城市地鐵站照明節能研究

莊金迅,張九紅,劉圓圓

(1.遼寧科技大學建筑與藝術設計學院,鞍山 114051;2.沈陽建筑大學建筑與城市規劃學院,沈陽 110168)

能源是人類賴以生存的基礎,是社會發展的動力。然而,我們人類所擁有的能源,尤其是煤、石油、天然氣等常規能源是非常有限的,對礦物能源無節制地消耗,造成了今天的能源短缺,同時,這類能源的消耗又會使環境問題進一步惡化。我國已在《節能減排綜合性工作方案》中提出了實施節能減排的目標任務和總體要求。

地鐵是城市公用設施中最大耗電系統,解決地鐵節電問題是目前國際上正在大力實施的一個課題。隨著我國各大城市地鐵建設高潮的興起,城市地鐵站的數量不斷增加,規模和內部環境不斷提高,致使我國地鐵系統的能耗也在不斷增大。

目前,我國的照明用電量大約為總發電量的 10%～15%,各照明系統中還存在大量低效率的光源、燈具等設備和低效的照明控制方式,因此我國的照明節能存在較大的空間。城市地下鐵道車站照明系統由于工作時間長(白天也需要人工照明),因此能耗大,致使地鐵站照明節能意義重大。地鐵站的照明設計可以從以下幾方面著手研究,在保證照明質量,為客乘和地鐵工作人員提供舒適、健康的光環境的同時,實現最大限度的節能。

1 照明設備的選擇

1.1 光源的選擇

不同的光源,發光效率相差很大,同種光源的發光效率還與單燈的光通量有關,光通量越大發光效率越高。實際應用中,在綜合考慮光效、光色、顯色性、平均壽命、頻閃效應等特性的基礎上盡量選擇高光效的光源。

根據不同光源的特性以及地鐵照明的設計原則,站廳、站臺、辦公空間、控制室以及凈高在 4.5m以下的通道等空間的一般照明宜選用 T8或 T5直管熒光燈、緊湊型熒光燈。直管熒光燈應以色溫在4000K左右的為主,因為這樣的光源品種多,光質較好,最接近室外白天的自然狀態,因而也最有助于消除地下空間壓抑、閉塞的感覺。對于凈高較大的空間可以選用單燈功率不太大的金屬鹵化物燈。地鐵站內的導向照明和應急照明可以選用光效更高的 LED光源。

1.2 燈具的選擇

燈具的節能主要體現在控制和分配光線的擴散程度上,燈具的光學特性有 3個主要技術參數,分別是配光曲線、燈具效率、燈具遮光角。用于地鐵站照明的燈具,除其電氣安全性能、耐熱性能等符合有關標準外,配光曲線和遮光角符合空間的照明特征,燈具效率要盡可能高。在具體選用時還應注意以下幾點:

(1)在出入口、站臺、站廳等公共空間中最好選用帶格柵的嵌入式帶罩燈盤為主,因為我國的地鐵地下車站的凈空高度不太大。為了避免燈具過于單調,可在嵌入式照明的基礎上增設其他照明。

(2)為了加強站內的藝術氛圍,可以在墻壁、柱壁上布置一些裝飾性燈具。

(3)鎮流器的選擇。鎮流器作為熒光燈必不可少的搭檔,有電子鎮流器和電感鎮流器可供選擇。從節能和舒適安全方面考慮,應優先選用電子鎮流器,在不宜使用電子鎮流器時,可使用節能型電感鎮流器。

(4)選用燈具時應考慮到日后的維護方便。

1.3 控制系統的選擇

由于地下鐵道系統空間構成復雜、照明種類多樣,所以對地鐵照明的控制不能采用一種形式,而應該采用傳統手動控制和現代智能控制相結合。車站的辦公空間、管理用房照明采用手動就地控制。管理人員不常停留的空間如各種泵房,用智能開關控制以利節電。

節能意義最大的是對公共空間照明的控制。地下鐵道的站臺、站廳、出入口、過道等公共空間中照明的控制,以智能控制為主,手動控制相結合。為了方便控制,在照明配電設計時,燈具可分步投入,分組控制,這樣便于根據需要投入一部分或全部的燈光。

對公共空間照明的智能控制,可以根據不同時間段的乘客量,分為客流高峰期、非客流高峰期和列車停運后 3種狀態,通過時鐘控制器來預設時間表,在 3個時間段里自動實現不同的控制模式。當自動控制出現故障或者需要手動控制時,可以關掉自動控制實現手動控制。

