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摘 要：随着城市轨道交通的大力发展，对于其节能措施和效果的研究意义十分重要，需要采取合理的节能措施降低项目能耗。本文通过对影响地铁车辆能耗因素的分析，并根据地铁项目车辆的现状提出了相应的节能措施，通过现场测试，验证节能效果并提出了后续建议，从而为地铁运营节能优化和地铁车辆应用选型提供参考和借鉴。
关键词：地铁车辆;节能
引言
随着城市规模的迅猛发展，城市人口不断增多，交通拥堵越来越严重。城市轨道交通具有安全舒适、快捷正点、客流量大、节能环保等特点，是解决城市交通拥堵，实现大众绿色出行的重要途径，更是国家节能减排、打造绿色家园的发展纲要。随着中国城市轨道交通运营数量及里程不断增加，地铁列车作为城市轨道交通运营单位能源消耗大户，绿色节能逐步成为用户的迫切需求。
1影响列车能耗的主要因素
列车的能耗主要分为牵引能耗和辅助能耗两大部分。列车牵引能耗指列车运行过程中消耗的电能，主要受基础设施和运输组织模式影响。基础设施主要包括列车属性、线路属性和供电系统。运输组织模式主要包括列车技术速度、停站方案及运行方案等。列车辅助能耗指列车辅助电源系统在列车运行过程中消耗的电能，辅助电源系统各设备为列车空调、采暖、列车照明等提供电源。其中空调与照明由于技术的发展可采取适当的措施节省电能的消耗。
2永磁同步牵引系统优势
2.1节能减排
根据某地地铁1车辆能耗测试数据统计：永磁同步牵引系统列车在正常运营工况下，节能率在18%～35%;当地面能馈装置关闭时，平均节能率为19.68%;能馈装置开启时，平均节能率为34.91%。根据测试数据分析可知，当地面能馈装置启用后，永磁牵引系统车辆可极大地降低牵引能耗，真正起到节能减排的作用。
2.2降低噪声
地铁车辆牵引电机噪声的来源主要包括电磁噪声，机械振动、同轴风扇引起的空气动力噪声，机械噪声相对较小。在低转速时，由于风量较小，电磁噪声为主要噪声源;高转速时，由于冷却风量大，空气动力噪声是主要噪声源。列车进站或启动时，乘客对列车噪声感受较为敏感;列车低速运行时电机噪声是乘客感知噪声和乘坐舒适度的关键。永磁同步牵引电机采用全封闭结构，对电机内部产生的电磁噪声起到很好的屏蔽作用。永磁同步牵引电机的平均噪声值比异步牵引电机低，其中当电机转速在0～1900r/min时，永磁同步牵引电机的噪声较异步电机平均降低5.5dB（A）;在1900～4000r/min时，平均降低0.1dB（A）。可见，在低转速下，永磁同步牵引电机噪声明显低于异步牵引电机噪声。
2.3电机温升低
为分析地铁永磁同步牵引电机的温升情况，通过在电机外表面粘贴温度试纸，进行永磁电机温升测试。待列车正常运营结束后，车辆检修人员随机抽取永磁同步牵引电机，进行温度测量及温度试纸显示记录。因永磁同步牵引电机装有温度传感器，温度信号通过列车事件记录仪EDRM记录，并显示在车辆屏（HMI）上。列车载客运营回库后，将记录温度试纸显示的温度与HMI显示的电机温度进行对比，发现温度试纸和HMI显示的温度均不超过55℃，而运营相同时间的异步牵引列车HMI显示电机温度达到90℃。对温度试纸及温度传感器的数据进行对比分析，结果表明永磁同步牵引电机的温升在正常范围内，且低于相同工况下的异步电机。
2.4系统轻量化
永磁同步牵引系统设备中，辅助电源、制动电阻、高压箱采用与异步牵引系统相同型号的部件和设计。因此同容量的永磁同步牵引电机体积、重量较异步电机可以减少约30%，从而有效减少空间占比和能耗比，实现系统轻量化。
