地鐵車站LED照明質量和節(jié)能效果分析

張建平/ 李衛(wèi)軍/皮雁南 (北京地鐵運營技術研發(fā)中心,北京 102208)

引言

城市軌道交通系統(tǒng)中照明電力消耗約占電力整體消耗的13%左右，因此提高照明系統(tǒng)的節(jié)能性，對于促進整個城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展具有不可忽視的重要作用，同時也是城市軌道交通主管部門不可推卸的社會責任。LED作為第四代照明產(chǎn)品，它具有發(fā)光效率高、能耗低、壽命長、響應快、無頻閃、不含汞、無污染和控制靈活等特點，若能在地鐵照明系統(tǒng)中成為主要照明光源，將對于節(jié)能減排，建設“低碳經(jīng)濟”具有十分重要的意義。北京地鐵在2010年開展、實施了LED照明應用示范工程，在滿足國家相關標準、規(guī)范的前提下，采用T8LED照明產(chǎn)品，對地鐵部分車站公共區(qū)的照明燈具進行了替換，并依據(jù)相關標準，進行了一年多的相關現(xiàn)場測試，對照明質量及節(jié)能效果進行了測試與分析。同時采用問卷方式，進行了照明環(huán)境的視覺評價，跟蹤記錄了燈具現(xiàn)場運行使用維護的情況。限于篇幅有限，因此本文僅列出車公莊站、傳媒大學站的測試數(shù)據(jù)。

1 工程概況

北京地鐵承載著數(shù)百萬首都市民的日常出行，地鐵車站LED照明示范工程示范車站的選取優(yōu)先考慮了運營安全、工程實施改造難度等因素，同時兼顧考慮了車站的建筑結構、車站的建設及開通年代、車站所在地理位置、車站客流特征等因素，確定了示范工程實施地點為地鐵2號線車公莊車站、5號線北新橋車站、八通線傳媒大學車站和2號線車公莊——阜成門區(qū)間隧道。示范工程采用近幾年技術飛速發(fā)展，并具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、可智能控制等優(yōu)點優(yōu)勢的半導體照明產(chǎn)品，對車站和區(qū)間隧道內既有照明燈具進行替換。

示范車站及燈具基本情況見表1和表2。

表1 車站及燈具基本情況

表2 車站及燈具基本情況

2 測試與分析

為科學、合理地分析本次照明示范工程的照明質量和節(jié)能效果，依據(jù)國家、行業(yè)的相關標準與規(guī)范，確定了測試包括三個方面：

1)車站照明現(xiàn)場測試，包括現(xiàn)場照度、照度均勻度、現(xiàn)場色溫、顯色指數(shù)和照明功率密度等特性指標的測試；

2)車站照明現(xiàn)場主觀評價；

3)車站照明運行。

2.1 測試與分析

車站照明現(xiàn)場測試是對LED照明改造示范工程改造后現(xiàn)場的現(xiàn)場照度、照度均勻度、現(xiàn)場色溫、顯色指數(shù)和照明功率密度等指標，進行近一年的連續(xù)測試，并記錄、分析變化過程。

水平照度測點的布置為橫向間距2m，縱向間距5m，所有測點均勻布置，垂直照度的測量方向為垂直于列車并指向站臺內側方向，平均每個月測試一次，連續(xù)測試時間接近一年。

車公莊站及傳媒大學站LED照明測試數(shù)據(jù)匯總見表3、表4。

表3 車公莊站測試數(shù)據(jù)匯總

表4 傳媒大學站測試數(shù)據(jù)匯總

通過對測量值與標準值的比對，得出：

1)各場所實測照度平均值大部分遠高于標準照度值規(guī)定，最高已高于標準值的150%以上，所測照度低于標準值的場所，經(jīng)勘查是由于堆放了部分物品而造成了照度降低。

在實際運營中，過高強度的LED照明，有時甚至還會引來乘客對LED燈光過于“刺眼”的投訴；在滿足照明標準要求下，降低照射強度，不但可以獲得投入成本、能源的節(jié)約，還可以獲得“柔和”的照明環(huán)境。

2)現(xiàn)場照度均勻度均低于標準值規(guī)定，影響了場所的照明質量。

針對現(xiàn)場實測的照度值計算分析，在滿足照度標準的情況下，適當?shù)慕档同F(xiàn)場照明的平均亮度，使照度均勻度提高，既能達到同樣的識別辨認物體的視覺效果，同時又能降低用電量，達到節(jié)能降耗減排的目的。

