淺析地鐵照明系統(tǒng)的節(jié)能措施

1、CONSTRUCTION淺析地鐵照明系統(tǒng)的節(jié)能措施楊 卓城建設(shè)計發(fā)展分院200233摘要: 通過對已運行多年的某地鐵車站的照明系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)研 發(fā)現(xiàn)存在能耗浪費分析原因，主要是由光源、鎮(zhèn)流器、燈具和控制方式選用不正確所致。該文主要針對目前地鐵照明系統(tǒng)進行分析研究光源、鎮(zhèn)流器、燈具和控制方式的正確選用對照明系統(tǒng)節(jié)能的的節(jié)能措施提供可行方案。地鐵照明系統(tǒng)節(jié)能；光源；鎮(zhèn)流器；燈具；控制方法；配電方式作用，為地鐵照明系統(tǒng)TE08A均用電 900kWh 計算，到 2020 年后，506 個車站公共區(qū)域照明每年支出費1 研究背景能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我國眾多，能源資用將達 1 64 億眉睫

2、。所以地鐵車站公共照明的合理節(jié)能建設(shè)工作迫在源相對，人均擁有量遠低于世界平均水平，能源問題已經(jīng)成為制約經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要，節(jié)能是緩解能源約束，實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會3 地鐵車站照明系統(tǒng)節(jié)能措施研究節(jié)能措施就不能由一種控制方式或者一種產(chǎn)品所來完成，節(jié)能措施應(yīng)該是一種系統(tǒng)的、相互配合的體系。根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范及產(chǎn)品的創(chuàng)新，照明系統(tǒng)節(jié)能主要與工作面的照明水平；照度；光源的光效比；眩光；室內(nèi)材料的反射比；人工照明和自然光的綜合利用；控制方式等有關(guān)。在此主要從光源、鎮(zhèn)流器、燈具及控制方式四方面進行分析研究。3 1 光源照明系統(tǒng)的光源大致分為 白熾燈、熒光燈、高壓 燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等。選擇能適應(yīng)車站

3、、區(qū)間環(huán)境，選用發(fā)光效率高、使用壽命長、顯色性好、顯色指數(shù)高、啟動可靠、方便、快捷、性能價格比高的光源；燈具安裝高度較低的場所用采用高效發(fā)光的熒光燈；燈具安裝高度較高的場所適宜用金鹵燈或大功率熒光燈。嚴(yán)格限制使用高壓 燈及熱輻射光源（白熾燈、鹵鎢燈）。由于光效比低，限制使用功率 18W 熒光燈，多采用 36W 熒光燈。表 1 一般燈具技術(shù)指標(biāo)目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，、上海等各大城市地鐵正全面推進節(jié)能措施的進程。選用軌道交通方式作為未來城市公共交通的主要形式，本身就具有重要的節(jié)能意義，有利于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。但同時，軌道交通又是耗能大戶，仍有很大的節(jié)

4、能降耗潛力。與地面建筑相比，工照明措施，因此，建筑最大的特點是沒有天然采光，主要依賴人建筑的照明使用時間長、照度和可靠性要求高。尤其是建筑照明能耗占電力能耗的大，照明的地位越來越重要。照明是軌道交通車站的重要負荷之一。而且，照明的節(jié)能控制對于運營管理的要求較高，采用相互匹配燈具和正確的照明控制系統(tǒng)，能夠大大減輕照明節(jié)能對的依賴，提高照明節(jié)能的效果。這就要求設(shè)計應(yīng)該選取合適的照明控制系統(tǒng)、科學(xué)的配電方案、合理的光源、燈具等措施來來提高照明質(zhì)量和效果，從而達到節(jié)能的目的。目前各大城市的軌道交通均對照明節(jié)能提出了節(jié)能要求，這就要求設(shè)計總體需對全線的設(shè)計準(zhǔn)則作出的規(guī)定，這就必然要求設(shè)計對全線車站的設(shè)計

5、和節(jié)能作出系統(tǒng)的考慮。因此，本文針對曾經(jīng)設(shè)計過的某地鐵線路的照明設(shè)計中采用的節(jié)能方案，對其進行深入細致的真的分析。2 傳統(tǒng)地鐵車站照明系統(tǒng)現(xiàn)狀，認在以往的設(shè)計中，控制方式主要采用傳統(tǒng)的接觸器形式實現(xiàn)的照明控制，這種方式接線復(fù)雜，控制方式單一，耗費人力成本，已經(jīng)不能適應(yīng)越來越嚴(yán)格的節(jié)能降耗的要求。早期設(shè)計的部分光源為白熾燈，并且即使設(shè)計的熒光燈中多數(shù)熒光燈配備的不節(jié)能鎮(zhèn)流器也耗費了大量的電能。隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和進程的加快，城市軌道交通也進入大發(fā)展時經(jīng)過上表的對比可以發(fā)現(xiàn)，三基色熒光燈光效最高，顯色指數(shù)、色溫期。到 2020 年，規(guī)劃將建成 17 條軌道線，總距離達到 1181 1 公里，范

