城市軌道交通照明系統(tǒng)節(jié)能方案設(shè)計(jì)與研究

魯明科

【摘 要】 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，能源需求的大幅增加，能源供需矛盾突出。按照我國(guó)提出的“中國(guó)綠色照明工程”，照明節(jié)電已成為節(jié)能的重要方面。本文從城市軌道交通車站智能照明系統(tǒng)及高效節(jié)能LED燈具的應(yīng)用兩個(gè)方面對(duì)照明節(jié)能方案進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決方案。

【關(guān)鍵詞】 城市軌道交通 照明系統(tǒng) LED 節(jié)能

1 概述

由于全國(guó)電資源得不到優(yōu)化配置，結(jié)構(gòu)性的缺電成為我國(guó)目前面臨的一個(gè)很嚴(yán)峻的問題。目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)和增長(zhǎng)速度最快的地區(qū)，同時(shí)也成為電力資源最匱乏的地區(qū)。在保增長(zhǎng)擴(kuò)內(nèi)需的“主旋律”下，2009年12月，國(guó)務(wù)院又批復(fù)了北京、傷害、廣州、深圳等22個(gè)城市的79條軌道交通建設(shè)規(guī)劃，總長(zhǎng)2259.84公里，總投資約為8800億元。這次新批復(fù)的地鐵投資規(guī)劃，不僅意味著巨大的商機(jī)，也帶來(lái)了對(duì)能耗控制的考驗(yàn)，地鐵系統(tǒng)節(jié)能工作變得更加必要和緊迫。

分析軌道交通數(shù)據(jù)可知，用電負(fù)荷成為地鐵運(yùn)營(yíng)的主要能耗。車站、基地用電量占總用電量的40%～50%[1]，其中，僅照明系統(tǒng)一項(xiàng)，就占了整個(gè)車站平均設(shè)備負(fù)荷的14%～16%[1]，約占地鐵耗電總量的30%。

由于地鐵運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)期持久的特點(diǎn)，現(xiàn)有這種粗放型的控制方式，在現(xiàn)階段的照明設(shè)計(jì)規(guī)范和運(yùn)營(yíng)管理?xiàng)l件下，很難滿足環(huán)保節(jié)能的現(xiàn)代要求。因此，優(yōu)化照明配電與控制設(shè)計(jì)，選擇高效節(jié)能的燈具，就成了軌道交通建設(shè)中要突破的重大問題，對(duì)節(jié)能環(huán)保、降低運(yùn)營(yíng)成本、方便維護(hù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文著重闡述城市軌道交通公共區(qū)照明節(jié)能的方案。

2 智能照明控制系統(tǒng)

2.1 智能照明控制系統(tǒng)示意圖

地鐵車站作為大量使用燈光的建筑，對(duì)于智能照明的需求具有以下特點(diǎn)：（1）控制區(qū)域類型較多（站臺(tái)、站廳、出入口等）；（2）燈光耗能量大，因此對(duì)于照明節(jié)能的要求較高，效果要求顯著；（3）人流量和照明量存在線性比例關(guān)系，人流量越多，需要打開的光源越多；（4）顧客對(duì)于燈光有較高的指標(biāo)要求，在不同的區(qū)域、不同的場(chǎng)合來(lái)設(shè)置不同的場(chǎng)景（如圖1）。

整個(gè)系統(tǒng)分為3子網(wǎng)，子網(wǎng)之間通過(guò)智能專網(wǎng)和節(jié)能控制系統(tǒng)連接（如表1）。

其中：每個(gè)子網(wǎng)網(wǎng)段內(nèi)部通過(guò)系統(tǒng)總線將每個(gè)設(shè)備手拉手進(jìn)行連接。

2.2 智能照明控制系統(tǒng)的可行性

地鐵車站的正常照明主要包括公共區(qū)照明和附屬房間照明兩部分。附屬房間一般在房間門口設(shè)置蹺板開關(guān)，由于只允許有權(quán)限的工作人員進(jìn)入，所以基本可以做到人來(lái)燈開，人走燈滅的節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。但對(duì)于公共區(qū)間來(lái)說(shuō)，情況就較為復(fù)雜。目前的主要采用增加照明配電箱數(shù)量、交叉布線，在配電箱總進(jìn)線上串入接觸器，納入BAS的監(jiān)控，以電氣觸電來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制、定時(shí)通斷、中央監(jiān)控等方法。