3)現(xiàn)場色溫高于標準值，沒有達到標準要求。過高的色溫，雖然光效會高，但人的視覺舒適度會大大受到影響。

4)現(xiàn)場一般顯色指數(shù)低于標準要求。

5)照明功率密度均符合標準中規(guī)定的現(xiàn)行值的要求，并超過了目標值的規(guī)定。表明采用LED照明的節(jié)能效果是明顯的，傳媒大學站最高，平均節(jié)電達到35%～40%之間。

2.2 車站照明現(xiàn)場主觀視覺評價

圖1 視覺評價指標滿意度分布

現(xiàn)場主觀視覺評價主要是了解乘客及地鐵工作人員對LED照明示范工程照明效果的滿意狀況，并從多方面分析照明改造的效果。采用現(xiàn)場填寫調查問卷的形式，共收回有效問卷599份。問卷包括兩大部分內容，一為乘客基本信息統(tǒng)計，包括乘客性別、年齡、學歷、職業(yè)、是否經(jīng)常乘坐地鐵等；另一部分為照明環(huán)境視覺滿意度調查，有以下幾個指標：照度、眩光、照度分布、光斑和陰影、光色、顏色顯現(xiàn)、站內裝修、站內空間與陳設、同站外的視覺聯(lián)系、整體印象等。

被調查人員包括了示范車站的地鐵工作人員及乘客，還有照明專業(yè)人員。問卷涉及了視覺環(huán)境影響人的工作效率與舒適的評價項目，每個項目包括五個等級，被調查人員進行現(xiàn)場觀察與判斷，并填寫調查問卷相關問題。采用綜合評價體系，完成照明環(huán)境對乘客和工作人員主觀影響的綜合評價。如圖1所示。

2.3 燈具運行情況

1)在測試期間，通過現(xiàn)場巡視，發(fā)現(xiàn)LED燈具在地鐵使用，還存在部分工藝質量問題。安裝在車站出入口的燈具，使用初期，有很多燈具出現(xiàn)黑斑。經(jīng)廠家回廠解剖、分析，發(fā)現(xiàn)問題是電路板出現(xiàn)虛焊或脫焊現(xiàn)象，一方面是廠家工藝質量有問題；另一方面，安裝在地鐵出入口位置的燈具，受外界環(huán)境影響，日常使用中，燈具晃動較大，造成部分焊點脫焊。后期，廠家改變了燈具內部電路板工藝，有效解決了問題，效果良好。

2)北京地鐵車站出入口使用的熒光燈在冬季通常會出現(xiàn)不能啟動、閃爍,使得燈具不能正常工作,現(xiàn)場照明質量嚴重降低。在使用了LED照明產(chǎn)品后，此類問題得到解決。

3)地鐵列車的運行，會產(chǎn)生大量的粉塵，車站大功率電器設備的開啟，造成電磁干擾、電壓波動、瞬間電流沖擊等，使地鐵的用電環(huán)境不同于其他行業(yè)。在運行測試期間，出現(xiàn)一到兩支燈具電源器件被部分擊穿的現(xiàn)象，現(xiàn)階段即使是專業(yè)做電源研發(fā)的企業(yè)對這個問題都沒有很好的處理方案。

3 結語

北京地鐵車站LED照明示范工程的實施，經(jīng)近一年的測試，能耗方面，平均節(jié)能30%以上。通過對示范車站進行環(huán)境視覺評價，廣大司乘人員對照明效果比較滿意，與LED燈具照明質量相關問題的滿意率均在86%以上。而地鐵特殊的環(huán)境，粉塵、電磁干擾、電壓波動、沖擊電流等的存在，對LED照明產(chǎn)品的電器等級、防護等級等參數(shù)，提出了不同于其他應用環(huán)境的要求。隨著LED照明產(chǎn)品技術的發(fā)展，產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定，各項指標都有很大的提高，在現(xiàn)階段通過逐步推廣應用LED照明產(chǎn)品，也是對LED照明行業(yè)技術發(fā)展的促進。

[1]楊思甜.LED照明在地鐵節(jié)能工作中的應用[J].山西建筑，2010, 36(2)：185-186.