基于南京地鐵的照明配電節(jié)能設計

汪橙紫

(中交第二公路勘察設計研究院有限公司)

0 引言

地鐵是一種運能大, 同時兼具安全舒適、便利快捷、耗能少等優(yōu)點的交通工具, 它以電能為動力運行, 相較傳統(tǒng)交通工具減少了對石油的消耗。隨著我國提出建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的發(fā)展戰(zhàn)略, 地鐵已經(jīng)成為市民出行的首選交通工具。然而地鐵運能大的特點也使得其在運營過程中需要消耗大量電能, 地鐵用電成本占總運營成本的30%至48%。截止至2022 年12 月, 我國開通并投入運行的地鐵線路達290 條, 涉及53 個城市, 共計里程59584 公里,車站5609 座。根據(jù)地鐵規(guī)劃, 全國將有80 個城市開通地鐵, 預計每年將耗電400 億度, 占全國未來總耗電量的5‰左右[1]。

除了供電、通信、信號、給排水及消防、通風系統(tǒng)等, 車站照明系統(tǒng)是地鐵中必不可少的一部分, 照明系統(tǒng)需要同時兼顧功能性、裝飾性和舒適性, 照明系統(tǒng)的長時間工作和性能要求高的性質(zhì)決定了其電能消耗大的特性。據(jù)統(tǒng)計, 僅照明系統(tǒng)就占車站設備總負荷的30%左右[2]。因此在滿足車站正常運營工作的前提下, 如何在地鐵車站照明系統(tǒng)的設計過程中,通過采取合理的節(jié)能措施, 達到降低能耗的效果, 對于照明系統(tǒng)應用價值的提升至關(guān)重要。

1 地鐵站照明配電節(jié)能措施

1.1 合理選擇配電與控制方式

車站照明一般分為正常照明、應急照明、安全特低電壓照明、廣告照明、標志照明、導向照明等。其中正常照明包含公共區(qū)正常照明、設備區(qū)附屬房間正常照明; 應急照明包含包含備用照明和疏散照明, 疏散照明采用36V 安全電壓等級配電; 安全特低電壓照明包含變電所電纜夾層照明和站臺板下照明。

照明系統(tǒng)負荷分級如表1 所示。

表1 車站照明負荷分級表

本項目照明配電采用放射式為主和樹干式為輔的配電方式。在公共區(qū)設置兩套公共區(qū)正常照明配電箱(配電箱編號為ZM1、ZM2), 每個配電箱約占公共區(qū)總照明的一半。為滿足照明雙路電源的要求, 正常照明配電箱ZM1、ZM2 的電源分別引自變電所的兩段低壓母線, 且照明燈具采用交叉配線, 在滿足照明雙回電源的同時達到降低能耗的效果[3]。

廣告照明分別在車站的站臺、站廳公共區(qū)、出入口通道等區(qū)域設置, 為減少配電距離, 分別在站廳層和站臺層照明配電室內(nèi)設置廣告照明配電箱, 并在配電箱內(nèi)設單獨計量和控制。廣告照明用電為三級負荷, 其配電箱采用單電源進線即可滿足配電要求。

站廳、站臺、出入口的公共區(qū)照明、導向照明全部采用智能照明控制系統(tǒng), 不僅在車控室可以進行控制, 也可在配電室內(nèi)進行現(xiàn)場控制。相對傳統(tǒng)照明的手動控制、時序控制等, 智能照明系統(tǒng)可以根據(jù)車站的客流量、照度對車站燈具進行自動控制。在運營的高峰時段, 控制站臺層、站廳層公共區(qū)開啟全部照明燈具。在非運營高峰期, 可自動進入節(jié)電模式, 此時只需開啟20% ～30%的照明燈具, 即自動關(guān)掉ZM1或ZM2, 在能達到車站內(nèi)照明要求的同時, 實現(xiàn)照明用電的節(jié)約。列車正常停運后, 將關(guān)閉公共區(qū)所有正常電照明燈具, 只保留公共區(qū)的疏散照明, 此時疏散照明兼做值班照明, 確保停運后工作人員能正常通行和巡視。

本項目根據(jù)照明需求, 在車站公共區(qū)正常照明配電箱(配電箱編號為正常照明1、正常照明2) 內(nèi)設置8 路智能照明開關(guān)控制模塊, 同一個配電箱內(nèi)的智能照明控制間采用手拉手的連接方式設計。照明配電箱系統(tǒng)圖如圖1 所示。

廣告照明由BAS 系統(tǒng)進行控制, 也可在配電室就地控制。通常公共區(qū)和出入口通道的廣告照明都保持開啟狀態(tài), 可根據(jù)廣告照明照度和現(xiàn)場實際情況,關(guān)閉或減少廣告照明附近一般照明燈具的開啟數(shù)量,降低亮度, 以達到節(jié)能的效果[4]。

站內(nèi)附屬及設備用房普通照明均采用就地開關(guān)控制。地鐵工作人員可根據(jù)情況自行開關(guān)設備用房照明燈具。

區(qū)間照明也分為兩種, 一種為區(qū)間正常工作照明, 一種為區(qū)間應急照明。區(qū)間正常工作照明及區(qū)間應急照明分箱每間隔200m 設置一處。每間隔10m 設置一盞照明燈具, 兩種照明燈具交叉布置。首個區(qū)間正常工作照明和區(qū)間應急照明的配電箱均設置在相鄰車站站臺端部上、下行洞口處。其中區(qū)間應急照明為常明燈, 可不設控制。未達到照度要求, 可在道岔區(qū)應適當增加照明燈具數(shù)量。

