劉棟材

摘 要：地鐵運(yùn)行需要巨大的能源消耗作為支持，在建設(shè)期就考慮好運(yùn)營期的能耗和節(jié)能措施是地鐵工程設(shè)計(jì)和建設(shè)必須考慮的問題。文章以照明系統(tǒng)作為對象，基于節(jié)能降耗原則，對其設(shè)計(jì)優(yōu)化方向與要點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了在不影響基礎(chǔ)功能的前提下，選擇新型技術(shù)和設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的。

關(guān)鍵詞：地鐵；車站照明；節(jié)能降耗；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號：U231+.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）19-0132-02

Abstract： Subway operation needs huge energy consumption as support， and in the construction period， it is a necessity to consider the operation of energy consumption and energy saving measures for the subway engineering design and construction. Based on the principle of saving energy and reducing consumption， this paper analyzes the direction and key points of the design optimization of lighting system， and puts forward the choice of new technology and equipment to achieve the goal of energy saving and emission reduction without affecting the basic functions.

Keywords： subway； station lighting； energy saving and consumption reduction； system design

近年來全國各地大力開展地鐵建設(shè)，地鐵逐漸成為各大城市主要公共交通，根據(jù)規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年全國軌道交通線路將達(dá)到6000公里。屆時(shí)，我國將成為地鐵運(yùn)行里程數(shù)世界第一的國家。節(jié)約資源是我國的基本國策，國家實(shí)施節(jié)約與開發(fā)并舉、把節(jié)約放在首位的能源發(fā)展戰(zhàn)略。地鐵車站照明是在牽引用電和環(huán)控用電后的第三大用電系統(tǒng)?；诘罔F車站照明系統(tǒng)運(yùn)行能耗高問題，秉持節(jié)能降耗基本原則，確定下一階段優(yōu)化管理的方向。地鐵車站照明系統(tǒng)需要長時(shí)間運(yùn)行，會(huì)產(chǎn)生非常大的能耗，在對其進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際特點(diǎn)，選擇適用性最強(qiáng)的照明產(chǎn)品，確保在不影響車站照明效果的基礎(chǔ)上，減少電力能耗。

1 地鐵車站照明系統(tǒng)研究

1.1 照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

地鐵照明系統(tǒng)節(jié)能不僅要做好節(jié)能設(shè)計(jì)和前期施工管理，同樣需要提高運(yùn)營維護(hù)的重視。尤其是運(yùn)行能耗問題，基于節(jié)能降耗發(fā)展原則，必須要采取措施來對各基礎(chǔ)系統(tǒng)建設(shè)以及運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整。其中，車站與區(qū)間照明系統(tǒng)呈獨(dú)立狀態(tài)，來為乘客以及運(yùn)維人員提供方便和舒適的光源，但是如果管理不合理，也會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。我國針對此進(jìn)行了明確規(guī)定，地鐵照明系統(tǒng)的能耗標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為地鐵車站平均設(shè)備負(fù)荷的14.2%～16.1%，但是就實(shí)際情況來看，占比可以達(dá)到20%～30%，造成大量的電力損耗，必須要針對此進(jìn)行研究分析[1]。

1.2 照明系統(tǒng)節(jié)能

針對地鐵車站照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能降耗研究，基本是將重點(diǎn)放在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，前期設(shè)計(jì)是否合理，在很大程度上決定了電能使用率以及最終運(yùn)營效果?；趪蚁嚓P(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，需要在滿足照明基本功能的前提下，對照明產(chǎn)品進(jìn)行擇優(yōu)選擇，降低實(shí)際運(yùn)行電力損耗。就現(xiàn)狀來看節(jié)能難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：智能控制與監(jiān)控有效融合；車站不同功能空間照明的控制，以及大空間照明的設(shè)計(jì)；節(jié)能燈具的選擇等[2]。另外，要明確系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)，并不是以犧牲照明效果為目的，無論是采取任何節(jié)能措施，均需要保證系統(tǒng)照度、眩光、色溫、顯色性等視覺效果技術(shù)指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。一切設(shè)計(jì)均需要從實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合地鐵車站照明需求，基于國家標(biāo)準(zhǔn)，確定設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)。