然而，這些傳統(tǒng)的照明控制方法存在著諸多弊端，主要表現(xiàn)為：功能過(guò)于簡(jiǎn)單、管理相對(duì)粗放、節(jié)能潛力挖掘不足、線路復(fù)雜、施工難度大、照明質(zhì)量不高。

大量研究表現(xiàn)，使用智能照明控制系統(tǒng)后，能夠解決上述傳統(tǒng)照明控制的弊端，并實(shí)現(xiàn)多方面的效應(yīng)。

2.3 智能照明控制系統(tǒng)建議方案

地鐵站有兩種：一種是高架站，另一種是地下站。兩種類型的地鐵站照明控制方式區(qū)別在于使不使用照度來(lái)控制，高架站可以充分利用室外的陽(yáng)光從而達(dá)到節(jié)能的效果，即采用照度傳感器來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制。其它的控制方式與地下站相同（如圖2）。

智能照明系統(tǒng)主要由以下部分組成：（1）中央監(jiān)控電腦；（2）總線耦合器（網(wǎng)關(guān)）；（3）智能控制模塊；（4）智能控制面板；（5）照度傳感器。

智能照明系統(tǒng)的控制功能如下：（1）地鐵站強(qiáng)調(diào)對(duì)客人的第一印象，要求利用明暗有序和適度的照明環(huán)境讓人進(jìn)入地鐵站后就能感到高雅舒適的氣氛。（2）地鐵站的燈具數(shù)量多，品質(zhì)高并十分昂貴，要求控制系統(tǒng)可以延長(zhǎng)燈具壽命，降低地鐵站運(yùn)行費(fèi)用。（3）地鐵站管理要求能夠?qū)Φ罔F站內(nèi)所有公共區(qū)域的燈光實(shí)時(shí)監(jiān)控并能根據(jù)環(huán)境改變當(dāng)前照明狀態(tài)。（4）地鐵站的照明耗電約占整個(gè)能源的35%左右，要求通過(guò)控制系統(tǒng)能節(jié)省能源消耗。（5）地鐵站的主要功能區(qū)如：出入口、站廳、樓（扶）梯和站臺(tái)等需要因不同的場(chǎng)面而變換不同的燈光環(huán)境，營(yíng)造不同的環(huán)境氣氛。（6）出入口處和站廳需要根據(jù)每天的時(shí)鐘變化不同的燈光場(chǎng)景，以適應(yīng)不同照度情況下的燈光亮度需要，同時(shí)應(yīng)該增加照度傳感器設(shè)備，當(dāng)惡劣氣候來(lái)臨的時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)可以自動(dòng)打開燈光，提供適當(dāng)?shù)恼斩?。?）樓（扶）梯和站臺(tái)是人群聚集的地方，首先需要根據(jù)每天的時(shí)鐘變化不同的燈光場(chǎng)景，其次根據(jù)每年的季節(jié)變化實(shí)現(xiàn)不同的色溫變化，第三，當(dāng)列車到達(dá)的時(shí)候可以打開或增量離軌道較近的燈光，便于人群進(jìn)出列車。（8）整個(gè)車站在周末或節(jié)日還可以體現(xiàn)不同的場(chǎng)景。（9）傳統(tǒng)的照明無(wú)法實(shí)現(xiàn)或難以實(shí)現(xiàn)上述功能需求，智能照明管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)調(diào)光模塊和開關(guān)模塊的控制設(shè)置，在面板的場(chǎng)景功能及對(duì)單回路的控制非常容易的實(shí)現(xiàn)這些功能需求。

3 高效節(jié)能LED燈具的使用

3.1 車站對(duì)燈具使用的要求

地鐵站作為大量使用燈光的建筑，在以下公共區(qū)可使用LED燈具替換傳統(tǒng)熒光燈，可以達(dá)到低耗高效的目的。

（1）站廳、站臺(tái)、設(shè)備房、出入口通道的普通照明燈具、應(yīng)急照明燈具等；

（2）站廳、站臺(tái)、出入口通道的廣告照明等；

（3）站廳、站臺(tái)、出入口通道的導(dǎo)向標(biāo)志照明等。

3.2 LED照明在節(jié)能工作中的應(yīng)用

（1）能耗低。與同等光效的照明燈相比，LED光源的能量消耗可以減少80%，用電量?jī)H相當(dāng)于只使用傳統(tǒng)照明燈具時(shí)的20%～30%。

