城市地铁站照明节能研究

庄金迅,张九红,刘圆圆

(1.辽宁科技大学建筑与艺术设计学院,鞍山 114051;2.沈阳建筑大学建筑与城市规划学院,沈阳 110168)

能源是人类赖以生存的基础,是社会发展的动力。然而,我们人类所拥有的能源,尤其是煤、石油、天然气等常规能源是非常有限的,对矿物能源无节制地消耗,造成了今天的能源短缺,同时,这类能源的消耗又会使环境问题进一步恶化。我国已在《节能减排综合性工作方案》中提出了实施节能减排的目标任务和总体要求。

地铁是城市公用设施中最大耗电系统,解决地铁节电问题是目前国际上正在大力实施的一个课题。随着我国各大城市地铁建设高潮的兴起,城市地铁站的数量不断增加,规模和内部环境不断提高,致使我国地铁系统的能耗也在不断增大。

目前,我国的照明用电量大约为总发电量的 10%～15%,各照明系统中还存在大量低效率的光源、灯具等设备和低效的照明控制方式,因此我国的照明节能存在较大的空间。城市地下铁道车站照明系统由于工作时间长(白天也需要人工照明),因此能耗大,致使地铁站照明节能意义重大。地铁站的照明设计可以从以下几方面着手研究,在保证照明质量,为客乘和地铁工作人员提供舒适、健康的光环境的同时,实现最大限度的节能。

1 照明设备的选择

1.1 光源的选择

不同的光源,发光效率相差很大,同种光源的发光效率还与单灯的光通量有关,光通量越大发光效率越高。实际应用中,在综合考虑光效、光色、显色性、平均寿命、频闪效应等特性的基础上尽量选择高光效的光源。

根据不同光源的特性以及地铁照明的设计原则,站厅、站台、办公空间、控制室以及净高在 4.5m以下的通道等空间的一般照明宜选用 T8或 T5直管荧光灯、紧凑型荧光灯。直管荧光灯应以色温在4000K左右的为主,因为这样的光源品种多,光质较好,最接近室外白天的自然状态,因而也最有助于消除地下空间压抑、闭塞的感觉。对于净高较大的空间可以选用单灯功率不太大的金属卤化物灯。地铁站内的导向照明和应急照明可以选用光效更高的 LED光源。

1.2 灯具的选择

灯具的节能主要体现在控制和分配光线的扩散程度上,灯具的光学特性有 3个主要技术参数,分别是配光曲线、灯具效率、灯具遮光角。用于地铁站照明的灯具,除其电气安全性能、耐热性能等符合有关标准外,配光曲线和遮光角符合空间的照明特征,灯具效率要尽可能高。在具体选用时还应注意以下几点:

(1)在出入口、站台、站厅等公共空间中最好选用带格栅的嵌入式带罩灯盘为主,因为我国的地铁地下车站的净空高度不太大。为了避免灯具过于单调,可在嵌入式照明的基础上增设其他照明。

(2)为了加强站内的艺术氛围,可以在墙壁、柱壁上布置一些装饰性灯具。

(3)镇流器的选择。镇流器作为荧光灯必不可少的搭档,有电子镇流器和电感镇流器可供选择。从节能和舒适安全方面考虑,应优先选用电子镇流器,在不宜使用电子镇流器时,可使用节能型电感镇流器。

(4)选用灯具时应考虑到日后的维护方便。

1.3 控制系统的选择

由于地下铁道系统空间构成复杂、照明种类多样,所以对地铁照明的控制不能采用一种形式,而应该采用传统手动控制和现代智能控制相结合。车站的办公空间、管理用房照明采用手动就地控制。管理人员不常停留的空间如各种泵房,用智能开关控制以利节电。

节能意义最大的是对公共空间照明的控制。地下铁道的站台、站厅、出入口、过道等公共空间中照明的控制,以智能控制为主,手动控制相结合。为了方便控制,在照明配电设计时,灯具可分步投入,分组控制,这样便于根据需要投入一部分或全部的灯光。

对公共空间照明的智能控制,可以根据不同时间段的乘客量,分为客流高峰期、非客流高峰期和列车停运后 3种状态,通过时钟控制器来预设时间表,在 3个时间段里自动实现不同的控制模式。当自动控制出现故障或者需要手动控制时,可以关掉自动控制实现手动控制。

