城市地鐵站照明節(jié)能研究

莊金迅,張九紅,劉圓圓

(1.遼寧科技大學建筑與藝術設計學院,鞍山 114051;2.沈陽建筑大學建筑與城市規(guī)劃學院,沈陽 110168)

能源是人類賴以生存的基礎,是社會發(fā)展的動力。然而,我們?nèi)祟愃鶕碛械哪茉?尤其是煤、石油、天然氣等常規(guī)能源是非常有限的,對礦物能源無節(jié)制地消耗,造成了今天的能源短缺,同時,這類能源的消耗又會使環(huán)境問題進一步惡化。我國已在《節(jié)能減排綜合性工作方案》中提出了實施節(jié)能減排的目標任務和總體要求。

地鐵是城市公用設施中最大耗電系統(tǒng),解決地鐵節(jié)電問題是目前國際上正在大力實施的一個課題。隨著我國各大城市地鐵建設高潮的興起,城市地鐵站的數(shù)量不斷增加,規(guī)模和內(nèi)部環(huán)境不斷提高,致使我國地鐵系統(tǒng)的能耗也在不斷增大。

目前,我國的照明用電量大約為總發(fā)電量的 10%～15%,各照明系統(tǒng)中還存在大量低效率的光源、燈具等設備和低效的照明控制方式,因此我國的照明節(jié)能存在較大的空間。城市地下鐵道車站照明系統(tǒng)由于工作時間長(白天也需要人工照明),因此能耗大,致使地鐵站照明節(jié)能意義重大。地鐵站的照明設計可以從以下幾方面著手研究,在保證照明質量,為客乘和地鐵工作人員提供舒適、健康的光環(huán)境的同時,實現(xiàn)最大限度的節(jié)能。

1 照明設備的選擇

1.1 光源的選擇

不同的光源,發(fā)光效率相差很大,同種光源的發(fā)光效率還與單燈的光通量有關,光通量越大發(fā)光效率越高。實際應用中,在綜合考慮光效、光色、顯色性、平均壽命、頻閃效應等特性的基礎上盡量選擇高光效的光源。

根據(jù)不同光源的特性以及地鐵照明的設計原則,站廳、站臺、辦公空間、控制室以及凈高在 4.5m以下的通道等空間的一般照明宜選用 T8或 T5直管熒光燈、緊湊型熒光燈。直管熒光燈應以色溫在4000K左右的為主,因為這樣的光源品種多,光質較好,最接近室外白天的自然狀態(tài),因而也最有助于消除地下空間壓抑、閉塞的感覺。對于凈高較大的空間可以選用單燈功率不太大的金屬鹵化物燈。地鐵站內(nèi)的導向照明和應急照明可以選用光效更高的 LED光源。

1.2 燈具的選擇

燈具的節(jié)能主要體現(xiàn)在控制和分配光線的擴散程度上,燈具的光學特性有 3個主要技術參數(shù),分別是配光曲線、燈具效率、燈具遮光角。用于地鐵站照明的燈具,除其電氣安全性能、耐熱性能等符合有關標準外,配光曲線和遮光角符合空間的照明特征,燈具效率要盡可能高。在具體選用時還應注意以下幾點:

(1)在出入口、站臺、站廳等公共空間中最好選用帶格柵的嵌入式帶罩燈盤為主,因為我國的地鐵地下車站的凈空高度不太大。為了避免燈具過于單調(diào),可在嵌入式照明的基礎上增設其他照明。

(2)為了加強站內(nèi)的藝術氛圍,可以在墻壁、柱壁上布置一些裝飾性燈具。

(3)鎮(zhèn)流器的選擇。鎮(zhèn)流器作為熒光燈必不可少的搭檔,有電子鎮(zhèn)流器和電感鎮(zhèn)流器可供選擇。從節(jié)能和舒適安全方面考慮,應優(yōu)先選用電子鎮(zhèn)流器,在不宜使用電子鎮(zhèn)流器時,可使用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。

(4)選用燈具時應考慮到日后的維護方便。

1.3 控制系統(tǒng)的選擇

由于地下鐵道系統(tǒng)空間構成復雜、照明種類多樣,所以對地鐵照明的控制不能采用一種形式,而應該采用傳統(tǒng)手動控制和現(xiàn)代智能控制相結合。車站的辦公空間、管理用房照明采用手動就地控制。管理人員不常停留的空間如各種泵房,用智能開關控制以利節(jié)電。

節(jié)能意義最大的是對公共空間照明的控制。地下鐵道的站臺、站廳、出入口、過道等公共空間中照明的控制,以智能控制為主,手動控制相結合。為了方便控制,在照明配電設計時,燈具可分步投入,分組控制,這樣便于根據(jù)需要投入一部分或全部的燈光。

對公共空間照明的智能控制,可以根據(jù)不同時間段的乘客量,分為客流高峰期、非客流高峰期和列車停運后 3種狀態(tài),通過時鐘控制器來預設時間表,在 3個時間段里自動實現(xiàn)不同的控制模式。當自動控制出現(xiàn)故障或者需要手動控制時,可以關掉自動控制實現(xiàn)手動控制。