（2）壽命長(zhǎng)。傳統(tǒng)的照明燈和節(jié)能燈的使用壽命是2000小時(shí)——8000小時(shí)，而LED照明燈的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)小時(shí)——10萬(wàn)小時(shí)。

（3）綠色環(huán)保。LED是由無(wú)毒的材料做成，無(wú)汞、無(wú)鉛、無(wú)眩光、無(wú)紫外線輻射，符合歐盟ROHS標(biāo)準(zhǔn)，可以回收再利用。LED被完全的封裝在循環(huán)氧樹脂里面，內(nèi)部沒有松動(dòng)的部分，比燈泡和熒光燈管都更堅(jiān)固耐用，不易損壞。

（4）不招蚊蟲。LED使用二極管發(fā)光技術(shù)，屬于冷光源，不招蚊蟲，不會(huì)破壞車站環(huán)境。

4 節(jié)能效果分析

4.1 標(biāo)準(zhǔn)高架車站節(jié)能效果分析

以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高架車站為例，若不采用光感控制系統(tǒng)，公共區(qū)的燈具數(shù)量及日運(yùn)行能耗如表2所示：

當(dāng)高架車站采用LED和智能照明控制系統(tǒng)后，在白天光線比較充足時(shí)，關(guān)閉公共區(qū)的普通照明，只預(yù)留應(yīng)急照明燈具時(shí)，公共區(qū)的燈具數(shù)量及日運(yùn)行能耗如表3所示：

從以上可以看出，當(dāng)采用照明節(jié)能系統(tǒng)后可節(jié)約電能為59.92%。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)地下車站節(jié)能效果分析

以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地下車站為例，公共區(qū)面積約為3600m2，公共區(qū)的燈具數(shù)量及日運(yùn)行能耗如表4所示：

采用LED照明節(jié)能燈具后的日運(yùn)行能耗如表5所示：

從以上可以看出，當(dāng)采用T8管熒光燈，設(shè)計(jì)照度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范照度標(biāo)準(zhǔn)值，不需要進(jìn)行照度調(diào)節(jié)的情況下，采用LED照明設(shè)計(jì)能節(jié)省40.3%的電能。若設(shè)計(jì)照度值大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范值時(shí)，采用智能照明系統(tǒng)后其節(jié)約電能的可能性更大。

5 結(jié)語(yǔ)

智能照明系統(tǒng)及高效節(jié)能LED燈具的使用，在加強(qiáng)城市軌道交通照明系統(tǒng)管理的同時(shí)，能夠很好的節(jié)約運(yùn)營(yíng)電費(fèi)開支。這些技術(shù)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于會(huì)展中心、航站樓、體育館、博物館、星級(jí)酒店、高檔寫字樓等各類場(chǎng)所，并且在廣州、北京、深圳的地鐵車站中，也開始有所應(yīng)用。因此，在城市軌道交通公共區(qū)照明節(jié)能中使用智能控制系統(tǒng)和高效節(jié)能LED燈具是可行的，也是有必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]穆廣友，李曉龍，尹力明等.地鐵車站照明系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能對(duì)策[J].城市軌道交通研究，2010（8）：1.endprint

【摘 要】 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，能源需求的大幅增加，能源供需矛盾突出。按照我國(guó)提出的“中國(guó)綠色照明工程”，照明節(jié)電已成為節(jié)能的重要方面。本文從城市軌道交通車站智能照明系統(tǒng)及高效節(jié)能LED燈具的應(yīng)用兩個(gè)方面對(duì)照明節(jié)能方案進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決方案。

【關(guān)鍵詞】 城市軌道交通 照明系統(tǒng) LED 節(jié)能

1 概述

由于全國(guó)電資源得不到優(yōu)化配置，結(jié)構(gòu)性的缺電成為我國(guó)目前面臨的一個(gè)很嚴(yán)峻的問題。目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)和增長(zhǎng)速度最快的地區(qū)，同時(shí)也成為電力資源最匱乏的地區(qū)。在保增長(zhǎng)擴(kuò)內(nèi)需的“主旋律”下，2009年12月，國(guó)務(wù)院又批復(fù)了北京、傷害、廣州、深圳等22個(gè)城市的79條軌道交通建設(shè)規(guī)劃，總長(zhǎng)2259.84公里，總投資約為8800億元。這次新批復(fù)的地鐵投資規(guī)劃，不僅意味著巨大的商機(jī)，也帶來(lái)了對(duì)能耗控制的考驗(yàn)，地鐵系統(tǒng)節(jié)能工作變得更加必要和緊迫。