2 地鐵車站照明系統(tǒng)能耗分析

2.1 系統(tǒng)照度

以廣州地鐵某地下車站的照明系統(tǒng)為對象，對其進(jìn)行照度測量。在站臺(tái)、站廳、樓梯以及自動(dòng)扶梯上設(shè)置測試點(diǎn)，最終結(jié)果為站臺(tái)平均照度為255.2lx，相比標(biāo)準(zhǔn)照度200lx高；樓梯部位平均照度為175lx，以及自動(dòng)扶梯平均照度為152lx，均滿足GBT 16275-2008《城市軌道交通照明》（以下簡稱GB16275）中的要求[3]。另外，對車站現(xiàn)場照明系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測后發(fā)現(xiàn)，在站臺(tái)側(cè)沿著屏蔽門所設(shè)置的長條燈帶照明對站臺(tái)整體照度值的超標(biāo)的影響比較大，在關(guān)閉屏蔽門燈帶后，站臺(tái)的平均照度依然能滿足GB16275要求。由此可見，設(shè)計(jì)以滿足照度要求，兼顧節(jié)能需求，預(yù)留了適量的余量。

2.2 廣告照明

傳統(tǒng)廣告燈箱采用日光燈管作為背光，一個(gè)燈箱內(nèi)設(shè)置了15-20盞40W的日光燈管，總功率達(dá)到600-800W。對地鐵車站廣告照明部分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以發(fā)現(xiàn)其占到三級負(fù)荷的60%左右，在整個(gè)車站照明系統(tǒng)內(nèi)占據(jù)較大能耗比例?，F(xiàn)在很多地鐵車站在設(shè)計(jì)時(shí)，逐漸認(rèn)識到此類問題，并采取了相應(yīng)措施調(diào)整，如使用大屏顯示器替代傳統(tǒng)廣告燈箱，節(jié)能效果顯著[4]。另外，廣告燈箱設(shè)計(jì)與車站照明設(shè)計(jì)為相互獨(dú)立的狀態(tài)，車站照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)僅為廣告燈箱預(yù)留位置以及電氣控制，導(dǎo)致廣告燈箱照明功能無法得到利用。

2.3 運(yùn)營管理

對地鐵車站照明系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行綜合調(diào)研，在設(shè)計(jì)上根據(jù)運(yùn)營時(shí)間對車站照明系統(tǒng)設(shè)置了正常照明和值班照明兩種模式。正常照明是指地鐵運(yùn)營時(shí)段應(yīng)開啟的照明燈具的模式，值班照明指非運(yùn)營時(shí)間為車站內(nèi)值班人員正常工作所設(shè)置的照明。BAS系統(tǒng)為照明設(shè)置了不同模式的固定時(shí)間自動(dòng)切換，但是很多情況下系統(tǒng)關(guān)閉后，由于站內(nèi)仍需要進(jìn)行各類作業(yè)和施工，仍會(huì)被人為打開，而造成照明模式未能自動(dòng)按模式表運(yùn)行[5]。另外，既有地鐵車站設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)沒有細(xì)化，對各類照明系統(tǒng)的用電量無法進(jìn)行分時(shí)段分回路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。最后，對于地鐵區(qū)間照明，主要用作區(qū)間應(yīng)急疏散，兼做區(qū)間工作照明。目前普遍按照每10米一盞燈具的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置，并且全部為應(yīng)急照明系統(tǒng)，通過EPS系統(tǒng)供電。國內(nèi)地鐵普遍設(shè)置為常亮，但在運(yùn)營結(jié)束后且區(qū)間內(nèi)沒有作業(yè)的情況下，該部分照明是浪費(fèi)的。但實(shí)際上因此車站照明系統(tǒng)運(yùn)行管理仍存在優(yōu)化的空間。

3 地鐵車站照明系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化策略

3.1 制定節(jié)能管理方案

基于地鐵車站照明系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)，以降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗為目的，制定科學(xué)可行的管理制度，加強(qiáng)運(yùn)營結(jié)束后照明系統(tǒng)管理，避免電能的浪費(fèi)[6]。一方面對所有地鐵車站均制定相應(yīng)的管理制度，設(shè)置獨(dú)立電表，安排專門的人員進(jìn)行照明系統(tǒng)用電管理，將節(jié)能效果與其工作考核掛鉤，以此來提高其參與的積極性，嚴(yán)格按照指定的規(guī)范與制度進(jìn)行管理，必定可以達(dá)到顯著的節(jié)能效果。另一方面加強(qiáng)車站運(yùn)營結(jié)束后的照明管理，當(dāng)車站內(nèi)有施工作業(yè)時(shí)，要求作業(yè)人員在結(jié)束后通知車站，由車站及時(shí)安排將相應(yīng)區(qū)域照明轉(zhuǎn)換為自動(dòng)模式。

