地鐵車站照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計與施工研究

摘要：為提高照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計質(zhì)量與施工效果，開展地鐵車站照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計與施工研究。選用先進的節(jié)能燈具，完成布置;采用智能照明控制系統(tǒng)，通過感應(yīng)乘客流量、時間等因素，自動調(diào)節(jié)照明亮度，避免不必要的能耗;采用配電網(wǎng)零線多點接地技術(shù)，將零線電位維持在一個相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)，有效避免零線電位的偏移;對燈具的布局進行優(yōu)化，確保照度均勻，避免出現(xiàn)過亮或過暗的現(xiàn)象。根據(jù)測試結(jié)果，采用地鐵車站照明系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)后，照明功率降低了一半，減少了能耗和電費支出，燈具壽命增加了100%，降低了燈具的更換頻率和維護成本。

關(guān)鍵詞：地鐵;車站;照明系統(tǒng);節(jié)能;燈具;智能控制

中圖分類號：U231.91? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2024）11-0052-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.11.013

0? ? 引言

地鐵車站照明系統(tǒng)作為地鐵系統(tǒng)中的能耗大戶，其節(jié)能設(shè)計與施工不僅能夠降低地鐵車站的運行成本，還有助于推動綠色低碳城市的建設(shè)[1]。因此，對地鐵車站照明系統(tǒng)進行節(jié)能設(shè)計與施工研究具有重要的理論價值和實際意義。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在地鐵車站照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計與施工方面進行了大量研究。然而，現(xiàn)有的研究主要集中在照明設(shè)備的能效提升、智能控制技術(shù)的應(yīng)用等方面，缺乏對整個照明系統(tǒng)能耗的綜合分析與優(yōu)化。因此，本文旨在通過對地鐵車站照明系統(tǒng)的能耗現(xiàn)狀進行深入分析，找出影響能耗的關(guān)鍵因素，并從設(shè)計、施工角度提出相應(yīng)的節(jié)能措施，以期為實際工程提供參考。

1? ? 布置節(jié)能燈具

選用高效節(jié)能燈具不僅能顯著降低能耗，還能提高照明質(zhì)量，延長燈具壽命[2]。本次選用LED燈具、緊湊型熒光燈完成節(jié)能燈具布置設(shè)計。地鐵車站的節(jié)能燈具布置設(shè)計需要結(jié)合車站的實際情況和照明需求進行合理規(guī)劃，具體設(shè)計方案如下：

站臺層：站臺層是地鐵車站中人流量最大的區(qū)域，因此需要設(shè)置高亮度、大功率的燈具，以確保站臺區(qū)域的照明充足。通常這些燈具會被安裝在站臺頂部，以實現(xiàn)均勻、無死角的照明效果。

站廳層：站廳層是乘客進出地鐵站的場所，需要為乘客提供明亮的視覺環(huán)境，以便乘客快速找到自己需要的信息。因此，在站廳層可以布置筒燈、燈盤等照明設(shè)備，以滿足乘客的照明需求[3]。

出入口：出入口是連接地鐵車站和地面的通道，需要為乘客提供足夠的照明，以便乘客安全進出地鐵站。在出入口可以設(shè)置亮度適中的燈具，如LED燈具等，以實現(xiàn)節(jié)能和舒適的照明效果。

廣告區(qū)：地鐵車站內(nèi)的廣告區(qū)是商業(yè)區(qū)域，需要為廣告和商業(yè)活動提供足夠的照明。在廣告區(qū)可以設(shè)置高亮度的LED燈箱或LED顯示屏等廣告照明設(shè)備，以滿足商業(yè)需求[4]。

以此為基礎(chǔ)，開展燈具布置，結(jié)合維護與管理措施，可以進一步降低能耗。

2? ? 采用智能照明控制

智能照明控制設(shè)計是實現(xiàn)地鐵車站照明系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，可設(shè)計一個集中管理系統(tǒng)，對整個地鐵車站的照明系統(tǒng)進行集中管理和監(jiān)控。通過平臺實時監(jiān)測各個區(qū)域和燈具的照明狀態(tài)和能耗情況，并根據(jù)需要進行遠程控制和調(diào)整。智能照明控制原理如圖1所示。

