試論LED平面光源照明燈具在地鐵車(chē)輛上的應(yīng)用

張宇

摘要：介紹了LED 照明燈具的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)“滿天星”LED 平面光源照明燈具在地鐵車(chē)輛上的應(yīng)用，從燈具布置、供電方式、安裝及接線、照度模擬分析等方面進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：LED；燈具；滿天星；地鐵車(chē)輛；平面光源

隨著鐵路車(chē)輛的發(fā)展，在提高速度等級(jí)的同時(shí)，車(chē)輛的舒適性、節(jié)能和環(huán)保指標(biāo)也被提到一個(gè)新的高度。在“綠色、智能、人文”一體化發(fā)展趨勢(shì)下，車(chē)輛內(nèi)部照明系統(tǒng)迫切需要一種高效節(jié)能、環(huán)保的綠色照明燈具取代傳統(tǒng)照明燈具。LED 平面光源照明燈具的特性恰好滿足了鐵路車(chē)輛的要求。

一、我國(guó)鐵路車(chē)輛照明燈具現(xiàn)狀

我國(guó)鐵路車(chē)輛照明燈具主要采用熒光燈照明，某些電氣柜內(nèi)的檢修燈具仍然采用的是白熾燈，近幾年LED 點(diǎn)光源也被應(yīng)用到個(gè)別區(qū)域以取代白熾燈照明。在鐵道客車(chē)上，餐車(chē)吧臺(tái)頂部普遍應(yīng)用LED 平面光源。2010年，高速動(dòng)車(chē)組車(chē)輛上平板式節(jié)能美觀的LED 平面光源作為主照明應(yīng)用在全列車(chē)廂上。

二、LED平面光源照明燈具優(yōu)點(diǎn)

（1）綠色環(huán)保。LED 照明燈具主要材料為硅、銅以及封裝用的樹(shù)脂，而傳統(tǒng)的鹵鎢燈中充有鹵化物，熒光燈管中更是使用了有劇毒的汞，單支燈管汞含量在10 mg 左右，超過(guò)了歐盟RoHS 指令對(duì)單燈汞含量不大于5 mg 的豁免要求。當(dāng)燈管破裂后，汞會(huì)迅速揮發(fā)，相比于國(guó)家規(guī)定的汞在空氣中的最高允許濃度為0. 01 mg /m3，其在周?chē)諝庵械臐舛葧?huì)在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到10 ～ 20 mg /m3，嚴(yán)重超標(biāo)。熒光燈在工作中還會(huì)發(fā)出一定量的紫外線，而LED 照明燈具不存在環(huán)境污染問(wèn)題，在使用中也不會(huì)危害人體健康。

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。LED 平面光源照明工具具有固體光源的最大優(yōu)點(diǎn)：不充氣、無(wú)玻璃外殼、無(wú)氣體密封問(wèn)題、耐沖擊，而所有的傳統(tǒng)光源均使用玻璃外殼，存在安全隱患。

（3）可控性好。響應(yīng)時(shí)間快（可達(dá)微秒級(jí)），可反復(fù)頻繁亮滅，可以很方便地設(shè)計(jì)成PWM 調(diào)光燈具，適應(yīng)軌道客車(chē)照明要求，節(jié)約更多能源。LED燈具可在緊急情況或者有需要時(shí)進(jìn)入微亮狀態(tài)，車(chē)廂內(nèi)照度會(huì)整體下降，但仍然比較均一，而不是傳統(tǒng)的門(mén)區(qū)或部分位置燈具工作，造成車(chē)廂內(nèi)照度差別較大。

（4）靈活性好。LED 照明燈具光源精巧，功率小至60 mW，大至5 W，單顆體積小至3. 5 mm × 2. 8mm × 1. 5 mm，使其能適應(yīng)各種幾何尺寸和不同空間大小的裝飾照明要求，諸如：點(diǎn)、線、面、球、異形式等，這種靈活性是傳統(tǒng)光源特別是熒光燈所無(wú)法達(dá)到的。

（5）照明效果好。LED 照明燈具可以做成面光源，發(fā)光面積極大，整個(gè)發(fā)光面光強(qiáng)一致，不會(huì)出現(xiàn)亮區(qū)暗區(qū)，而傳統(tǒng)熒光燈因結(jié)構(gòu)原因，必然會(huì)存在暗區(qū)，并且極難消除。基于以上這些特點(diǎn)，LED 平面光源照明燈具應(yīng)用到鐵道車(chē)輛上比傳統(tǒng)燈具更合適。

三、“滿天星”LED 平面光源照明燈具的應(yīng)用

3.1燈具布置

“滿天星”LED 照明燈具的布置不同于傳統(tǒng)地鐵車(chē)輛照明燈帶的設(shè)計(jì)，由多個(gè)直徑為30 mm 的LED 筒燈均勻排布在頂板上組成，筒燈的橫向間距為280 mm，縱向間距為100 mm，每個(gè)門(mén)罩板上排布4 個(gè)筒燈用于門(mén)區(qū)域照明，乘客在車(chē)內(nèi)觀察有一種星星點(diǎn)點(diǎn)的感覺(jué)，顧命名為“滿天星”。

