城市轨道交通本身并不产生污染,但由于其高密度、大运量的运营特性,必然带来大量的能源消耗。以上海轨道交通1号线(莘庄———共富新村)为例,仅2006年7—9月的耗电量就高达4 728. 5万kW·h,电费高达3 000多万元。其中,牵引用电约占总用电量的50%,其它为空调及照明用电。为此,节能降耗问题已引起城市轨道交通业界的关注。目前,部分节能措施如屏蔽门、节能灯、限制使用黏土多孔砖等已经在城市轨道交通中得到广泛应用。但是将一条线、一个车站或一座停车场作为一个整体来设计构思,以最大限度地高效利用能源及开发利用可再生能源仍有待研究。本文从节能设计的系统性角度,以一个城市轨道交通停车场为例进行分析。
2 停车场节能的基本途径
城市轨道交通停车场一般位于郊区,占地面积大,单体建筑多,功能分区明确,在利用阳光、空气、水、绿化、土壤等自然资源方面有着得天独厚的有利条件。停车场的节能应从方案设计阶段开始,通过确定合理的建筑规模,高效率地利用空间,以节约土地特别是耕地的占用量;同时,应将新材料、新技术的应用和高品位的建筑设计融为一体,达到节约投资、减少建筑能源消耗的目的。
2. 1 自然通风的运用
由于停车场的选址远离市区噪声源和污染源,故应尽量利用自然通风,以改善建筑物内部环境。自然通风能为室内提供新鲜空气,有利于人们的身体健康,同时能有效实现被动式制冷,减少对空调的依赖,节约能源。
为了有效利用自然通风,在建筑布局时应使建筑物面向夏季夜间风向;房间进深不宜过大,一般情况下平面进深不超过楼层净高的5倍;建筑物的门窗开 口位置及走道的布置、建筑开口和内部隔断的设置等都要起到对气流的引导作用,这样有利于穿堂风的形成。同时应将通风设计、光照设计及供暖/降温结合起来考 虑,在可能的情况下充分利用水面、植物来降温。以上海轨道交通1号线富锦路停车场综合办公楼二楼平面图(见图1)为例,通过对门、窗及内部隔断等的布置稍作修改,在不改变建筑使用面积的情况下形成穿堂风,大大提高了建筑的通风效果(见图2);同时利用玻璃中庭的拔风效应,促进自然通风(见图3)。
2. 2 利用雨水资源
从长远的观点看,充分利用雨水资源是非常值得推荐的。雨水属于优质杂排水,主要污染物为灰尘,处理方法简单。目前上海轨道交通1号线梅陇基地的用水量达86万m3/a,光停车场水费支出一年就达数百万元,非常有必要开展节能研究。富锦路停车场的 设计用水量达10万m3/a。其中生产用水约为40m3/d,主要用于车辆外部的冲洗,其主要污染物为悬浮固体。设计中在洗车库附近设置了沉淀过滤池的地 埋式洗车废水回用装置。该装置对洗车废水进行矿油分离等处理后循环使用,因此完全可以用经过处理的雨水来替代自来水作为洗车用水。富锦路停车场实行生产、生活污水分流制,以及雨、污水分流制,雨水系统纳入场内新建雨水泵站,就近排入六里塘。这种设计为雨水的回收利用带来了便利。根据停车场的平面布置,可利用停车场的运用检修库、洗车库、镟轮库、材料库等屋面原有天沟排水系统收集雨水进行循环利用。可用于收集的总屋面面积约6 hm2。整个屋面可收集到的雨水量为:
W =H·A·K1·K2·K3=16 373.34 m3/a
式中:
H———年平均降雨厚度,上海地区取1. 123 m;
A———可收集雨水面积;
K1———综合径流系数,取0. 9;
K2———有效降雨收集系数,取0. 3;
K3———初期雨水折减系数,取0. 9。
