城市轨道交通地下车站机电系统绿色低碳设计研究

夏玉启

合肥市轨道交通集团运营有限公司

安徽省合肥市

230001

摘要：随着城市轨道交通建设规模持续扩大，地下车站机电系统在运行阶段的能源消耗和碳排放问题日益突出。本文围绕地下车站暖通空调、给排水、供配电及照明等关键机电系统，系统分析其能耗构成与运行特征，在满足安全性、舒适性与可靠性的前提下，探讨绿色低碳设计的实现路径。通过对设备选型、系统配置、运行控制及能源综合利用方式的研究，提出适用于地下车站的节能降碳技术方案与设计策略。

关键词：城市轨道交通；地下车站；机电系统；绿色设计；低碳运行

引言：

在“双碳”目标背景下，城市轨道交通作为公共交通体系的重要组成部分，其建设与运营的低碳化水平受到广泛关注。地下车站空间封闭、人员密集、运行时间长，机电系统成为能源消耗和碳排放的主要来源之一。传统设计往往侧重功能实现与安全保障，对系统整体能效和运行优化关注不足，导致能耗偏高、运行成本增加。基于此，有必要从系统层面对地下车站机电系统进行绿色低碳设计研究，在保障运营品质的同时实现节能减排，为城市轨道交通可持续发展提供技术支撑。

一、地下车站机电系统能耗特征与低碳设计原则

1.1地下车站机电系统构成及运行特点

地下车站机电系统由暖通空调、通风排烟、供配电、照明、给排水、消防及自动化控制装置组成，运行以满足封闭空间的安全、舒适、耐久与连续服务要求。设备布置多位于站厅层、站台层及设备层，空间条件对机电管线布局与风道组织造成显著限制，使系统的压损、阻力和排布效率受到结构约束^[1]。列车进出站引起的活塞风使空气压力和气流形态呈周期性波动，机电系统需在动态工况下保持稳定输出。车站客流密度随时段波动而变化，使环境负荷难以维持恒定，需要机电系统具备快速响应能力。

1.2主要能耗环节与影响因素分析

机电系统能耗主要集中于空调冷量供应、动力风系统运转及照明运行，能耗构成受车站规模、客流活动、围护结构性能和外界环境变化影响。空调负荷受湿热交换、人员代谢、设备散热及空气渗透量影响明显，动力系统的风量变化与活塞风效应相关，照明设备则受车站功能区划和乘客视觉需求影响。为了识别能耗敏感环节，可建立典型车站的能耗构成分析模型并形成分项比重，该结构分布展示了影响负荷的重要来源，为低碳设计定位关键系统提供技术依据，见表1。

表1地下车站典型机电系统日均能耗构成

能耗环节	占比（%）
冷源及空调冷量	31
通风与动力系统	14
供配电损耗	11
照明系统	9
给排水及附属设备	6
其他不可分项	29

1.3绿色低碳设计的基本原则与目标

绿色低碳设计强调降低系统负荷、提升设备效率与优化运行方式，通过源头削减、过程管控和系统协同实现整体能耗下降。设计原则包括节能优先、分级控制和全寿命管理，将环境负荷变化纳入参数化模型，提高设计阶段的预测精度，使设备容量更贴合真实需求。设计目标在于构建高效冷源体系、实现智能化环境调节、优化照明分布及提升能源梯级利用水平。机电系统在保持安全与可靠性的同时，应通过结构设计、控制策略和设备组合提升整体能效，以适应多时段、多工况运行需求，形成适用于地下车站的低碳化技术框架。

二、地下车站机电系统绿色低碳关键技术应用

2.1暖通空调系统的节能设计与运行优化

暖通空调系统可通过冷源效率提升、空气组织优化和湿热处理改进实现节能效果。提高冷源侧设备的部分负荷性能，使制冷过程更加贴合车站客流波动特征。送风系统可采用分区调节与可变风量技术，使站厅与站台空气环境在不同时间段维持更合理的换气量。新风处理装置可通过热回收技术减少湿热处理负担，改善整体能效水平。优化后的系统与传统方式相比表现差异显著，多项性能参数获得改进，展现了暖通空调低碳化的可行性与实效性，见表2。