智能照明控制系統(tǒng)通過傳感器檢測到的環(huán)境信息和人員動態(tài)來實現(xiàn)燈具的自動開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)等功能。為了滿足控制需求，本次在一個發(fā)光的配電盒中安裝了一個智能化發(fā)光系統(tǒng)模組。此外，在站內(nèi)公用區(qū)域還分別安裝了節(jié)能照明配電箱和普通照明配電箱，并且每個配電箱旁都設(shè)有一塊七鍵智能型控制板。為方便接線，同一燈具配電箱中的各組件采用了手拉手形式連接。圖2為智能照明配電箱系統(tǒng)示意圖。

從圖2可以看出，公共區(qū)普通照明配電箱配備了8通道切換負荷輸出模組和DALI調(diào)光模組，用于控制各回路的照明，包括應(yīng)急照明和普通照明。該燈光控制系統(tǒng)與BAS系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)了對整個燈光系統(tǒng)的集中監(jiān)測。同時，負荷自鎖式回饋功能能夠檢測燈管是否損壞，并通過電腦發(fā)出警報，準確顯示故障燈的位置。

3? ? 配電網(wǎng)零線采用多點接地

配電網(wǎng)零線多點接地技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種節(jié)能技術(shù)，其通過優(yōu)化配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高供電效率，從而達到節(jié)能降耗的目的。多點接地技術(shù)通過在地網(wǎng)上設(shè)置多個接地點，將零線電位維持在一個相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)，有效避免了零線電位的偏移[5]。配電網(wǎng)零線多點接地原理如圖3所示。

在實施多點接地技術(shù)時，需要注意以下幾點：首先，要合理選擇接地點，確保零線電位穩(wěn)定;其次，要定期檢查接地電阻，確保其符合標準要求;最后，要加強線路的維護管理，防止因線路老化等原因引起的安全隱患。

多點接地施工步驟如下：1）考慮到供電負荷、地質(zhì)條件等因素，合理制定車站內(nèi)接地方案。2）清理接地地區(qū)，確保接地點周圍沒有雜物、碎石等障礙物。3）選擇適合的接地電極，通常使用鋼材或銅材制作。根據(jù)設(shè)計要求，制作并準備好所需的接地電極[6]。4）根據(jù)設(shè)計方案，在選定的位置挖掘合適大小的土坑，然后將接地電極嵌入土壤中，并確保與周圍土壤緊密接觸。5）將接地電極與主線間的接地導(dǎo)線連接，確保連接牢固可靠，并采取適當?shù)姆栏胧┮匝娱L使用壽命。6）接地施工完成后，使用專業(yè)的測試儀器測量接地電阻和電位等參數(shù)，確保接地系統(tǒng)符合標準要求。7）系統(tǒng)驗收：經(jīng)過測試和檢查之后進行接地系統(tǒng)的驗收，并填寫相應(yīng)的驗收記錄，確保安全可靠。

通過上述過程，采用配電網(wǎng)零線多點接地技術(shù)優(yōu)化配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高供電效率，達到節(jié)能降耗的目的。

4? ? 優(yōu)化照明布局

4.1? ? 公共區(qū)照明設(shè)計

首先，對于應(yīng)急照明兼作一般照明使用的、在照度有特別需求的關(guān)鍵點位應(yīng)盡量設(shè)置應(yīng)急照明。對于應(yīng)急照明僅應(yīng)急情況下啟用的，應(yīng)選擇一個（或多個）回路的一般照明覆蓋對照度有特別需求的關(guān)鍵點位，為下一步的節(jié)能打好基礎(chǔ);當然，將應(yīng)急照明設(shè)置在照度有特別需求的關(guān)鍵點位可減少應(yīng)急照明的總體數(shù)量。本次公共區(qū)域照明設(shè)計圖如圖4所示。

4.2? ? 區(qū)間照明設(shè)計

由于地鐵線路軌道燈的輻射范圍可達一百米，因此，在不影響行車情況下，可適當減少應(yīng)急燈的數(shù)量。擬將已有的應(yīng)急照明設(shè)計成兩個相互獨立的電路，其中一條保持原有的常開型，另外一條保持正常關(guān)閉，但在發(fā)生突發(fā)事件時可以聯(lián)動，既可滿足現(xiàn)場各種情況下的不同需求，又可實現(xiàn)有效節(jié)能。圖5為簡化后的隧道區(qū)間照明布局示意圖，其中“N”為一般照明回路，“E1”和“E2”為拆分后的應(yīng)急照明回路。正常運營期間，僅開啟“E1”（或“E2”）回路，“E2”（或“E1”）回路照明在緊急情況下聯(lián)動開啟。