3.2 制定合理照度標(biāo)準(zhǔn)

為將節(jié)能降耗措施落實(shí)到地鐵車站照明系統(tǒng)中，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況制定合理的照度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在保證照明效應(yīng)的同時(shí)，減少電能損耗。例如GB16275第5.3條明確：“城市軌道交通運(yùn)營各場所正常照明的照度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)符合表4的規(guī)定。根據(jù)建筑等級、使用情況、所處地區(qū)等因素，車站站臺(tái)、站廳、通道等公共場所照度可提高或降低一個(gè)照明等級”[7]。因此，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)客流來劃分車站等級，針對站臺(tái)、站廳和通道等公共場所制定不同等級車站的照明等級。從而在滿足照明標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)也可兼顧到節(jié)能的目標(biāo)。

3.3 廣告燈箱設(shè)計(jì)調(diào)整

采用日光燈管作為背光的傳統(tǒng)廣告燈箱是地鐵車站照明系統(tǒng)主要能源消耗對象，為達(dá)到節(jié)能效果，可以選擇應(yīng)用能耗更少的LED節(jié)能燈。在相同的照度標(biāo)準(zhǔn)下， 15W的LED燈管的亮度相當(dāng)于普通40W日光燈。據(jù)測試，在廣告燈箱內(nèi)設(shè)置整體式LED照明背板，可到達(dá)節(jié)能70%以上。此外，還可以使用激光投影和LED大屏等新的媒介來播放廣告，達(dá)到相同廣告收入的情況下耗電量降低的目標(biāo)。

3.4 照明燈具擇優(yōu)應(yīng)用

目前LED燈具技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，照度、色溫、使用壽命等各項(xiàng)參數(shù)與傳統(tǒng)日光燈相等的情況下，功率僅為傳統(tǒng)日光燈的30%，因此選擇LED燈具代替日光燈可為車站照明系統(tǒng)節(jié)約30%左右的用電量。同時(shí)由于LED燈具的功率小，運(yùn)行電流小，可以相應(yīng)減小配電電纜截面，減少線路損耗。

3.5 設(shè)計(jì)節(jié)能

在設(shè)計(jì)方面建議針對區(qū)間照明設(shè)置不同的照明模式，以便可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。按一條20公里的地下線路，每10米設(shè)置一盞30W燈具計(jì)算，雙線共需設(shè)置4000盞燈，全線區(qū)間照明燈具總功率共計(jì)120kW。設(shè)置區(qū)間非運(yùn)營時(shí)間且沒有作業(yè)的關(guān)停照明的模式，在全線每日50%的區(qū)間滿足該情況下，非運(yùn)營時(shí)間按5小時(shí)計(jì)算，關(guān)停該部分區(qū)間照明，每日可節(jié)省300kWh，每年可節(jié)省如在假如每個(gè)車站平均照明負(fù)荷為404kW，每天節(jié)省4h用電，則車站每年便可節(jié)約大約109500kWh，按照電價(jià)0.7元/kWh計(jì)算，則每年可節(jié)約電費(fèi)達(dá)到7.6萬元。另一方面，對于設(shè)備區(qū)內(nèi)的設(shè)備房及風(fēng)室和風(fēng)道，建議增加人來燈開人走燈關(guān)的功能。由于設(shè)備巡檢和檢修的時(shí)間相對較少，預(yù)計(jì)增加這項(xiàng)功能設(shè)備區(qū)照明的總用電量將降低95%以上。

4 結(jié)束語

照明系統(tǒng)是地下車站的關(guān)鍵重要系統(tǒng)，在地鐵系統(tǒng)中設(shè)置的總量大，用電量多。如何在滿足安全和功能的前提下對照明系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行節(jié)能具有重要的研究意義。本文對照明系統(tǒng)的能耗情況和可進(jìn)行采取的管理措施和技術(shù)手段進(jìn)行了分析，以期能為后續(xù)地鐵車站照明節(jié)能設(shè)計(jì)、節(jié)能解決方案以及運(yùn)營節(jié)能管理提供思路。隨著技術(shù)的發(fā)展，今后肯定會(huì)有更多的照明節(jié)能的解決方案出現(xiàn)。

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