過對其能耗組成和能耗影響因素的分析，可以從建筑單體的被動適應、設備系統(tǒng)的優(yōu)化處理和充分利用可再生能源三個方面考慮大型鐵路客站的節(jié)能，相關建議如下。

4.1 建筑朝向的選擇和體型系數(shù)的控制

對于新建和改建的鐵路客站，站房的朝向對節(jié)能十分重要，同樣平面形狀的站房、南北向比東西向負荷少，相同面積情況下，主朝向面越大，傾向越明顯，故站房應盡量采取南北朝向。

建筑物外表面積越小，冷(熱)負荷越小，故站房形狀應盡可能采用外表面小的圓形或方形。體型系數(shù)控制的要點是:(1)站房平面的寬度與深度之比不宜過大，長寬比適宜;(2)增加站房層數(shù)，減少占地面積;(3)站房的外形不宜變化過多，應盡可能簡潔，減少凹凸與錯落。對于已建車站這些方面很難落實，對于改擴建和新建車站可以按照這樣指導設計和建造。

4.2 充分利用自然通風和自然采光

高效的自然通風能有效減少空調全年開啟和運行的時間，降低能耗的同時保持站房內空氣的新鮮度和適宜的溫濕度。由于站房的大空間特性，特別是候車室空間有的超過了10 m，外圍護結構保溫隔熱性能不佳，站房內部環(huán)境受外界影響較大，加之室內人員數(shù)量波動大，所以室內空氣流動復雜，組織好站房內氣流路線尤為重要。

充分利用自然光，不僅能有效地節(jié)約能源，而且同樣可以極大改善候車環(huán)境。但自然光的引入要結合當?shù)氐臍夂蛱卣?，控制好站房頂棚的透光范圍和透光率，還有幕墻的遮陽，要合理處理夏季透光和傳熱的矛盾。如果能夠在恰當控制天然采光量的基礎上保證遮陽，就可以在有效減少照明能耗的同時降低日射帶來的空調冷負荷。

4.3 外圍護結構節(jié)能

建筑外圍護結構的節(jié)能具體體現(xiàn)在對相關部位材料的選用、構造形式及構造工藝的選擇上。大型鐵路客站幕墻和屋頂對能耗的影響尤為突出，對幕墻和屋頂?shù)墓?jié)能處理是大型鐵路客站外圍護結構節(jié)能的關鍵。目前其他類型的大型公共建筑中有采用雙層玻璃幕墻和雙層屋頂結構技術，節(jié)能效果不錯，可以嘗試應用到大型鐵路客站中。

4.4 設備系統(tǒng)優(yōu)化處理

大型鐵路客站能耗的主要部門是空調系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，分別占到60% ～80%和6% ～17%[2]，空調和照明系統(tǒng)的優(yōu)化處理是客站設備系統(tǒng)降低能耗的關鍵。必須說明的是，節(jié)能管理同樣至關重要，優(yōu)化技術措施的落實程度直接影響節(jié)能效果。

就空調系統(tǒng)而言，大型站房的候車空間一般都比較高大，空調方案的選擇、送風單元的空間布置很重要，設備的選型亦要注重其合理性、可靠性和經(jīng)濟性。照明系統(tǒng)的優(yōu)化應從照度的合理控制、光源形式的確定、燈具的合理選型、照明的控制模式等出發(fā)，結合建筑的空間特點及不同區(qū)域照度要求系統(tǒng)考慮，滿足節(jié)能的要求。

4.5 合理利用可再生能源

目前大型鐵路客站空調系統(tǒng)冷熱源種類較多且用能有季節(jié)性的特點，使用太陽能、地熱能等能源方式充當冷熱源進行供熱制冷可以得到較好的經(jīng)濟效益。此外，太陽能資源相對比較豐富的地區(qū)，大型鐵路客站的大屋面正好適合太陽能發(fā)電，不僅在一定程度上緩解了用電緊張，而且可以帶來巨大的社會效益。

[1]鄭健.當代中國鐵路旅客車站設計綜述[J].建筑學報，2009(4)

[2]李立清，馬衛(wèi)武，陳治亞.現(xiàn)代鐵路客運站能耗因素分析和節(jié)能對策研究[M].中國鐵道出版社，2010

[3]清華大學建筑節(jié)能研究中心.2007中國建筑節(jié)能年度發(fā)展報告[M].中國建筑工業(yè)出版社，2007