LED燈具在地鐵照明中的應(yīng)用案例分析

鐘 雄，王藝偉，鄒儲(chǔ)優(yōu)，喬慶飛

(深圳市九洲光電科技有限公司，廣東 深圳 518000)

引言

我國(guó)日益增加的機(jī)動(dòng)車數(shù)量、復(fù)雜的地面交通管理，讓地下軌道交通的發(fā)展成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重中之重。由于地下軌道交通終日處于無(wú)自然光的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，巨大的人流量、狹窄的活動(dòng)空間、同時(shí)需要兼?zhèn)涔δ苄耘c裝飾性的照明需求，使地下軌道交通照明如地鐵照明對(duì)于燈具的節(jié)能性、照度、可靠性及穩(wěn)定性等提出了相關(guān)要求[1-4]。

LED擁有環(huán)保節(jié)能、長(zhǎng)壽命、高光效、低輻射、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)[5-7]，適合應(yīng)用在地鐵的運(yùn)營(yíng)環(huán)境。我們將結(jié)合LED燈具在地鐵照明中應(yīng)用的一些工程項(xiàng)目，淺析LED燈具在地鐵照明中的應(yīng)用與前景。

1 LED燈具在港鐵九龍?zhí)琳菊彰鞲脑熘械膽?yīng)用分析

1)車站照明現(xiàn)狀(圖1)。香港地鐵九龍?zhí)琳臼窍愀鄣罔F東鐵線與觀塘線的換乘站，是香港地鐵眾多線路中客流量第五大的站點(diǎn)，對(duì)于照明系統(tǒng)的要求十分嚴(yán)格。

在照明燈具方面，九龍?zhí)琳菊緩d層和站臺(tái)層公共區(qū)域主要照明以熒光燈為主，主要使用的燈具為雙管T8熒光燈管(36 W×2)或者格柵燈盤，樓梯及扶梯區(qū)域主要以筒燈為主，內(nèi)置雙管橫插熒光燈(20 W×2)?，F(xiàn)有照明條件下平均照明功率密度為26 W/m2。在地鐵電力耗能中，地鐵照明系統(tǒng)占地鐵電力系統(tǒng)總耗能13%，節(jié)能改造勢(shì)在必行。

在照明效果方面，九龍?zhí)淋囌敬嬖谥鵁艟卟贾貌缓侠恚斩染鶆蚨绕偷那闆r，在售票室與售票機(jī)的區(qū)域平均照度只有160 lx(標(biāo)準(zhǔn)為300 lx)，而在站臺(tái)與站廳地面部分區(qū)域照度高達(dá)530 lx，而有些區(qū)域只有70、80 lx。相比標(biāo)準(zhǔn)中站廳地面200 lx、站臺(tái)地面150 lx，照度均勻度0.6的要求，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。

圖1 九龍?zhí)琳驹姓彰鳡顟B(tài)Fig.1 The original lighting status in the KOT station

在使用壽命與可維護(hù)性方面,九龍?zhí)淋囌菊彰饔捎谄涮厥庑?平均每天照明工作時(shí)間為18 h甚至是24 h。一般熒光燈的平均壽命在8 000～12 000 h之間,單次更換燈管使用壽命周期只有一年到兩年間，因此需要投入大量的人力和物力進(jìn)行維護(hù)。

2)照明改造方案。針對(duì)車站現(xiàn)有的照明狀況，結(jié)合客戶的項(xiàng)目要求，我們運(yùn)用照明仿真計(jì)算軟件，分別對(duì)大廳、出入閘機(jī)、售票處、走廊及出口等多個(gè)不同區(qū)域的燈具排布、燈具類型、燈具光通量、配光曲線等做了精心的設(shè)計(jì)(圖2)。如站廳大堂區(qū)域，大堂區(qū)域?qū)儆谌肆髅芗瘏^(qū)域，在該區(qū)域使用定制的LED燈盤進(jìn)行照明，利用特殊的配光設(shè)計(jì)使整體的區(qū)域照度均勻度達(dá)到了大于0.6的水平。同時(shí)為了突出站廳層的空間導(dǎo)向性，在通往乘車或者換乘站的方向，燈具的長(zhǎng)度方向與行進(jìn)方向平行排布，利用燈光發(fā)揮了引導(dǎo)性的作用。

走廊及出口的區(qū)域,是地鐵內(nèi)部與外部連接的過(guò)渡區(qū)。白天室外的照度環(huán)境(夏季陽(yáng)光直射下可達(dá)60 000～100 000 lx)與地鐵內(nèi)部照度環(huán)境(150～200 lx)相差非常大,如果未能處理好環(huán)境照度的過(guò)渡，很容易引起乘客視覺上的不適甚至眩暈。因此，在該區(qū)域照明設(shè)計(jì)方面需要采用過(guò)渡性照明設(shè)計(jì)。即從走廊通向出口的區(qū)域，燈具的排布密度呈現(xiàn)出由疏到密的漸進(jìn)排布方式，最大程度上降低了乘客往來(lái)該區(qū)域的不舒適感，過(guò)渡性照明設(shè)計(jì)同樣適用于地鐵站臺(tái)與站廳設(shè)置于地面以上的地鐵車站。