2.5功率密度高
经分析，永磁同步牵引电机功率密度相比异步电机更高，主要原因如下：（1）永磁体磁能积不断提升，永磁电机功率密度提高;（2）随着永磁电机效率的增高，电机的损耗降低，温升也随之减小，则在采用相同绝缘等级的情况下，永磁电机的体积设计更为紧凑。
2.6效率高
永磁同步牵引电机额定效率高于异步牵引电机，尤其是高效区范围远高于异步牵引电机。永磁同步牵引电机转子不需要励磁线圈，牵引电机没有减速器，因此，机械传动效率更高，列车的固定转动惯量系数也可以降低。此外，实际运营过程中地铁车辆频繁启停，牵引电机工况复杂多变，永磁同步牵引电机效率优势更加明显。
3辅助能耗节能措施
3.1变频空调节能原理
当空调制冷负荷小于空调机组额定制冷量时，定频空调机组由于不能适应制冷负荷需求，会造成客室温度波动，因此只能靠不断的开停压缩机来维持客室温度。而变频空调机组可以通过低频低功率运行来维持客室温度，因此制冷量输出能更接近车辆实际制冷需求。变频空调起动电流小（小于20A），辅助电源逆变器容量可节省一半，较低的起动电流与运行电流，使得系统可靠性提高;变频压缩机在低频运行时，冷媒流量减小，换热器的面积相对增大，导致蒸发温度提高，同时冷凝温度下降，因此压缩机的压缩比降低，理论能效比提高;低频下压比降低，系统容积效率提高，能效比增加。
3.2照明系统节能分析
LED技术在过去的几年里取得到了巨大进步。目前LED商业化产品光效可以达到110lm/W，而轨道交通客车上普遍使用的T8荧光灯只有80lm/W;另外，荧光灯是全方向发光的，在进行照明灯具设计时，只有部分光线是直接通过灯罩落在照明区域的，大部分光线都需要通过在指定位置放置一个反射镜或者光学装置来进行重新定向。而光线的每次反射，都将带来一定损失，再加上灯罩的损失，总体损失值通常会占光源光通输出的30%～50%，最终只有50%～70%的光通输出被利用起来。而LED发光具有方向性，通常其发光角度为120°，无需增加其他附件即可满足室内照明要求，同时，其光通输出损失环节只有灯罩，就整体灯具而言，使用LED作光源将带来更大的光效优势，（LED驱动器及镇流器效率均按85%纳入计算），LED灯具较荧光灯灯具节能30%以上。
4节能管理措施
根據该项目特点，项目运营单位成立由专人负责的节能管理部门对项目的用能进行统筹管理，项目节能管理部门的管理机构按三级机构设置。节能主管领导主要负责领导线路运营期间的节能工作。节能科室为节能工作的日常办事机构，是节能综合管理与监督、检查部门，在节能主管领导的组织下，做好单位日常节能工作的协调管理，督促、检查单位的各项节能工作，主要负责贯彻节能主管领导的决定，并检查执行情况。车站（车辆段）节能负责人是节能工作的基层人员，在节能科室的直接领导下，主要负责具体执行车站（车辆段）各项节能规定。
结束语
综上所述，项目各能耗系统采取多项节能技术措施，各项措施技术上合理。同时，结合地铁项目特点制定了节能管理措施。采取的节能措施具有一定节能效果，各能耗指标均有所下降。项目建成通车后将大大减少沿线交通出行总能耗，从而减少全社会能源消费，有助于当地节能目标的实现。
参考文献：
[1]宋敏华.城市轨道交通节能技术发展趋势研究[J].工程建设与设计，2009（1）：15-19.
[2]刘宝林.地铁列车能耗分析[J].电力机车与城轨车辆，2007（4）：65-68.
[3]汪波，李亘，陈小康，等.城轨车辆客室照明灯具主要性能对比分析[J].电力机车与城轨车辆，2014（3）：64-66.