2 照明標準的確定

2.1 照度標準

地下鐵道照度的確定要在滿足國家標準的前提下,既要考慮使用者的視覺舒適性又要考慮節(jié)約能源的問題。通過對國內(nèi)多個城市的數(shù)個地鐵站的照度實地測量和對廣大乘客的問卷調(diào)查,筆者提出如下觀點:地下鐵道每天的運營時間很長,由于每天都存在幾乎固定的幾個客流高峰期,為了安全,在客流高峰期時整個地下車站的公共空間必須有較高的照度,而在非客流高峰期可以降低照度標準。也就是地鐵地下車站公共場所照明的照度標準,可以在一天中針對客流高峰期、非客流高峰期和列車停運后 3個階段,采用 3個不同標準,非客流高峰期的照度可降到客流高峰期時的1/2～2/3,列車停運后公共場所的值班照明,其照度值可降到客流高峰期時的 10%,或者由應急照明提供值班照明。

2.2 照度均勻度的控制

照度均勻度是影響照明質量的重要指標之一,也影響著照明能耗。正常照明的照度均勻度應按最低照度與平均照度之比確定,《地下鐵道照明標準》(GB/T 16275—1996)中建議其數(shù)值不宜低于 0.7。

對于照明標準中有關照度均勻度的規(guī)定,同濟大學楊公俠教授認為:絕大部分的照明規(guī)范對各種類型空間,只根據(jù)其中進行的個別活動來確定設計應達到的最低照度水平,規(guī)定照度均勻度,會造成能源浪費。

筆者認為在城市地鐵車站內(nèi)的一些公共空間如站廳、站臺、過道等,對照度均勻度可以降低要求,原因分析如下。

(1)乘客在地下車站停留的時間是短暫的,一般是匆匆而過或是暫停候車,至多偶爾地看一會書報,因此照度不均勻也不會對乘客的視力造成影響。

(2)不均勻的照度有利于照明節(jié)能,因為在站臺靠近軌道的邊緣處,出于安全的需要,應該用較高的照度,在遠離邊緣的地方設計較低的照度完全能夠滿足乘客候車、簡單閱讀和行走的需要又能達到節(jié)能的目的。

(3)不均勻的照明有利于打破地鐵地下車站內(nèi)呆板的空間環(huán)境,創(chuàng)造活躍氣氛,讓人感覺放松、愉悅。

對于地鐵車站內(nèi)的工作空間如售票室、辦公室、控制室等應該按照標準規(guī)定的均勻度進行照明設計,因為在這些空間中,工作人員的工作時間長而且需要進行讀寫等工作。如果照度均勻度差就會影響他們的視力和心情,從而影響工作效率。

2.3 照明功率密度

照明功率密度(LPD)是指單位面積上的照明安裝功率(包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器),單位為 W/m2,它是一個限制照明能耗的指標,也是照明設計標準中唯一的強制性條款。LPD的大小主要決定于被照空間的照度大小和所用的光源與燈具的效率,在照度一定時,所用光源與燈具的效率越高,LPD就越小。因此,規(guī)定LPD限值,將促使照明設計中必須全面考慮和顧及照度水平、照明質量和照明能效,促進在設計中提高照明設計水平,推廣應用更高效的光源、燈具整流器等照明設備?！督ㄖ彰髟O計標準》(GB 50034—2004)對大多數(shù)類型的建筑,都給出了照明功率密度值。新的標準卻未將地下鐵道車站作為其中的一類建筑給出 LPD值,以往的相關規(guī)范根本沒有 LPD這一標準。因此,為了加強對地下鐵道車站照明能耗的控制,可以參考相關空間的照明功率密度值,以便指導設計者在做好舒適光環(huán)境的同時,做好照明節(jié)能工作。

由于被照空間的 LPD值與其照度有一一對應的關系,所以根據(jù)地下鐵道車站各空間的照度標準,可以在新標準中查找相同或相近房間的 LPD值,從而可得地下鐵道車站照明可以參考的功率密度值,見表1。

表1 城市地下鐵道站照明功率密度值

需要說明的是地鐵站內(nèi)的站臺、站廳、過道等空間還設有廣告照明,廣告照明不應計入LPD,但是卻可以提高該空間的照度 10%～20%,因此,有廣告照明的空間里,其LPD應該比標準規(guī)定的還要降低 10%～20%。

3 加強維護和管理

在照明系統(tǒng)運行過程中,必須進行科學合理的維護與管理,才能達到設計的預期目標。我們知道燈具在使用過程中由于積灰、老化等因素的影響會致使照度降低,如果照明系統(tǒng)得不到及時維護,由于積灰太多可能會使照度低于標準規(guī)定值。為了避免這種情況,首先應該定期清掃燈具上的灰塵;其次可以提高初始照度。后者會增加電能的消耗,造成能源浪費。另外,在使用過程中,需要對照明系統(tǒng)進行定期檢查,以確保系統(tǒng)的所有設備尤其是自動控制設備能夠正常運行。因此,地下地鐵車站的照明,其初始照度要適當,后期的維護和管理必須加強,才能保證照明系統(tǒng)的正常工作,同時有效控制其能耗。

4 結語

對于城市地下鐵道車站的照明設計,在達到光環(huán)境適用和舒適的前提下,重點關注照明系統(tǒng)的節(jié)能設計。以直接照明為主,間接照明為點綴;通過確定合理的照明標準,必要時可以突破現(xiàn)有的地鐵照明標準的限制,適當參考新的建筑照明設計標準對照明能耗的控制;通過選擇節(jié)能型光源和燈具等設備;加強照明系統(tǒng)的維護和管理,相信這些措施有助于實現(xiàn)城市地鐵站照明的節(jié)能目標。

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