6、圍最寬，平均最長。所以在地鐵光源中應(yīng)首選三基色熒光燈。建成 618 個車站；規(guī)劃將建成 18 條軌道線，總距離達 804 公里，建LED 光源有電量較小，發(fā)光效率高的優(yōu)點，因此疏指示燈采用 LED成 506 個車站；。那么以為例，按目前每天單個車站公共區(qū)域照明平光源，電量 2W，燈管為 8W；建議照明采用 LED 光源取代熒光燈。光源種類光效/lm(W-1顯色 指數(shù) /Ra色溫/K平均/h白熾燈泡7 318 69599240029501000高壓 燈5045330043006000普通熒光燈707080全系列50008000金屬鹵化物燈759565923000、4500、58006000100

7、00三基色熒光燈966098全系列10000CONSTRUCTION由于 LED 光源有光線不柔和的缺點，所以不建議在日常照明中使用。3 2 鎮(zhèn)流器中就包括 在燈具中選用新型的鏡面反射器。熒光燈管 360 度全向發(fā)光，而需要照射區(qū)域只是位于一定方位角之內(nèi)的特定區(qū)域。反光面的作用是把投向不需要方位角之內(nèi)的光線盡可能多的反射回需要照射的方位角內(nèi)。這就需要對反射面及反射角的要求較高。不銹鋼和其他有光澤金屬作為反射面時，經(jīng)過一段時間就會氧化變質(zhì)，光反射能力大幅下降。其他有反射能力的化學(xué)物質(zhì)涂敷過的反光面，同樣 容易氧化剝落，從而完全喪失反光能力。目前納米增光片在反射面等方面優(yōu)勢明顯反射率高，采用納米鏡

8、面鍍膜技術(shù)，使光反射率達到 99%以上； 抗靜電性能好，不宜吸附粉塵；形狀按光學(xué)原理設(shè)計，使原來無效光線部分均勻反射回有效照射區(qū)域，照度提高一倍以上；選用要求 運行可靠，使用長；自身功率低；頻閃小，噪聲低；諧波含量小，電磁兼容性符合要求；性價比高。因為地鐵工程中光源多采用 T8 直管形熒光燈，所以需采用高效節(jié)能電感鎮(zhèn)流器要加電容補償，補償以后的功率因數(shù) 0 9 以上，節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器比普通型電感鎮(zhèn)流器使燈的總輸入功率減小了 5%10%。應(yīng)急燈具采用電子鎮(zhèn)流器。鎮(zhèn)流器與燈管相匹配。應(yīng)采取有效措施限制小于 25W 熒光燈電子鎮(zhèn)流器的諧波含量。25W以下燈管的諧波限值非常寬松，大量應(yīng)用，將導(dǎo)致嚴(yán)重的

9、波形畸變，中性線電流過大以及功率因數(shù)降低的不良。鎮(zhèn)流器對 LPD 值的影響，以 T8 熒光燈（36W）為例，如用高品質(zhì)低損耗電子鎮(zhèn)流器，和普通的電感鎮(zhèn)流器相比，系統(tǒng)輸入功率降低 20%，即照明安裝功率可降低 20%，實際 LPD 值可下降 20%。如采用超低損耗電感鎮(zhèn)流器和普通電感鎮(zhèn)流器相比，照明安裝功率可降低 8 9%，即實際 LPD值可下降 8 9%。表 2 各類鎮(zhèn)流器性能指標(biāo)比較材料環(huán)保，不含3 4 控制方式成分。照明的控制方式有很多種，常見的有開關(guān)控制、分區(qū)控制、聲光控制等。在此主要智能控制在地鐵中的應(yīng)用。智能照明控制可以實現(xiàn)很多的功能，如集中控制、現(xiàn)場控制、時間控制、控制、可視化控制