[4]唐飞龙，韩庆军.地铁车辆能耗分析及节能措施研究[J].机车电传动，2020（04）：138-141.
关键词：地铁车辆;节能
引言
随着城市规模的迅猛发展，城市人口不断增多，交通拥堵越来越严重。城市轨道交通具有安全舒适、快捷正点、客流量大、节能环保等特点，是解决城市交通拥堵，实现大众绿色出行的重要途径，更是国家节能减排、打造绿色家园的发展纲要。随着中国城市轨道交通运营数量及里程不断增加，地铁列车作为城市轨道交通运营单位能源消耗大户，绿色节能逐步成为用户的迫切需求。
1影响列车能耗的主要因素
列车的能耗主要分为牵引能耗和辅助能耗两大部分。列车牵引能耗指列车运行过程中消耗的电能，主要受基础设施和运输组织模式影响。基础设施主要包括列车属性、线路属性和供电系统。运输组织模式主要包括列车技术速度、停站方案及运行方案等。列车辅助能耗指列车辅助电源系统在列车运行过程中消耗的电能，辅助电源系统各设备为列车空调、采暖、列车照明等提供电源。其中空调与照明由于技术的发展可采取适当的措施节省电能的消耗。
2永磁同步牵引系统优势
2.1节能减排
根据某地地铁1车辆能耗测试数据统计：永磁同步牵引系统列车在正常运营工况下，节能率在18%～35%;当地面能馈装置关闭时，平均节能率为19.68%;能馈装置开启时，平均节能率为34.91%。根据测试数据分析可知，当地面能馈装置启用后，永磁牵引系统车辆可极大地降低牵引能耗，真正起到节能减排的作用。
2.2降低噪声
地铁车辆牵引电机噪声的来源主要包括电磁噪声，机械振动、同轴风扇引起的空气动力噪声，机械噪声相对较小。在低转速时，由于风量较小，电磁噪声为主要噪声源;高转速时，由于冷却风量大，空气动力噪声是主要噪声源。列车进站或启动时，乘客对列车噪声感受较为敏感;列车低速运行时电机噪声是乘客感知噪声和乘坐舒适度的关键。永磁同步牵引电机采用全封闭结构，对电机内部产生的电磁噪声起到很好的屏蔽作用。永磁同步牵引电机的平均噪声值比异步牵引电机低，其中当电机转速在0～1900r/min时，永磁同步牵引电机的噪声较异步电机平均降低5.5dB（A）;在1900～4000r/min时，平均降低0.1dB（A）。可见，在低转速下，永磁同步牵引电机噪声明显低于异步牵引电机噪声。
2.3电机温升低
为分析地铁永磁同步牵引电机的温升情况，通过在电机外表面粘贴温度试纸，进行永磁电机温升测试。待列车正常运营结束后，车辆检修人员随机抽取永磁同步牵引电机，进行温度测量及温度试纸显示记录。因永磁同步牵引电机装有温度传感器，温度信号通过列车事件记录仪EDRM记录，并显示在车辆屏（HMI）上。列车载客运营回库后，将记录温度试纸显示的温度与HMI显示的电机温度进行对比，发现温度试纸和HMI显示的温度均不超过55℃，而运营相同时间的异步牵引列车HMI显示电机温度达到90℃。对温度试纸及温度传感器的数据进行对比分析，结果表明永磁同步牵引电机的温升在正常范围内，且低于相同工况下的异步电机。
2.4系统轻量化
永磁同步牵引系统设备中，辅助电源、制动电阻、高压箱采用与异步牵引系统相同型号的部件和设计。因此同容量的永磁同步牵引电机体积、重量较异步电机可以减少约30%，从而有效减少空间占比和能耗比，实现系统轻量化。
2.5功率密度高
经分析，永磁同步牵引电机功率密度相比异步电机更高，主要原因如下：（1）永磁体磁能积不断提升，永磁电机功率密度提高;（2）随着永磁电机效率的增高，电机的损耗降低，温升也随之减小，则在采用相同绝缘等级的情况下，永磁电机的体积设计更为紧凑。