收集来的雨水经过处理后不仅可用来洗车、浇洒道路,还可以有针对性地冷却建筑构件(见图4)。一般来说,停车场运用检修库夏季室内高温闷热。如上海轨道交通3号线石龙路运用检修库由于是钢结构彩钢板建筑形式,保温隔热效果不佳,夏季白天室内温度高达40℃。而上海轨道交通4号线蒲汇塘停车场运用检修库采用预应力混凝土结构,屋面植被绿化,比较好地降低了室内的温度;但是预应力混凝土结构由于屋面自重较重,框架柱截面较大,减少了库内的使用空间,且混凝土结构在建筑废弃后难以再利用和降解,因此这种形式不建议推广。富锦路停车场运用检修库吸取了上述两种形式的优点,采用现浇钢筑混凝土排架结构,屋面采用网架结构,屋面透光性好,自重较轻;但夏天阳光照射仍可能引起室内温度过高,可以通过在屋面顶部安装喷洒蒸发装置对屋面进行冷却(见图5)。
2. 3 太阳能利用
2. 3. 1 天然采光
把天然光引进室内照明,不仅节约资源,保护环境,还可以创造出舒适的光照环境,有益于身心健康。大面积的窗户采光较好,但也会带来更多的热损 失。窗户的数量和面积应根据建筑形式处理要求、自然光照和能耗等综合确定。比较合理的经验值是窗户面积为室内面积的20%左右。相对于墙面上的窗户,透明 屋顶将提供更好、更广泛的自然照明,但容易引起室内温度过高。停车场的运用检修库、洗车库等 操作工区若选择在屋面顶部安装喷洒蒸发装置,可考虑采用由阳光板或亚克力材料制作的透明屋顶,或增加采光带的面积,以获得更好的照明效果。此外,办公楼采 用玻璃中庭向上部分逐渐扩大,将能获得更多的自然光线。进深较大的餐厅或开放式办公区为充分利用自然光,在必要的情况下可利用反光板采光,如图6所示。
2. 3. 2 太阳能采暖
在寒冷的冬天,将综合办公楼玻璃中庭的通风口关闭,形成玻璃暖房,可以起到保温作用;还可以在窗户外侧安装保温窗帘,以减少夜间热损失。主要采暖房间应紧靠集热表面和储热体布置。
太阳能热水器作为一项成熟的技术已在富锦路停车场应用。太阳能路灯在富锦路停车场也有应用,但这种太阳能光电转化器目前仍属于无法收回投资的项目,故不建议在轨道交通工程中大规模应用。
2. 4 绿化及水的利用
恰当的绿化是改善城市和建筑物微气候环境的有效生态因素。建筑物周围的绿化在夏季可有效降低地表温度,从而为室内的自然通风提供可能;浓荫可以代替遮阳板起到防止太阳热辐射的作用;植被可吸收二氧化碳而提高空气中的氧含量,是室内空气质量的最佳保证。停车场信 号楼内主要安置信号设备,屋面面积大小适中、防水层处理较好、结构牢固,非常适于进行屋顶绿化。屋顶绿化可滞留50%的雨水,减少对排水设施的依赖。此 外,植物屋顶能保持比较稳定的室内温度与温度条件,还有额外的隔音、消声功能,可以改善信号楼的生态环境。门卫室、材料库宜采用墙面绿化,使建筑物与周围 景观融为一体。综合办公楼可在中庭采用室内绿化,以改善室内温度、湿度和空气舒适度。
水也是一个重要的生态要素,可以用来冷却空气。在综合办公楼附近挖人工池塘,将综合办公楼屋面及附近道路收集到的雨水送入池塘作为水源,并将进风口设在水面附近以冷却空气,达到自然通风降温的效果。在汛期,此池塘也可以起到泄洪作用。
2. 5 建筑材料与设备
建筑材料的选用要注意持久耐用,应尽可能选用由再生原料制成的材料,并积极利用可循环使用的建筑材料和构件;大胆使用新材料和新技术,以减少外墙热损失、提高门窗的绝热性和屋面的保温隔热性能。
3 结语
目前,可再生能源的利用需要较高的初期投入和维护费用,其是否能够在城市轨道交通领域内得到推广还需要决策者综合多方面因素决定。但城市轨道交通各车站、停车场应尽可能预留可再生能源利用的条件,这需要在总体设计阶段就做好规划。