2 照明標準的確定

2.1 照度標準

地下鐵道照度的確定要在滿足國家標準的前提下,既要考慮使用者的視覺舒適性又要考慮節約能源的問題。通過對國內多個城市的數個地鐵站的照度實地測量和對廣大乘客的問卷調查,筆者提出如下觀點:地下鐵道每天的運營時間很長,由于每天都存在幾乎固定的幾個客流高峰期,為了安全,在客流高峰期時整個地下車站的公共空間必須有較高的照度,而在非客流高峰期可以降低照度標準。也就是地鐵地下車站公共場所照明的照度標準,可以在一天中針對客流高峰期、非客流高峰期和列車停運后 3個階段,采用 3個不同標準,非客流高峰期的照度可降到客流高峰期時的1/2～2/3,列車停運后公共場所的值班照明,其照度值可降到客流高峰期時的 10%,或者由應急照明提供值班照明。

2.2 照度均勻度的控制

照度均勻度是影響照明質量的重要指標之一,也影響著照明能耗。正常照明的照度均勻度應按最低照度與平均照度之比確定,《地下鐵道照明標準》(GB/T 16275—1996)中建議其數值不宜低于 0.7。

對于照明標準中有關照度均勻度的規定,同濟大學楊公俠教授認為:絕大部分的照明規范對各種類型空間,只根據其中進行的個別活動來確定設計應達到的最低照度水平,規定照度均勻度,會造成能源浪費。

筆者認為在城市地鐵車站內的一些公共空間如站廳、站臺、過道等,對照度均勻度可以降低要求,原因分析如下。

(1)乘客在地下車站停留的時間是短暫的,一般是匆匆而過或是暫停候車,至多偶爾地看一會書報,因此照度不均勻也不會對乘客的視力造成影響。

(2)不均勻的照度有利于照明節能,因為在站臺靠近軌道的邊緣處,出于安全的需要,應該用較高的照度,在遠離邊緣的地方設計較低的照度完全能夠滿足乘客候車、簡單閱讀和行走的需要又能達到節能的目的。

(3)不均勻的照明有利于打破地鐵地下車站內呆板的空間環境,創造活躍氣氛,讓人感覺放松、愉悅。

對于地鐵車站內的工作空間如售票室、辦公室、控制室等應該按照標準規定的均勻度進行照明設計,因為在這些空間中,工作人員的工作時間長而且需要進行讀寫等工作。如果照度均勻度差就會影響他們的視力和心情,從而影響工作效率。

2.3 照明功率密度

照明功率密度(LPD)是指單位面積上的照明安裝功率(包括光源、鎮流器或變壓器),單位為 W/m2,它是一個限制照明能耗的指標,也是照明設計標準中唯一的強制性條款。LPD的大小主要決定于被照空間的照度大小和所用的光源與燈具的效率,在照度一定時,所用光源與燈具的效率越高,LPD就越小。因此,規定LPD限值,將促使照明設計中必須全面考慮和顧及照度水平、照明質量和照明能效,促進在設計中提高照明設計水平,推廣應用更高效的光源、燈具整流器等照明設備。《建筑照明設計標準》(GB 50034—2004)對大多數類型的建筑,都給出了照明功率密度值。新的標準卻未將地下鐵道車站作為其中的一類建筑給出 LPD值,以往的相關規范根本沒有 LPD這一標準。因此,為了加強對地下鐵道車站照明能耗的控制,可以參考相關空間的照明功率密度值,以便指導設計者在做好舒適光環境的同時,做好照明節能工作。

由于被照空間的 LPD值與其照度有一一對應的關系,所以根據地下鐵道車站各空間的照度標準,可以在新標準中查找相同或相近房間的 LPD值,從而可得地下鐵道車站照明可以參考的功率密度值,見表1。

表1 城市地下鐵道站照明功率密度值

需要說明的是地鐵站內的站臺、站廳、過道等空間還設有廣告照明,廣告照明不應計入LPD,但是卻可以提高該空間的照度 10%～20%,因此,有廣告照明的空間里,其LPD應該比標準規定的還要降低 10%～20%。

3 加強維護和管理

在照明系統運行過程中,必須進行科學合理的維護與管理,才能達到設計的預期目標。我們知道燈具在使用過程中由于積灰、老化等因素的影響會致使照度降低,如果照明系統得不到及時維護,由于積灰太多可能會使照度低于標準規定值。為了避免這種情況,首先應該定期清掃燈具上的灰塵;其次可以提高初始照度。后者會增加電能的消耗,造成能源浪費。另外,在使用過程中,需要對照明系統進行定期檢查,以確保系統的所有設備尤其是自動控制設備能夠正常運行。因此,地下地鐵車站的照明,其初始照度要適當,后期的維護和管理必須加強,才能保證照明系統的正常工作,同時有效控制其能耗。

4 結語

對于城市地下鐵道車站的照明設計,在達到光環境適用和舒適的前提下,重點關注照明系統的節能設計。以直接照明為主,間接照明為點綴;通過確定合理的照明標準,必要時可以突破現有的地鐵照明標準的限制,適當參考新的建筑照明設計標準對照明能耗的控制;通過選擇節能型光源和燈具等設備;加強照明系統的維護和管理,相信這些措施有助于實現城市地鐵站照明的節能目標。

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