表2暖通空调优化前后性能对比

指标	传统系统	优化系统
冷源部分负荷性能系数	3.8	4.5
新风热回收效率（%）	0	50
送风系统调节精度（%）	15	5
单位冷量能耗（kWh/RT）	0.92	0.75

2.2供配电与照明系统的高效配置策略

供配电系统的高效化主要依靠减少变压器损耗、优化线路布置和提高功率因数。合理配置配电分区可降低线路压降，使供电更加稳定可靠。照明系统宜采用高效率光源，通过精准配光设计提高可用光通量，减少不必要的能量消耗。结合客流监测的照度调节方式能够使照明随空间使用状态变化，使车站环境在满足视觉需求的同时避免冗余亮度。应急照明可采用集中管理方式减少重复布置。照明布局与配电方案的协同优化能够提升系统整体的运行效率。

2.3给排水及综合能源利用技术应用

给排水系统的节能途径包括采用变频调速设备、优化水力平衡与合理配置储水设施。通过监测泵组运行压力和流量，维持更稳定的供水状态，使系统不因瞬时需求变化而出现高能耗输出^[2]。冷凝水收集和再利用技术可在车站环境清洁、绿化和湿度调节等场景发挥作用。综合能源利用方面，可利用隧道内部空气温度特性构建换热装置，使站台与站厅部分环境负荷得到削减。能量回收装置能够利用废风、土壤热及设备散热形成稳定的辅助能源来源，使机电系统呈现多层次的能量循环形态。

三、地下车站机电系统低碳化综合设计与实施路径

3.1多系统协同优化设计方法

多系统协同优化关注机电系统间的负荷耦合特性，通过建立跨系统逻辑关联提高整体运行效率。将暖通空调的空气流动特征与照明、客流、结构布局共同纳入模型，可构建连续变化的环境响应机制。供配电系统可依据负荷预测调整设备配置，使运行模式更加贴合车站多场景需求。风系统与列车活塞效应联动的算法能稳定站台压力波动，使空气组织获得更加顺畅的流动路径。

3.2智能化控制与运行管理策略

智能化运行依托传感器网络、预测模型与实时调节策略，使机电系统具有感知、判断与响应能力。环境参数、客流密度、设备负载等信息通过高频采集形成动态运行图谱，控制平台依据多维度输入生成调节指令，使冷源、风机、水泵等设备按照最优模式运行^[3]。智能算法能够识别负荷变化趋势，使设备运行不再依赖固定阈值，而是呈现适应性调节特征。照明系统可通过图像识别技术判定空间使用状态，使照度维持在视觉需求范围。

3.3绿色低碳设计效果评估与推广建议

绿色低碳设计的实施效果可从能效表现、运行稳定性与系统适应性等方面进行评估。评估体系可建立多指标模型，结合长期运行记录对设备响应质量与能耗偏移进行分析。示范车站在运行阶段展现出设备负荷更加平稳、环境控制更加精准的特点，使暖通系统、动力系统与照明系统的整体表现更趋合理。推广方面宜形成与不同车站类型相匹配的设计模板，使技术路线具备可复制性。

四、结语

综上所述，地下车站机电系统绿色低碳设计是实现城市轨道交通节能减排目标的重要途径，通过对机电系统能耗特征的深入分析，并结合先进节能技术与系统化设计方法，可在满足运营安全和服务品质要求的同时，有效降低能源消耗与碳排放水平。未来，应进一步强化设计与运营阶段的衔接，推动绿色理念在城市轨道交通工程中的持续深化应用。

参考文献：

[1]郭万鹏.城市地铁运维碳排放规律及减碳管理研究[D].重庆交通大学,2025.

[2]肖志春.城市轨道交通车站群组化管理模式下的机电系统方案探讨[J].智能建筑电气技术,2024,18(02):5-9.

[3]王环宇.城市轨道交通车站动力系统能耗体系分析与节能措施研究[D].北京交通大学,2018.

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