2 照明标准的确定

2.1 照度标准

地下铁道照度的确定要在满足国家标准的前提下,既要考虑使用者的视觉舒适性又要考虑节约能源的问题。通过对国内多个城市的数个地铁站的照度实地测量和对广大乘客的问卷调查,笔者提出如下观点:地下铁道每天的运营时间很长,由于每天都存在几乎固定的几个客流高峰期,为了安全,在客流高峰期时整个地下车站的公共空间必须有较高的照度,而在非客流高峰期可以降低照度标准。也就是地铁地下车站公共场所照明的照度标准,可以在一天中针对客流高峰期、非客流高峰期和列车停运后 3个阶段,采用 3个不同标准,非客流高峰期的照度可降到客流高峰期时的1/2～2/3,列车停运后公共场所的值班照明,其照度值可降到客流高峰期时的 10%,或者由应急照明提供值班照明。

2.2 照度均匀度的控制

照度均匀度是影响照明质量的重要指标之一,也影响着照明能耗。正常照明的照度均匀度应按最低照度与平均照度之比确定,《地下铁道照明标准》(GB/T 16275—1996)中建议其数值不宜低于 0.7。

对于照明标准中有关照度均匀度的规定,同济大学杨公侠教授认为:绝大部分的照明规范对各种类型空间,只根据其中进行的个别活动来确定设计应达到的最低照度水平,规定照度均匀度,会造成能源浪费。

笔者认为在城市地铁车站内的一些公共空间如站厅、站台、过道等,对照度均匀度可以降低要求,原因分析如下。

(1)乘客在地下车站停留的时间是短暂的,一般是匆匆而过或是暂停候车,至多偶尔地看一会书报,因此照度不均匀也不会对乘客的视力造成影响。

(2)不均匀的照度有利于照明节能,因为在站台靠近轨道的边缘处,出于安全的需要,应该用较高的照度,在远离边缘的地方设计较低的照度完全能够满足乘客候车、简单阅读和行走的需要又能达到节能的目的。

(3)不均匀的照明有利于打破地铁地下车站内呆板的空间环境,创造活跃气氛,让人感觉放松、愉悦。

对于地铁车站内的工作空间如售票室、办公室、控制室等应该按照标准规定的均匀度进行照明设计,因为在这些空间中,工作人员的工作时间长而且需要进行读写等工作。如果照度均匀度差就会影响他们的视力和心情,从而影响工作效率。

2.3 照明功率密度

照明功率密度(LPD)是指单位面积上的照明安装功率(包括光源、镇流器或变压器),单位为 W/m2,它是一个限制照明能耗的指标,也是照明设计标准中唯一的强制性条款。LPD的大小主要决定于被照空间的照度大小和所用的光源与灯具的效率,在照度一定时,所用光源与灯具的效率越高,LPD就越小。因此,规定LPD限值,将促使照明设计中必须全面考虑和顾及照度水平、照明质量和照明能效,促进在设计中提高照明设计水平,推广应用更高效的光源、灯具整流器等照明设备。《建筑照明设计标准》(GB 50034—2004)对大多数类型的建筑,都给出了照明功率密度值。新的标准却未将地下铁道车站作为其中的一类建筑给出 LPD值,以往的相关规范根本没有 LPD这一标准。因此,为了加强对地下铁道车站照明能耗的控制,可以参考相关空间的照明功率密度值,以便指导设计者在做好舒适光环境的同时,做好照明节能工作。

由于被照空间的 LPD值与其照度有一一对应的关系,所以根据地下铁道车站各空间的照度标准,可以在新标准中查找相同或相近房间的 LPD值,从而可得地下铁道车站照明可以参考的功率密度值,见表1。

表1 城市地下铁道站照明功率密度值

需要说明的是地铁站内的站台、站厅、过道等空间还设有广告照明,广告照明不应计入LPD,但是却可以提高该空间的照度 10%～20%,因此,有广告照明的空间里,其LPD应该比标准规定的还要降低 10%～20%。

3 加强维护和管理

在照明系统运行过程中,必须进行科学合理的维护与管理,才能达到设计的预期目标。我们知道灯具在使用过程中由于积灰、老化等因素的影响会致使照度降低,如果照明系统得不到及时维护,由于积灰太多可能会使照度低于标准规定值。为了避免这种情况,首先应该定期清扫灯具上的灰尘;其次可以提高初始照度。后者会增加电能的消耗,造成能源浪费。另外,在使用过程中,需要对照明系统进行定期检查,以确保系统的所有设备尤其是自动控制设备能够正常运行。因此,地下地铁车站的照明,其初始照度要适当,后期的维护和管理必须加强,才能保证照明系统的正常工作,同时有效控制其能耗。

4 结语

对于城市地下铁道车站的照明设计,在达到光环境适用和舒适的前提下,重点关注照明系统的节能设计。以直接照明为主,间接照明为点缀;通过确定合理的照明标准,必要时可以突破现有的地铁照明标准的限制,适当参考新的建筑照明设计标准对照明能耗的控制;通过选择节能型光源和灯具等设备;加强照明系统的维护和管理,相信这些措施有助于实现城市地铁站照明的节能目标。

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