分析軌道交通數(shù)據(jù)可知，用電負(fù)荷成為地鐵運(yùn)營(yíng)的主要能耗。車站、基地用電量占總用電量的40%～50%[1]，其中，僅照明系統(tǒng)一項(xiàng)，就占了整個(gè)車站平均設(shè)備負(fù)荷的14%～16%[1]，約占地鐵耗電總量的30%。

由于地鐵運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)期持久的特點(diǎn)，現(xiàn)有這種粗放型的控制方式，在現(xiàn)階段的照明設(shè)計(jì)規(guī)范和運(yùn)營(yíng)管理?xiàng)l件下，很難滿足環(huán)保節(jié)能的現(xiàn)代要求。因此，優(yōu)化照明配電與控制設(shè)計(jì)，選擇高效節(jié)能的燈具，就成了軌道交通建設(shè)中要突破的重大問題，對(duì)節(jié)能環(huán)保、降低運(yùn)營(yíng)成本、方便維護(hù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文著重闡述城市軌道交通公共區(qū)照明節(jié)能的方案。

2 智能照明控制系統(tǒng)

2.1 智能照明控制系統(tǒng)示意圖

地鐵車站作為大量使用燈光的建筑，對(duì)于智能照明的需求具有以下特點(diǎn)：（1）控制區(qū)域類型較多（站臺(tái)、站廳、出入口等）；（2）燈光耗能量大，因此對(duì)于照明節(jié)能的要求較高，效果要求顯著；（3）人流量和照明量存在線性比例關(guān)系，人流量越多，需要打開的光源越多；（4）顧客對(duì)于燈光有較高的指標(biāo)要求，在不同的區(qū)域、不同的場(chǎng)合來(lái)設(shè)置不同的場(chǎng)景（如圖1）。

整個(gè)系統(tǒng)分為3子網(wǎng)，子網(wǎng)之間通過(guò)智能專網(wǎng)和節(jié)能控制系統(tǒng)連接（如表1）。

其中：每個(gè)子網(wǎng)網(wǎng)段內(nèi)部通過(guò)系統(tǒng)總線將每個(gè)設(shè)備手拉手進(jìn)行連接。

2.2 智能照明控制系統(tǒng)的可行性

地鐵車站的正常照明主要包括公共區(qū)照明和附屬房間照明兩部分。附屬房間一般在房間門口設(shè)置蹺板開關(guān)，由于只允許有權(quán)限的工作人員進(jìn)入，所以基本可以做到人來(lái)燈開，人走燈滅的節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。但對(duì)于公共區(qū)間來(lái)說(shuō)，情況就較為復(fù)雜。目前的主要采用增加照明配電箱數(shù)量、交叉布線，在配電箱總進(jìn)線上串入接觸器，納入BAS的監(jiān)控，以電氣觸電來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制、定時(shí)通斷、中央監(jiān)控等方法。

然而，這些傳統(tǒng)的照明控制方法存在著諸多弊端，主要表現(xiàn)為：功能過(guò)于簡(jiǎn)單、管理相對(duì)粗放、節(jié)能潛力挖掘不足、線路復(fù)雜、施工難度大、照明質(zhì)量不高。

大量研究表現(xiàn)，使用智能照明控制系統(tǒng)后，能夠解決上述傳統(tǒng)照明控制的弊端，并實(shí)現(xiàn)多方面的效應(yīng)。

2.3 智能照明控制系統(tǒng)建議方案

地鐵站有兩種：一種是高架站，另一種是地下站。兩種類型的地鐵站照明控制方式區(qū)別在于使不使用照度來(lái)控制，高架站可以充分利用室外的陽(yáng)光從而達(dá)到節(jié)能的效果，即采用照度傳感器來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制。其它的控制方式與地下站相同（如圖2）。

智能照明系統(tǒng)主要由以下部分組成：（1）中央監(jiān)控電腦；（2）總線耦合器（網(wǎng)關(guān)）；（3）智能控制模塊；（4）智能控制面板；（5）照度傳感器。