2.6效率高
永磁同步牵引电机额定效率高于异步牵引电机，尤其是高效区范围远高于异步牵引电机。永磁同步牵引电机转子不需要励磁线圈，牵引电机没有减速器，因此，机械传动效率更高，列车的固定转动惯量系数也可以降低。此外，实际运营过程中地铁车辆频繁启停，牵引电机工况复杂多变，永磁同步牵引电机效率优势更加明显。
3辅助能耗节能措施
3.1变频空调节能原理
当空调制冷负荷小于空调机组额定制冷量时，定频空调机组由于不能适应制冷负荷需求，会造成客室温度波动，因此只能靠不断的开停压缩机来维持客室温度。而变频空调机组可以通过低频低功率运行来维持客室温度，因此制冷量输出能更接近车辆实际制冷需求。变频空调起动电流小（小于20A），辅助电源逆变器容量可节省一半，较低的起动电流与运行电流，使得系统可靠性提高;变频压缩机在低频运行时，冷媒流量减小，换热器的面积相对增大，导致蒸发温度提高，同时冷凝温度下降，因此压缩机的压缩比降低，理论能效比提高;低频下压比降低，系统容积效率提高，能效比增加。
3.2照明系统节能分析
LED技术在过去的几年里取得到了巨大进步。目前LED商业化产品光效可以达到110lm/W，而轨道交通客车上普遍使用的T8荧光灯只有80lm/W;另外，荧光灯是全方向发光的，在进行照明灯具设计时，只有部分光线是直接通过灯罩落在照明区域的，大部分光线都需要通过在指定位置放置一个反射镜或者光学装置来进行重新定向。而光线的每次反射，都将带来一定损失，再加上灯罩的损失，总体损失值通常会占光源光通输出的30%～50%，最终只有50%～70%的光通输出被利用起来。而LED发光具有方向性，通常其发光角度为120°，无需增加其他附件即可满足室内照明要求，同时，其光通输出损失环节只有灯罩，就整体灯具而言，使用LED作光源将带来更大的光效优势，（LED驱动器及镇流器效率均按85%纳入计算），LED灯具较荧光灯灯具节能30%以上。
4节能管理措施
根據该项目特点，项目运营单位成立由专人负责的节能管理部门对项目的用能进行统筹管理，项目节能管理部门的管理机构按三级机构设置。节能主管领导主要负责领导线路运营期间的节能工作。节能科室为节能工作的日常办事机构，是节能综合管理与监督、检查部门，在节能主管领导的组织下，做好单位日常节能工作的协调管理，督促、检查单位的各项节能工作，主要负责贯彻节能主管领导的决定，并检查执行情况。车站（车辆段）节能负责人是节能工作的基层人员，在节能科室的直接领导下，主要负责具体执行车站（车辆段）各项节能规定。
结束语
综上所述，项目各能耗系统采取多项节能技术措施，各项措施技术上合理。同时，结合地铁项目特点制定了节能管理措施。采取的节能措施具有一定节能效果，各能耗指标均有所下降。项目建成通车后将大大减少沿线交通出行总能耗，从而减少全社会能源消费，有助于当地节能目标的实现。
参考文献：
[1]宋敏华.城市轨道交通节能技术发展趋势研究[J].工程建设与设计，2009（1）：15-19.
[2]刘宝林.地铁列车能耗分析[J].电力机车与城轨车辆，2007（4）：65-68.
[3]汪波，李亘，陈小康，等.城轨车辆客室照明灯具主要性能对比分析[J].电力机车与城轨车辆，2014（3）：64-66.
[4]唐飞龙，韩庆军.地铁车辆能耗分析及节能措施研究[J].机车电传动，2020（04）：138-141.