10、、場景設(shè)置、燈光軟啟動、調(diào)光、亮度等認為需配合建筑裝修方案，才能進行到具體的實施階段。針對地鐵的實際情況，采用開關(guān)控制及時間管理模塊，再配合集中控制及現(xiàn)場控制方式，即可滿足地鐵的使用功能要求，并達到較好的經(jīng)濟效益。單一的控制方式各有優(yōu)缺點，相互配合的控制方法能很好的限制缺點，發(fā)揮優(yōu)點。集中控制就是在車站綜控室的計算機上安裝智能照明控制表 3 熒光燈用鎮(zhèn)流器經(jīng)濟效益比較，用圖形模擬顯示照明設(shè)備平面布置圖，在圖上以形象直觀的方式實時動態(tài)地顯示各區(qū)域的照明設(shè)備使用狀況。操作可通過界面監(jiān)視整個智能照明系統(tǒng)的運行狀態(tài)，根據(jù)需要用鼠標(biāo)點擊圖形來進行控制。監(jiān)控計算機具有歷史數(shù)據(jù)成和打印各種報表，為設(shè)備能力，

11、能實時提供智能照明系統(tǒng)的資料，并生提供依據(jù)。系統(tǒng)采用的編程網(wǎng)絡(luò)上的編作可對系統(tǒng)進行程序修改或編程。通過手持式編程器程接口，就可修改照明工作狀態(tài)的參數(shù)。現(xiàn)場控制就是在配電箱附近設(shè)置智能開關(guān)代替原先的按鈕控制計算機不工作時也可在現(xiàn)場控制燈光。它由 220V 的交流電源直接供電，按動開關(guān)上的按鈕，可作為一個普通的開關(guān)使用；同時，有一個內(nèi)置的可以接收或無線探頭發(fā)出的信號，使用也可以對電子開關(guān)進行控制。現(xiàn)場智能開關(guān)可設(shè)定保護功能，避免無關(guān)操作。從上表比較可以看出，長、安全性高、價格低廉、節(jié)能效果突出計算機和現(xiàn)場智能開關(guān)均可實現(xiàn)多種控制功能。在工作時經(jīng)是節(jié)能型鎮(zhèn)流器的優(yōu)勢。所以熒光燈選用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器節(jié)

12、能效果顯而易見。3 3 燈具在地鐵設(shè)計中應(yīng)對燈具進行嚴(yán)格的要求，使用安全、限制眩光、提高能效，合理考慮功能性、裝飾性、經(jīng)濟性和能源效益的結(jié)合。常需要多種環(huán)境模式，可設(shè)置節(jié)日模式、客流模式、客流低谷模式、收車模式等，使用時只需選擇相應(yīng)的場景按鍵，會自動按設(shè)定好的方式打開相應(yīng)區(qū)域的照明回路，實現(xiàn)不同場合對照明的不同要求。在列車未到達或離開時，可調(diào)低安全門光帶的照度，當(dāng)列車進站時，調(diào)高安全門光帶的照度。采用智能照明控制系統(tǒng)帶來的好處主要表現(xiàn)在 照明控制智能化；照在1991 年實施綠色照明計劃中，對照明改造的主要內(nèi)容CONSTRUCTION度的一致性；場景變換靈活；可觀的節(jié)能效果；延長光源；提高管理水

13、平，減少在探測到費用。通行的樓梯間處裝設(shè)感應(yīng)開關(guān)或有紅外線探測功能的燈具 當(dāng)移動時，會自動發(fā)光照明，人走燈關(guān)。地鐵內(nèi)噪音及較大，聲控開關(guān)不適宜在地鐵內(nèi)使用。在地鐵出出使用光線感應(yīng)器控制燈光，使用光線感應(yīng)器根據(jù)外界的自然光線強度自動調(diào)節(jié)出處的燈光開閉來達到節(jié)約電能的目的。站廳 5 檔（約 85%的燈具開）模式 150Lx 左右根據(jù)現(xiàn)場照度條件確定是否設(shè)定為站臺站廳 6 檔（燈具全開）模式 150Lx 左右模式照明依據(jù)當(dāng)?shù)剀壍澜煌ǖ囊螅Y(jié)合車站公共照明設(shè)施的實際情況，對 X號線的 X 個車站的站廳、站臺和出實施不同的開燈模式組合為了便于人工了 1-4 當(dāng)照明模式，出動控制，對站廳設(shè)置了 1-6