智能照明系統(tǒng)的控制功能如下：（1）地鐵站強(qiáng)調(diào)對(duì)客人的第一印象，要求利用明暗有序和適度的照明環(huán)境讓人進(jìn)入地鐵站后就能感到高雅舒適的氣氛。（2）地鐵站的燈具數(shù)量多，品質(zhì)高并十分昂貴，要求控制系統(tǒng)可以延長(zhǎng)燈具壽命，降低地鐵站運(yùn)行費(fèi)用。（3）地鐵站管理要求能夠?qū)Φ罔F站內(nèi)所有公共區(qū)域的燈光實(shí)時(shí)監(jiān)控并能根據(jù)環(huán)境改變當(dāng)前照明狀態(tài)。（4）地鐵站的照明耗電約占整個(gè)能源的35%左右，要求通過(guò)控制系統(tǒng)能節(jié)省能源消耗。（5）地鐵站的主要功能區(qū)如：出入口、站廳、樓（扶）梯和站臺(tái)等需要因不同的場(chǎng)面而變換不同的燈光環(huán)境，營(yíng)造不同的環(huán)境氣氛。（6）出入口處和站廳需要根據(jù)每天的時(shí)鐘變化不同的燈光場(chǎng)景，以適應(yīng)不同照度情況下的燈光亮度需要，同時(shí)應(yīng)該增加照度傳感器設(shè)備，當(dāng)惡劣氣候來(lái)臨的時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)可以自動(dòng)打開燈光，提供適當(dāng)?shù)恼斩?。?）樓（扶）梯和站臺(tái)是人群聚集的地方，首先需要根據(jù)每天的時(shí)鐘變化不同的燈光場(chǎng)景，其次根據(jù)每年的季節(jié)變化實(shí)現(xiàn)不同的色溫變化，第三，當(dāng)列車到達(dá)的時(shí)候可以打開或增量離軌道較近的燈光，便于人群進(jìn)出列車。（8）整個(gè)車站在周末或節(jié)日還可以體現(xiàn)不同的場(chǎng)景。（9）傳統(tǒng)的照明無(wú)法實(shí)現(xiàn)或難以實(shí)現(xiàn)上述功能需求，智能照明管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)調(diào)光模塊和開關(guān)模塊的控制設(shè)置，在面板的場(chǎng)景功能及對(duì)單回路的控制非常容易的實(shí)現(xiàn)這些功能需求。

3 高效節(jié)能LED燈具的使用

3.1 車站對(duì)燈具使用的要求

地鐵站作為大量使用燈光的建筑，在以下公共區(qū)可使用LED燈具替換傳統(tǒng)熒光燈，可以達(dá)到低耗高效的目的。

（1）站廳、站臺(tái)、設(shè)備房、出入口通道的普通照明燈具、應(yīng)急照明燈具等；

（2）站廳、站臺(tái)、出入口通道的廣告照明等；

（3）站廳、站臺(tái)、出入口通道的導(dǎo)向標(biāo)志照明等。

3.2 LED照明在節(jié)能工作中的應(yīng)用

（1）能耗低。與同等光效的照明燈相比，LED光源的能量消耗可以減少80%，用電量?jī)H相當(dāng)于只使用傳統(tǒng)照明燈具時(shí)的20%～30%。

（2）壽命長(zhǎng)。傳統(tǒng)的照明燈和節(jié)能燈的使用壽命是2000小時(shí)——8000小時(shí)，而LED照明燈的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)小時(shí)——10萬(wàn)小時(shí)。

（3）綠色環(huán)保。LED是由無(wú)毒的材料做成，無(wú)汞、無(wú)鉛、無(wú)眩光、無(wú)紫外線輻射，符合歐盟ROHS標(biāo)準(zhǔn)，可以回收再利用。LED被完全的封裝在循環(huán)氧樹脂里面，內(nèi)部沒有松動(dòng)的部分，比燈泡和熒光燈管都更堅(jiān)固耐用，不易損壞。

（4）不招蚊蟲。LED使用二極管發(fā)光技術(shù)，屬于冷光源，不招蚊蟲，不會(huì)破壞車站環(huán)境。

4 節(jié)能效果分析

4.1 標(biāo)準(zhǔn)高架車站節(jié)能效果分析

以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高架車站為例，若不采用光感控制系統(tǒng)，公共區(qū)的燈具數(shù)量及日運(yùn)行能耗如表2所示：

當(dāng)高架車站采用LED和智能照明控制系統(tǒng)后，在白天光線比較充足時(shí)，關(guān)閉公共區(qū)的普通照明，只預(yù)留應(yīng)急照明燈具時(shí)，公共區(qū)的燈具數(shù)量及日運(yùn)行能耗如表3所示：

從以上可以看出，當(dāng)采用照明節(jié)能系統(tǒng)后可節(jié)約電能為59.92%。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)地下車站節(jié)能效果分析