此外，后期亦可考慮取消一般照明的設(shè)置，并使應(yīng)急照明具備調(diào)光功能，正常情況下處于低亮度的節(jié)能模式，應(yīng)急情況下自動切換為高亮度模式，亦可達到最大節(jié)能的目的。

4.3? ? 設(shè)備區(qū)照明設(shè)計

當前設(shè)備區(qū)照明節(jié)能普遍采用人員管控措施，要求人走燈滅，但實際執(zhí)行效果不佳，且給工作帶來了諸多不便。對于設(shè)備區(qū)走道、風(fēng)道等區(qū)域的一般照明，優(yōu)先考慮采用聲控，有較多照度或作業(yè)需求的可考慮聲控與手動開關(guān)相結(jié)合的控制方式;對于設(shè)備房照明的控制開關(guān)，應(yīng)設(shè)置在設(shè)備房的出入口，有兩個及以上房門的，應(yīng)具備雙控或多控功能，方便員工從任一房門進出。

5? ? 實例分析

5.1? ? 工程概況

本次以某地鐵線路為對象開展研究，其全長為169.8 km，在線路上有70個臨時施工電源點。在施工前期，對永久性工程的外部電源引出點和線路路徑、車站位置、臨時工作地點的位置進行了調(diào)研，獲得了各個臨時工作地點的用電量、電源引接能力、車站負荷等資料，在這些資料的指導(dǎo)下，進行了供電設(shè)計。在該工程的供電建設(shè)中，將新建3個10 kV變電站，需要預(yù)先鋪設(shè)外部電力線，并利用外部電力線，為車站和鄰近的臨時施工點提供電力。

5.2? ? 工程準備

根據(jù)列車不同運營情形，地鐵的燈光控制方式如下：周一至周五，高峰時段全部開啟，即全亮模式;其他時段采取平峰方式;晚上乘車的人較少，采取低峰方式;假日期間，員工可以根據(jù)工作的實際狀況進行適當調(diào)整。同時，系統(tǒng)保留了空白模式，以滿足工作人員在不同照明條件下的操作需要。表1列出了各種操作模式。

選取兩個相似的地鐵車站，一個采用傳統(tǒng)照明系統(tǒng)，另一個采用節(jié)能設(shè)計。首先記錄兩個車站的照明功率、燈具數(shù)量、布置方式等參數(shù)，然后在列車運營期間，監(jiān)測并記錄兩個車站的實時能耗數(shù)據(jù)，最后對兩個車站進行照明效果評估，包括照度、均勻度等指標。

5.3? ? 工程結(jié)果

綜上，完成測試。統(tǒng)計并比較兩個車站的維護成本，包括燈具更換頻率、維修費用等，如表2所示。

與傳統(tǒng)方法相比，節(jié)能設(shè)計將照明功率降低了一半，從而顯著減少了能耗和電費支出。節(jié)能設(shè)計還延長了燈具的壽命，相比傳統(tǒng)方法，燈具壽命增加了100%，這減少了燈具的更換頻率和維護成本。綜合考慮節(jié)能效果、節(jié)省的電費和維護成本，地鐵車站照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計為地鐵車站的運行和維護帶來了顯著的經(jīng)濟效益。綜上所述，地鐵車站照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計與施工研究具有重要的意義，其不僅有助于降低能耗和運營成本，還具有明顯的環(huán)保和社會效益。因此，推廣和應(yīng)用地鐵車站照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計是十分必要的。

6? ? 結(jié)束語

地鐵車站照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計與施工是當前城市軌道交通領(lǐng)域關(guān)注的焦點。通過合理的設(shè)計和施工，可以有效降低地鐵車站的照明能耗，提高能效，為綠色低碳城市建設(shè)作出貢獻。未來，隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用，地鐵車站照明系統(tǒng)的節(jié)能潛力還有待進一步挖掘。因此，應(yīng)繼續(xù)關(guān)注相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，不斷優(yōu)化節(jié)能設(shè)計與施工方案，推動地鐵車站照明系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2024-01-30

作者簡介：房澤榮（1991—），男，山東濟南人，工程師，研究方向：機電。