在照度控制方面，站廳和站臺(tái)的空間的設(shè)計(jì)照度為150～200 lx，乘客停留較多的區(qū)域，如站廳售票區(qū)，站臺(tái)等候區(qū)等區(qū)域照度提高為200～250 lx。轉(zhuǎn)換空間的設(shè)計(jì)如扶梯口、閘機(jī)檢票處、樓梯、垂直電梯入口處、通道口、站臺(tái)邊緣等處，為保證乘客和工作人員的安全，照度適當(dāng)提高到250～300 lx[6]。

色溫與顯色性方面，由于色溫在裝飾氣氛和環(huán)境的營(yíng)造上具有非常大的作用，所以在站廳和站臺(tái)的大部分公共區(qū)域選取了4 000 K的自然白色溫，使乘客有一種自然，放松的感覺，更貼合人們心理上的需求；在地鐵配套的地鐵商場(chǎng)選用5 000 K色溫的光源，使商業(yè)空間照明清爽舒適，緩解乘客在相對(duì)狹窄的地鐵空間的壓抑感。該項(xiàng)目燈具所使用的光源的顯色指數(shù)均大于85，局部區(qū)域甚至達(dá)到顯指90，使空間被照物的色彩更加真實(shí)，更能發(fā)揮出地鐵空間中多元化設(shè)計(jì)的獨(dú)特性(圖3)。

在眩光控制方面，由于九龍?zhí)琳臼嵌鄬油ㄟ^(guò)性空間，同時(shí)在裝飾材料上多使用部分光面的材料，因此，避免燈具的直接眩光和反射眩光是照明設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在這方面我們通過(guò)使用具有高霧度、合適透過(guò)率的擴(kuò)散罩使燈盤表面達(dá)到均勻舒適的出光效果，同時(shí)嚴(yán)格把控?zé)舯P表面亮度值，使得整體的照明環(huán)境達(dá)到了較低眩光的值，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)值為UGR<19。

圖2 九龍?zhí)琳菊彰鞣抡嫘Ч鸉ig.2 Lighting simulation effect of KOT station

圖3 九龍?zhí)琳菊彰鞣抡鎮(zhèn)紊珗DFig.3 Lighting simulation pseudo-color map of KOT station

3)燈具設(shè)計(jì)與選型(圖4～圖6)。在九龍?zhí)琳九_(tái)與站廳公共區(qū)照明中主要選用了1103 LED燈盤與8703 LED燈盤，在功率方面，8703燈盤功率為16 W，1103燈盤功率為21 W，相比傳統(tǒng)熒光燈管(36 W)或雙管格柵燈盤(36 W×2),照明改造之后實(shí)現(xiàn)了整體節(jié)能50%以上的效果。

圖4 九龍?zhí)琳緹舯P系列產(chǎn)品Fig.4 Lamp panel product in the KOT station

在過(guò)渡性區(qū)域的照明區(qū)域如樓梯、電梯區(qū)域，選用了20 W的筒燈進(jìn)行替代，使以往的昏暗環(huán)境區(qū)域照度有了明顯的提高，符合照度標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖5 九龍?zhí)琳就矡粝盗挟a(chǎn)品Fig.5 Tube lamp in the KOT station

在車站的暗槽區(qū)域，使用了長(zhǎng)度為1 m的線條燈進(jìn)行間接式照明，使直接照明與間接照明相配合，豐富站內(nèi)的照明方式。且間接照明的方式一定程度上增加了站內(nèi)環(huán)境的背景亮度，降低了大量燈具集中所產(chǎn)生的眩光影響，同時(shí)通過(guò)與其他燈具的配合，發(fā)揮了照明設(shè)計(jì)“點(diǎn)”、“線”、“面”的設(shè)計(jì)思路。

圖6 九龍?zhí)琳緹魲l系列產(chǎn)品Fig.6 Strip lamp in the KOT station

圖7 九龍?zhí)琳菊彰鞲脑旌髮?shí)景1Fig.7 Lighting scene in the KOT station after transforming①

圖8 九龍?zhí)琳菊彰鞲脑旌髮?shí)景2Fig.8 Lighting scene in the KOT station after transforming②

4)站內(nèi)改造效果。通過(guò)對(duì)站內(nèi)燈具的替換與整體布局的規(guī)劃，九龍?zhí)恋罔F站內(nèi)的照明環(huán)境煥然一新，在滿足了照度標(biāo)準(zhǔn)所需的照度要求的同時(shí)，做到了整個(gè)地鐵站內(nèi)亮而不眩，整齊化一而不單調(diào)乏味的照明效果，深受香港地鐵客戶的認(rèn)可和乘客的好評(píng)。