以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地下車站為例，公共區(qū)面積約為3600m2，公共區(qū)的燈具數(shù)量及日運(yùn)行能耗如表4所示：

采用LED照明節(jié)能燈具后的日運(yùn)行能耗如表5所示：

從以上可以看出，當(dāng)采用T8管熒光燈，設(shè)計(jì)照度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范照度標(biāo)準(zhǔn)值，不需要進(jìn)行照度調(diào)節(jié)的情況下，采用LED照明設(shè)計(jì)能節(jié)省40.3%的電能。若設(shè)計(jì)照度值大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范值時(shí)，采用智能照明系統(tǒng)后其節(jié)約電能的可能性更大。

5 結(jié)語(yǔ)

智能照明系統(tǒng)及高效節(jié)能LED燈具的使用，在加強(qiáng)城市軌道交通照明系統(tǒng)管理的同時(shí)，能夠很好的節(jié)約運(yùn)營(yíng)電費(fèi)開支。這些技術(shù)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于會(huì)展中心、航站樓、體育館、博物館、星級(jí)酒店、高檔寫字樓等各類場(chǎng)所，并且在廣州、北京、深圳的地鐵車站中，也開始有所應(yīng)用。因此，在城市軌道交通公共區(qū)照明節(jié)能中使用智能控制系統(tǒng)和高效節(jié)能LED燈具是可行的，也是有必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]穆廣友，李曉龍，尹力明等.地鐵車站照明系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能對(duì)策[J].城市軌道交通研究，2010（8）：1.endprint

【摘 要】 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，能源需求的大幅增加，能源供需矛盾突出。按照我國(guó)提出的“中國(guó)綠色照明工程”，照明節(jié)電已成為節(jié)能的重要方面。本文從城市軌道交通車站智能照明系統(tǒng)及高效節(jié)能LED燈具的應(yīng)用兩個(gè)方面對(duì)照明節(jié)能方案進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決方案。

【關(guān)鍵詞】 城市軌道交通 照明系統(tǒng) LED 節(jié)能

1 概述

由于全國(guó)電資源得不到優(yōu)化配置，結(jié)構(gòu)性的缺電成為我國(guó)目前面臨的一個(gè)很嚴(yán)峻的問題。目前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)和增長(zhǎng)速度最快的地區(qū)，同時(shí)也成為電力資源最匱乏的地區(qū)。在保增長(zhǎng)擴(kuò)內(nèi)需的“主旋律”下，2009年12月，國(guó)務(wù)院又批復(fù)了北京、傷害、廣州、深圳等22個(gè)城市的79條軌道交通建設(shè)規(guī)劃，總長(zhǎng)2259.84公里，總投資約為8800億元。這次新批復(fù)的地鐵投資規(guī)劃，不僅意味著巨大的商機(jī)，也帶來(lái)了對(duì)能耗控制的考驗(yàn)，地鐵系統(tǒng)節(jié)能工作變得更加必要和緊迫。

分析軌道交通數(shù)據(jù)可知，用電負(fù)荷成為地鐵運(yùn)營(yíng)的主要能耗。車站、基地用電量占總用電量的40%～50%[1]，其中，僅照明系統(tǒng)一項(xiàng)，就占了整個(gè)車站平均設(shè)備負(fù)荷的14%～16%[1]，約占地鐵耗電總量的30%。

由于地鐵運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)期持久的特點(diǎn)，現(xiàn)有這種粗放型的控制方式，在現(xiàn)階段的照明設(shè)計(jì)規(guī)范和運(yùn)營(yíng)管理?xiàng)l件下，很難滿足環(huán)保節(jié)能的現(xiàn)代要求。因此，優(yōu)化照明配電與控制設(shè)計(jì)，選擇高效節(jié)能的燈具，就成了軌道交通建設(shè)中要突破的重大問題，對(duì)節(jié)能環(huán)保、降低運(yùn)營(yíng)成本、方便維護(hù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文著重闡述城市軌道交通公共區(qū)照明節(jié)能的方案。

2 智能照明控制系統(tǒng)

2.1 智能照明控制系統(tǒng)示意圖

地鐵車站作為大量使用燈光的建筑，對(duì)于智能照明的需求具有以下特點(diǎn)：（1）控制區(qū)域類型較多（站臺(tái)、站廳、出入口等）；（2）燈光耗能量大，因此對(duì)于照明節(jié)能的要求較高，效果要求顯著；（3）人流量和照明量存在線性比例關(guān)系，人流量越多，需要打開的光源越多；（4）顧客對(duì)于燈光有較高的指標(biāo)要求，在不同的區(qū)域、不同的場(chǎng)合來(lái)設(shè)置不同的場(chǎng)景（如圖1）。

