地铁车站照明系统节能措施的分析
2016-05-14靳凯
【摘 要】当今世界经济快速发展，能源日趋紧张，严重制约了国民经济的发展。因此，厉行节能降耗，建设资源节约型社会，实现经济社会的可持续发展显得尤为重要。地铁照明系统是维持地铁正常运行的重要组成部分，也是地铁系统耗能巨大的部分之一，应通过合理选取灯具和控制方式等措施，提高灯具照明效率，减少照明用电量，有效降低照明系统能耗。
【关键词】地铁节能 LED照明灯具 智能照明系统
地铁作为公用设施中耗能巨大的基建项目，在保证其安全和功能性的前提下，降低其能耗水平是目前一个重要课题。随着我国各大城市地铁项目建设高潮的兴起，车站数量不断增加，规模和内部环境要求不断提高，也使我国地铁系统的能耗越来越大。照明系统作为维持地铁正常运行的重要组成，由于其工作时间长并且能耗大，因此地铁照明系统的节能意义重大。本文将以宁波4号线为例对地铁车站照明的节能措施进行分析。
拟建宁波4号线全长约36.11km，共设25座车站。该线作为宁波轨道交通线网中的一条骨干线，其规划建设不但能加快沿线地区的开发建设，而且能对疏解市中心区人口、促进中心城外围区域的发展，优化城市人口布局和城镇体系布局起到重要的作用。因此其能耗水平的分析也显得尤为重要。
项目运营初期，4号线照明系统总耗电量预估将达到984.9x104kWh/年，占总耗电量的8.61%。作为地铁的耗能大户，在保证照明质量的前提下，照明系统可通过合理选取灯具和控制方式，提高灯具照明效率，减少照明用电量，有效降低照明系统能耗。下面将从两个方面具体分析车站照明系统的节能措施：
1 合理选取节能型照明灯具
目前国内地铁车站照明灯具主要有T8系列直管荧光灯和节能型LED灯具两种。除深圳2号线、杭州2号线、东莞R2线和杭州4号线等线路局部采用了LED照明灯具外，大部分仍然青睐于光色柔和、显色性好、成本低、技术成熟的直管荧光灯。
相比之下，LED灯具作为新型灯具，虽然一次性投入较高，但却具有寿命长、光效高等诸多优势，节能效果和经济效益显著，根据既有线路分析，在运营初期，使用LED照明可以为工程节省20%～25%的投资，是真正意义上的绿色光源。
宁波4号线作为新建线路，可以考虑采用新型LED节能灯具，表1选取了一款T8直管荧光灯和LED灯具进行比较，具体参数如下。
表1 T8直管荧光灯与LED参数比较
灯具
功率（W）
光通量（lm）
色温（K）
显色性（Ra）
平均寿命（h）
TL-D 36W /840 SLV
36
3350
4000
82
15000
RC600B LED 31S
31
3100
4000
80
50000
以双东路站为例对车站照度进行分析，双东路站为地下二层标准站，车站总面积5650m2。在满足《城市轨道交通照明》（GB/T 16275-2008）中照度标准值和功率密度值要求的前提下，按照利用系数法对该站进行照度计算，可得出，该站若采用T8直管荧光灯，照明用电总功率需28kW，若采用LED灯具，则只需16kW，节能可达40%左右。由此可知，在满足相同照度标准和功率密度的情况下，LED的光效要远高于同功率的直管荧光灯，具有明显优势。
LED灯具不仅光效高，而且寿命长。荧光灯光源的寿命一般只有15000小时，而LED光源一般为50000小时，荧光灯镇流器和LED驱动电源寿命均为30000小时。照明灯具运营时段按100%照度，停运时段按20%照度计算，LED光源可使用约10年，直管荧光灯仅可使用3年左右。所以10年内，荧光灯光源需更换2次，LED光源无需更换。荧光灯镇流器和LED驱动电源各需更换1次，每次更换人工费需40元/套，所有灯具外壳均为24年使用寿命，10年内不考虑更换，则10年内两种方案费用总支出对比情况如表2所示。
表2 宁波4号线正线照明方案费用对比
方案一