1.2 合理選擇節(jié)能燈具

地鐵站內(nèi)使用較多的燈具類型為熒光燈和LED 燈。

熒光燈具有結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)光效率高、顯色指數(shù)高、使用壽命長、維護成本低等顯著優(yōu)點, 尤其適用于換燈困難維護成本高的場所。熒光燈比普通白熾燈的光效高4 ～5 倍, 壽命比一般白熾燈高10 ～15 倍,屬高效節(jié)能光源。

近幾十年來, LED 燈技術(shù)不斷發(fā)展, 隨著其光效的提高、質(zhì)量的改進、價格的下降, 在地鐵的照明系統(tǒng)中已普遍采用LED 燈具替代傳統(tǒng)照明燈具。LED燈具與傳統(tǒng)熒光燈相比, 具有高效節(jié)電的特點, 在同等照度水平下, 可比傳統(tǒng)熒光燈節(jié)電約30% ～50%。同時, LED 燈具的壽命較長, 約比傳統(tǒng)熒光燈具的5至6 倍, 大大降低了后期維護費用[5]。LED 燈具安全可靠, 是一種全固體發(fā)光體, 不含汞, 不含熱輻射,對環(huán)境保護有更高的要求。在照明控制方面, LED 燈具調(diào)光較為方便, 可與控制及通信技術(shù)相結(jié)合, 實現(xiàn)自動調(diào)光, 從而滿足節(jié)能和調(diào)節(jié)照度的功能。

經(jīng)過比較, 本工程車站及區(qū)間燈具光源主要選用LED 燈具, 顯色指數(shù)Ra≥80, 色溫Tcp≈4100K。正常照明和備用照明燈具選用帶有接地端子的I 類燈具, 功率因數(shù)要求達到0.95 以上。應急疏散照明燈具及疏散指示照明燈具選用A 型應急照明燈, 工作電壓36V, 能實現(xiàn)巡檢、常亮、頻閃、滅燈等功能。其中地面標志燈內(nèi)部構(gòu)件均做防腐處理, 防護等級IP67, 區(qū)間應急疏散照明燈具及疏散指示照明燈具外殼防護等級不低于IP65。區(qū)間水泵房內(nèi)的照明燈具選用防水型。其他要求根據(jù)應技術(shù)規(guī)范標準嚴格執(zhí)行。

1.3 合理優(yōu)化照明設備布置

公共區(qū)照明可依據(jù)地鐵站客流量、乘客乘車動線及地鐵運營特點的觀測和分析, 在站臺車門處、站臺兩端乘客較為集中的照明重點區(qū)域增設照明燈具。

設備區(qū)照明的普遍通過人員控制達到節(jié)能的效果, 對于設備區(qū)走道、樓梯間、風道等區(qū)域的一般照明, 可考慮采用聲控或紅外感應控制燈具的開關(guān); 在設備房出入口設置手動就地控制開關(guān), 在有兩個及以上房門的設備房間設置雙控或多控開關(guān), 方便人員從任一房門進出, 以達到人走燈滅的要求。

同時燈具的布置應滿足相關(guān)規(guī)范的照度要求, 本工程照度值如下表2 所示。

表2 本工程照度值

本項目車站站廳、站臺照明設備布置如圖2、圖3 所示。

圖3 南京某地鐵站臺層照明設備布置圖

1.4 合理選擇配電線路

電纜的選擇適配性與電能損耗密切相關(guān), 電纜電阻與電能損耗成正比, 選用低電阻電纜能較好的達到節(jié)能要求[6]。由于地鐵車站站內(nèi)照明燈具較多, 在用電可靠性的得到充分保障的前提下, 需要根據(jù)車站實際情況合理選擇配電電纜和導線。根據(jù)配電回路功率選擇合適電纜和導線截面, 當功率過大或配電距離較遠時, 可適當按大一級標準選定電纜截面, 避免過大造成不必要的浪費。

據(jù)統(tǒng)計, 照明線路的損耗約占輸入電量的4%,主要影響因素是供電方式和導線截面積的選擇。照明電壓通常為220V, 為保證負載均勻、達到三相平衡,本工程照明系統(tǒng)采用三線四線制供電, 車站內(nèi)導線采用低煙無鹵銅芯導線, 電纜選用低煙無鹵阻燃型B 級鎧裝電纜, 在保證用配電安全穩(wěn)定的同時, 兼顧了降低能耗的作用。

2 結(jié)束語

本文以南京市某地鐵站為例, 針對當前對車站電量消耗較大的問題, 對照明配電系統(tǒng)進行分析, 探討照明配電的節(jié)能措施, 對地鐵站內(nèi)照明配電的設計具有理論意義和應用價值。

在設計中, 通過優(yōu)先選擇環(huán)保節(jié)能的照明設備,合理擬定照度標準, 完善節(jié)能管理制度, 優(yōu)化照明布局, 采取合理燈具控制方式等措施, 來降低地鐵車站照明的能耗, 對于降低地鐵運營成本、提高節(jié)能減排有著積極的意義。