整個(gè)系統(tǒng)分為3子網(wǎng)，子網(wǎng)之間通過(guò)智能專網(wǎng)和節(jié)能控制系統(tǒng)連接（如表1）。

其中：每個(gè)子網(wǎng)網(wǎng)段內(nèi)部通過(guò)系統(tǒng)總線將每個(gè)設(shè)備手拉手進(jìn)行連接。

2.2 智能照明控制系統(tǒng)的可行性

地鐵車站的正常照明主要包括公共區(qū)照明和附屬房間照明兩部分。附屬房間一般在房間門口設(shè)置蹺板開關(guān)，由于只允許有權(quán)限的工作人員進(jìn)入，所以基本可以做到人來(lái)燈開，人走燈滅的節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。但對(duì)于公共區(qū)間來(lái)說(shuō)，情況就較為復(fù)雜。目前的主要采用增加照明配電箱數(shù)量、交叉布線，在配電箱總進(jìn)線上串入接觸器，納入BAS的監(jiān)控，以電氣觸電來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制、定時(shí)通斷、中央監(jiān)控等方法。

然而，這些傳統(tǒng)的照明控制方法存在著諸多弊端，主要表現(xiàn)為：功能過(guò)于簡(jiǎn)單、管理相對(duì)粗放、節(jié)能潛力挖掘不足、線路復(fù)雜、施工難度大、照明質(zhì)量不高。

大量研究表現(xiàn)，使用智能照明控制系統(tǒng)后，能夠解決上述傳統(tǒng)照明控制的弊端，并實(shí)現(xiàn)多方面的效應(yīng)。

2.3 智能照明控制系統(tǒng)建議方案

地鐵站有兩種：一種是高架站，另一種是地下站。兩種類型的地鐵站照明控制方式區(qū)別在于使不使用照度來(lái)控制，高架站可以充分利用室外的陽(yáng)光從而達(dá)到節(jié)能的效果，即采用照度傳感器來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制。其它的控制方式與地下站相同（如圖2）。

智能照明系統(tǒng)主要由以下部分組成：（1）中央監(jiān)控電腦；（2）總線耦合器（網(wǎng)關(guān)）；（3）智能控制模塊；（4）智能控制面板；（5）照度傳感器。

智能照明系統(tǒng)的控制功能如下：（1）地鐵站強(qiáng)調(diào)對(duì)客人的第一印象，要求利用明暗有序和適度的照明環(huán)境讓人進(jìn)入地鐵站后就能感到高雅舒適的氣氛。（2）地鐵站的燈具數(shù)量多，品質(zhì)高并十分昂貴，要求控制系統(tǒng)可以延長(zhǎng)燈具壽命，降低地鐵站運(yùn)行費(fèi)用。（3）地鐵站管理要求能夠?qū)Φ罔F站內(nèi)所有公共區(qū)域的燈光實(shí)時(shí)監(jiān)控并能根據(jù)環(huán)境改變當(dāng)前照明狀態(tài)。（4）地鐵站的照明耗電約占整個(gè)能源的35%左右，要求通過(guò)控制系統(tǒng)能節(jié)省能源消耗。（5）地鐵站的主要功能區(qū)如：出入口、站廳、樓（扶）梯和站臺(tái)等需要因不同的場(chǎng)面而變換不同的燈光環(huán)境，營(yíng)造不同的環(huán)境氣氛。（6）出入口處和站廳需要根據(jù)每天的時(shí)鐘變化不同的燈光場(chǎng)景，以適應(yīng)不同照度情況下的燈光亮度需要，同時(shí)應(yīng)該增加照度傳感器設(shè)備，當(dāng)惡劣氣候來(lái)臨的時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)可以自動(dòng)打開燈光，提供適當(dāng)?shù)恼斩取＃?）樓（扶）梯和站臺(tái)是人群聚集的地方，首先需要根據(jù)每天的時(shí)鐘變化不同的燈光場(chǎng)景，其次根據(jù)每年的季節(jié)變化實(shí)現(xiàn)不同的色溫變化，第三，當(dāng)列車到達(dá)的時(shí)候可以打開或增量離軌道較近的燈光，便于人群進(jìn)出列車。（8）整個(gè)車站在周末或節(jié)日還可以體現(xiàn)不同的場(chǎng)景。（9）傳統(tǒng)的照明無(wú)法實(shí)現(xiàn)或難以實(shí)現(xiàn)上述功能需求，智能照明管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)調(diào)光模塊和開關(guān)模塊的控制設(shè)置，在面板的場(chǎng)景功能及對(duì)單回路的控制非常容易的實(shí)現(xiàn)這些功能需求。