方案二
光源及光源功率
荧光灯36W
LED 31W
灯具总功率（含镇流器）（W）
36
31
灯具数量（个）
17000
11000
灯具参考价（元/套）
200
350
光源参考价（元/套）
100
800
电器（镇流器+电容等）价格（元/套）
100
250
灯具总参考价（光源+灯具）（万元/套）
0.04
0.14
一次性投资（万元）
680.00
1540.00
每盏灯每天所耗用电（度）
0.69
0.60
所有灯具每天所耗用电（度）
11750.40
6547.20
宁波地铁用电收费（元/度）
0.86
0.86
每天电费支出（元）
10105.34
5630.59
每年电费支出（万元）
368.85
205.52
10年电费支出（万元）
3688.45
2055.17
10年内更换光源支出（万元）
340.00
——
10年内更换电器支出（万元）
170.00
275.00
10年内更换光源或电器所需人工费（万元）
204.00
88.00
10年内费用总支出（万元）
5082.45
3958.17
10年内方案二比方案一节省的费用（万元）
1124.28
本次宁波4号线车站采用LED照明方案是按照目前的LED灯具费用及光效水平进行比选，节能效果和经济性能已比较明显，而且使用长寿命LED还可以大大减少地铁运营单位的维护工作量。随着将来LED的费用不断降低，光效不断提高，使用寿命的不断提升，其优势也会越来越显著。
2 选用合理的照明控制方式
在选用节能型LED照明灯具的基础上，还可以采用智能照明系统进行集中控制，制定多种照明运行模式，对不同时间、不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，根据不同场合及人流量，进行时间段、工作模式的细分，关掉不必要的照明，在需要时自动开启，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。
根据运营需要，可将所控区域的照明预先设定为各种场景。在暂不考虑火灾的前提下，车站按照以下三种模式运行：正常模式、节电模式、停运模式。主要内容如下：
A、正常模式：用于正常运营时的客流高峰期，客流高峰时间段数及时间范围可调。
B、节电模式：用于正常运营时的非客流高峰期。
C、停运模式：用于停止运营时间段，停运模式随地铁运营公司实际运营时间表确定，时间可调。
在使用LED节能灯具的基础上，如果采用智能照明控制系统，10年内还可以节省电费约700多万元。智能照明系统不仅限于模式控制，还可以根据需要对公共区照度进行调光控制，或定时开关一组、多组照明灯具并设定固定间隔循环点亮，也可以根据列车进出站来调整站台两侧灯带的照度，以便节能。相信随着智能照明系统的多元化，地铁车站的节能效率也会越来越高。
3 结语
对于地铁车站的照明设计，在达到光环境适用和舒适的前提下，还应重点关注照明系统的节能设计。除了选择节能型灯具和智能照明控制系统，还可以辅以新能源等应用，比如在地下站出入口或高架站设置太阳能光伏板等，这些措施都有助于实现城市轨道交通车站照明的节能目标。
参考文献：
[1]吴晓雪.智能照明系统在西安地铁中的应用[J].中国高新技术企业，2012（3）：74-76.
[2]王志强.地铁车站智能照明控制系统方案设计[J].城市轨道交通研究，2013（6）：124-127.
[3]鲁志本，张嘉岭，薛旦.LED灯具在地铁照明工程中的应用[J].交通与运输（学术版），2014（1）：140-142.
[4]张颋，张友鹏，郑辉.地铁车站照明系统的电效评价体系研究[J].铁道工程学报，2011（4）：103-110.
作者简介：靳凯（1988—），男，汉族，山西壶关人，上海市隧道工程轨道交通设计研究院，电气工程及其自动化专业。