3.2 供電方式

“滿天星”LED 照明燈具線路采用電纜跨接布線方式、集中式驅(qū)動(dòng)電源供電方案：每節(jié)車(chē)廂內(nèi)所有燈具都由2 個(gè)驅(qū)動(dòng)電源供電，燈具1 路、2 路之間間隔交叉排布。每路燈具的電源由1 個(gè)集中式驅(qū)動(dòng)電源供電。每只LED 燈在電氣回路上都是并聯(lián)連接，當(dāng)某一路燈具損壞時(shí)，另一路中的燈具將正常工作，不受任何影響。

客室照明驅(qū)動(dòng)電源設(shè)有專(zhuān)門(mén)的緊急照明信號(hào)接口，當(dāng)意外造成車(chē)內(nèi)動(dòng)力供電中斷或低壓電源故障時(shí)，緊急照明信號(hào)將由正常的低電平自動(dòng)切換為高電平，客室照明系統(tǒng)將由正常照明模式自動(dòng)切換為緊急照明模式，驅(qū)動(dòng)電源各自接收到一個(gè)高電平緊急照明啟動(dòng)信號(hào)，自動(dòng)降低恒流輸出，從而使車(chē)內(nèi)所有燈具照度降低且門(mén)區(qū)域燈具仍然保持正常照度。這樣既能節(jié)約車(chē)內(nèi)電池電力消耗，又能使客室的照度均勻分布，并且突出門(mén)區(qū)域的位置，給乘客疏散以明確的指引。

3.3 安裝及接線

LED 照明燈具結(jié)構(gòu)采用鋁合金加工而成，整個(gè)燈具重量小于60 g，采用不銹鋼彈簧片卡入車(chē)體頂板，卡入后起到支撐燈體的作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。重量分布計(jì)算說(shuō)明，假如一塊分縫板內(nèi)排布18 個(gè)射燈，那么總重量為60 ×18 =1 080 g，車(chē)頂頂板厚度為6 mm，由于其有一定的面積且燈又是分布排列的，重量分散，因此不影響頂板承重。接線采用萬(wàn)可插頭式連接方式，方便、快捷。

3.4 照度模擬分析

照度定義：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)所射入光的量，也就是光通量除以面積（m2）所得到的值，用來(lái)表示某一場(chǎng)所的明亮度。表面上一點(diǎn)的照度E 是入射在包含該點(diǎn)的面元上的光通量dΦ 除以該面元面積dA 所得之商，即：E = dΦ/dA，單位lx，1 lx = 1 lm/m2。

鐵道車(chē)輛客室照度應(yīng)滿足GB /T 7928 - 2003 中對(duì)客室照度的要求：距離地板面800 mm 處測(cè)得的照明強(qiáng)度平均值不小于200 lx。

3.4.1燈具出光圖

LED 光源發(fā)光面積極大，整個(gè)發(fā)光面光強(qiáng)一致，不會(huì)出現(xiàn)亮區(qū)暗區(qū)。

3.4.2照度模擬分析

DIALux 軟件是為了模擬計(jì)算室內(nèi)室外照明需求，為實(shí)際配置燈具提供準(zhǔn)確參考信息的仿真軟件。主要是通過(guò)運(yùn)用設(shè)計(jì)方案中燈具的配光曲線文件進(jìn)行照度計(jì)算得出一些關(guān)鍵的照明指標(biāo)，通過(guò)對(duì)這些關(guān)鍵指標(biāo)的分析可以提前得出該照明方案的合理性，并通過(guò)調(diào)整方案的部分參數(shù)來(lái)滿足實(shí)際的照明需求。

3.4.3工作面等照度曲線圖

以光源或燈具為中心，在空間中某一剖面上的照度相等的點(diǎn)的連線稱(chēng)為空間等照度曲線。通過(guò)仿真3D 偽色表現(xiàn)圖和距離車(chē)廂地板面800 mm 處等照度曲線圖模擬分析得出結(jié)論，車(chē)輛最小照度為50 lx，最大照度為436 lx，車(chē)輛平均照度為335 lx，完全滿足GB /T 7928 - 2003 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的距離地板面800 mm 處測(cè)得的照明強(qiáng)度平均值不小于200 lx 的要求。

四、總結(jié)

LED 平面光源照明燈具將是今后城軌車(chē)輛照明應(yīng)用的大趨勢(shì)。“滿天星”LED 平面光源照明燈具在車(chē)輛應(yīng)用上的方案，對(duì)城軌車(chē)輛照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]高健飛，劉文平，胡曉春. 鐵道車(chē)輛LED 平面光源照明燈具設(shè)計(jì)探索[J]鐵道車(chē)輛，2009（10）：33 - 36.