14、檔照明模式，站臺設(shè)置設(shè)置了 1-2 檔照明模式或調(diào)光模式，可以通過按鈕一鍵式轉(zhuǎn)換照明模式操作。此外根據(jù)地鐵的運營階段，分、低谷、準(zhǔn)運、停運等 4 個自動運行照明模式，通過時間控制來自動切換照明模式。4 種照明模式的劃分是按現(xiàn)場照度來區(qū)分的。停運時段準(zhǔn)運階段低谷階段時段照明燈具全關(guān)，只留下了應(yīng)急照明；平均照度在 40-60Lx 左右，用于檢修和清潔工作；站臺 1 檔（只有應(yīng)急燈開）停運模式站臺 2 檔（約 50%的燈具開）低谷模式 100Lx 左右平均照度在 100Lx 左右，在乘客、運營低谷照明用；平均照度在 150Lx 左右，在乘客、運營照明用；根據(jù)現(xiàn)場照度條件確定是否設(shè)定為低谷模式照明由于

15、每個車站的裝潢格調(diào)，燈具和燈具布置等各不相同，自動運行中的照明模式所對應(yīng)的照明檔位也不相同，須按實際車站具體照度有區(qū)別的設(shè)置。以下是使用智能控制的地鐵車站的照明站廳。站臺 3 檔（約 85%的燈具開）低谷模式 100Lx 左右根據(jù)現(xiàn)場照度條件確定是否設(shè)定為3 5 配電方案站臺 4 檔（燈具全開）模式 150Lx 左右模式照明因運營成本壓力較大，所以部分城市軌道交通在通道及公共區(qū)設(shè)有站廳 1 檔（只有應(yīng)急燈開）停運模式站廳 2 檔（約 20%的燈具開）準(zhǔn)運模式（40-60Lx ）LED 屏幕和燈箱進行出租， LED 屏幕及燈箱所發(fā)出的光線可以加以利用，這就給照明設(shè)計師以節(jié)約能耗的空間。站廳 3

16、檔（約 50%的燈具開）低谷模式 100Lx 左右站廳 4 檔（約 70%的燈具開）低谷模式 100Lx 左右某城市已運營車站走道（以上圖為例，此車站每個燈箱）燈箱功率為 0 3Kw，按正常設(shè)計 U 型掛根據(jù)現(xiàn)場照度條件確定是否設(shè)定為低谷模式照明片兩側(cè)的石膏板吊頂處需設(shè)置燈具才能達到照度要求。設(shè)計之初經(jīng)與當(dāng)?shù)剀壍拦?，此處燈箱運營結(jié)束后關(guān)閉，平時，所以在設(shè)計時CONSTRUCTION兩側(cè)石膏板吊頂沒有按正常設(shè)計時設(shè)置燈具，利用燈箱作為照度補償，種配電形式，否則將達不到照度要求。4 結(jié)論三基色燈管、配套節(jié)能鎮(zhèn)流器、納米增光片及光學(xué)原理設(shè)計反射面的使用，可使節(jié)能效果達 20%30%。以 36W 普

17、通熒光燈為例，采用上述節(jié)能產(chǎn)品，在配以智能照明控制系統(tǒng)（本文不計算采用燈箱、LED 屏幕節(jié)能方式所節(jié)省的費用），根據(jù)現(xiàn)場測試每套節(jié)能 15W/小時，一年全線節(jié)約電費為3000 根/站*20 站*15W*18 小時/天*365 天/1000*0 61 元/千瓦時=361萬元。由此可見，只要選擇正確的光源，配以節(jié)能型鎮(zhèn)流器、高效率的反射面加以相互配合的控制方式，地鐵車站照明系統(tǒng)的節(jié)能空間就會有一個質(zhì)的 。當(dāng)然，節(jié)能鎮(zhèn)流器、反射面及智能照明控制系統(tǒng)還在發(fā)展階段，存在一些缺點，但我相信在制造業(yè)的努力下，在設(shè)計水平的提高下，在施工工并經(jīng)過現(xiàn)場測量，完全符合國家相應(yīng)規(guī)范要求的 150LX 的照度要求，功率密度值也遠小于國家規(guī)范規(guī)定的 7W/m2 的要求。某城市已運營車站走道（LED 屏幕）上圖采用了一側(cè)設(shè)置 LED 屏幕作為的招租形式，每個 LED 屏幕的功率為 0 5Kw，本站方案設(shè)計階段與軌道公司，LED 屏幕將根據(jù)承租人的要求來進行，這就需要在選擇配電方案時充分考慮 LED 屏幕藝不斷完善下，國家會成為一個節(jié)能大國，減排大國，為改善人類未的使用情況。設(shè)計時，U 型掛片設(shè)置四列熒光燈，兩側(cè)石膏板各設(shè)置一列筒燈，每列