3 高效節(jié)能LED燈具的使用

3.1 車站對(duì)燈具使用的要求

地鐵站作為大量使用燈光的建筑，在以下公共區(qū)可使用LED燈具替換傳統(tǒng)熒光燈，可以達(dá)到低耗高效的目的。

（1）站廳、站臺(tái)、設(shè)備房、出入口通道的普通照明燈具、應(yīng)急照明燈具等；

（2）站廳、站臺(tái)、出入口通道的廣告照明等；

（3）站廳、站臺(tái)、出入口通道的導(dǎo)向標(biāo)志照明等。

3.2 LED照明在節(jié)能工作中的應(yīng)用

（1）能耗低。與同等光效的照明燈相比，LED光源的能量消耗可以減少80%，用電量?jī)H相當(dāng)于只使用傳統(tǒng)照明燈具時(shí)的20%～30%。

（2）壽命長(zhǎng)。傳統(tǒng)的照明燈和節(jié)能燈的使用壽命是2000小時(shí)——8000小時(shí)，而LED照明燈的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)小時(shí)——10萬(wàn)小時(shí)。

（3）綠色環(huán)保。LED是由無(wú)毒的材料做成，無(wú)汞、無(wú)鉛、無(wú)眩光、無(wú)紫外線輻射，符合歐盟ROHS標(biāo)準(zhǔn)，可以回收再利用。LED被完全的封裝在循環(huán)氧樹脂里面，內(nèi)部沒有松動(dòng)的部分，比燈泡和熒光燈管都更堅(jiān)固耐用，不易損壞。

（4）不招蚊蟲。LED使用二極管發(fā)光技術(shù)，屬于冷光源，不招蚊蟲，不會(huì)破壞車站環(huán)境。

4 節(jié)能效果分析

4.1 標(biāo)準(zhǔn)高架車站節(jié)能效果分析

以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高架車站為例，若不采用光感控制系統(tǒng)，公共區(qū)的燈具數(shù)量及日運(yùn)行能耗如表2所示：

當(dāng)高架車站采用LED和智能照明控制系統(tǒng)后，在白天光線比較充足時(shí)，關(guān)閉公共區(qū)的普通照明，只預(yù)留應(yīng)急照明燈具時(shí)，公共區(qū)的燈具數(shù)量及日運(yùn)行能耗如表3所示：

從以上可以看出，當(dāng)采用照明節(jié)能系統(tǒng)后可節(jié)約電能為59.92%。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)地下車站節(jié)能效果分析

以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)地下車站為例，公共區(qū)面積約為3600m2，公共區(qū)的燈具數(shù)量及日運(yùn)行能耗如表4所示：

采用LED照明節(jié)能燈具后的日運(yùn)行能耗如表5所示：

從以上可以看出，當(dāng)采用T8管熒光燈，設(shè)計(jì)照度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范照度標(biāo)準(zhǔn)值，不需要進(jìn)行照度調(diào)節(jié)的情況下，采用LED照明設(shè)計(jì)能節(jié)省40.3%的電能。若設(shè)計(jì)照度值大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范值時(shí)，采用智能照明系統(tǒng)后其節(jié)約電能的可能性更大。

5 結(jié)語(yǔ)

智能照明系統(tǒng)及高效節(jié)能LED燈具的使用，在加強(qiáng)城市軌道交通照明系統(tǒng)管理的同時(shí)，能夠很好的節(jié)約運(yùn)營(yíng)電費(fèi)開支。這些技術(shù)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于會(huì)展中心、航站樓、體育館、博物館、星級(jí)酒店、高檔寫字樓等各類場(chǎng)所，并且在廣州、北京、深圳的地鐵車站中，也開始有所應(yīng)用。因此，在城市軌道交通公共區(qū)照明節(jié)能中使用智能控制系統(tǒng)和高效節(jié)能LED燈具是可行的，也是有必要的。

參考文獻(xiàn)：

[1]穆廣友，李曉龍，尹力明等.地鐵車站照明系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能對(duì)策[J].城市軌道交通研究，2010（8）：1.endprint