2 港鐵彩虹站廣告燈箱LED照明改造案例分析

廣告燈箱是地鐵車站內(nèi)不可或缺的一種媒介，在客流往來(lái)的車站內(nèi)廣告燈箱能否吸引乘客的注意，不但需要精彩的廣告內(nèi)容，更需要靚麗清爽的廣告照明效果。只有將廣告畫面的內(nèi)容高度的還原其真實(shí)色彩，才能更好地達(dá)到廣而告之的作用，同時(shí)成為地鐵車站內(nèi)的亮點(diǎn)。

1)車站廣告燈箱照明現(xiàn)狀。香港地鐵彩虹站廣告燈箱改造項(xiàng)目涵蓋4封及12封廣告燈箱，嵌入式、立式安裝等形式。彩虹站改造前使用的廣告燈箱，均采用傳統(tǒng)T5或T8燈管。光衰比較快，可靠性也較低，需要經(jīng)常更換燈管，畫面有明暗間隔條紋，對(duì)廣告效果有較大的影響。

功耗方面，以站內(nèi)2.5 m×1.6 m的12封廣告燈箱為例，改造前的燈箱使用16支T5-5ft 熒光燈管，每支燈管標(biāo)稱功率35 W，16支燈管共560 W，加上鎮(zhèn)流器功耗及線損，燈箱總功耗約600 W。

產(chǎn)品可靠性方面，根據(jù)香港地鐵的維護(hù)統(tǒng)計(jì)，T5燈管雖然較T8燈管節(jié)能，但對(duì)溫度變化敏感，光衰較快，實(shí)際使用壽命約4 000 h，需要頻繁更換維護(hù)。地鐵車站常年處于冷熱交替的變化環(huán)境中，運(yùn)行時(shí)間內(nèi)站內(nèi)溫度為25 ℃，而非工作時(shí)間往往由于空調(diào)設(shè)備的關(guān)閉產(chǎn)生正負(fù)約20 ℃的溫差，對(duì)燈箱內(nèi)燈管的壽命影響巨大。而軌道區(qū)間環(huán)境則更為惡劣，要求相對(duì)濕度小于95%，軌行區(qū)溫度為5～40 ℃，燈箱每天工作19 h，全年連續(xù)工作，導(dǎo)致傳統(tǒng)廣告燈箱的使用壽命短暫[9]。另一方面，軌行區(qū)的燈具更換十分困難，對(duì)廣告燈箱的可靠性要求極高。

出光效果上分析，使用燈管的燈箱出光效果表現(xiàn)不佳，廣告面有明暗相間的排骨影。畫面色彩偏黃或偏青，廣告紙中色彩飽和度低，燈箱出光面中心位置偏亮，四周偏暗，展示效果受到了很大影響。傳統(tǒng)燈管做背光的廣告燈箱測(cè)試的表面亮度均勻度僅為0.4。

2)LED廣告燈箱改造方案。針對(duì)彩虹站內(nèi)的舊燈箱結(jié)構(gòu)與客戶提出的照明效果需求，使用模塊化的LED點(diǎn)陣設(shè)計(jì)對(duì)燈箱進(jìn)行改造。

燈箱內(nèi)結(jié)構(gòu)采用簡(jiǎn)易的模塊化設(shè)計(jì)，最大程度減少連接線，端子及各器件的數(shù)量，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

由于點(diǎn)陣化的設(shè)計(jì)可以自由的排布燈珠位置，使燈箱表面的均勻性能夠被很好地控制，保證了燈箱四周不會(huì)出現(xiàn)暗區(qū)，使得設(shè)計(jì)的燈箱均勻度能夠達(dá)到燈箱表面亮度均勻度≥0.8(顯示器均勻度標(biāo)準(zhǔn))，甚至能夠基本消除廣告燈箱外框加強(qiáng)筋陰影。燈箱改造后發(fā)光光色柔和細(xì)膩，很好地還原了廣告畫布的真實(shí)性。

3)12封廣告燈箱性能參數(shù)分析。性能參數(shù)如表1所示。

表1 廣告燈箱的性能參數(shù)Table 1 Performance parameter of advertising light box

4)廣告燈箱收益分析。收益數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 廣告燈箱的收益情況Table 2 Benefit of advertising light box

以替換50個(gè)燈箱為準(zhǔn)進(jìn)行收益分析，廣告燈箱LED節(jié)能改造后大約2年可回收成本，以后每年節(jié)約費(fèi)用161 373元，該計(jì)算數(shù)據(jù)尚不包括因燈箱節(jié)能減少發(fā)熱量而降低的空調(diào)電費(fèi)等其余開銷。我們可以清晰地看出，LED廣告燈箱帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著LED照明技術(shù)的發(fā)展，LED燈具產(chǎn)品性能將更加完善，光效、壽命、穩(wěn)定性都將有很大的提升。不可置疑，未來(lái)LED燈具肯定會(huì)成為地鐵照明的主流產(chǎn)品，并且以其優(yōu)異性在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)成為照明器具的首選。在迅猛發(fā)展的城市軌道交通的大環(huán)境下，LED照明在地鐵照明空間內(nèi)的市場(chǎng)將會(huì)是十分可觀的。

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