地铁车站动力照明能耗管控措施探究
摘要：地铁作为城市现代交通中逐渐兴起的新型出行方式，于2017全国的地铁线路已经达到128条，总里程数为3792千米，且这一数据在持续增加。但地铁在运营过程中主要依靠的是电力设施，地铁的能源消耗每年逐步递增。本文将在控制地铁照明消耗的管控上进行探讨，希望能够为地铁车站的动力照明设计与管理提供参考。
关键词：地铁；动力照明；能耗管控
地铁时代的全面到来，为城市居民的日常出行带来极大的便捷，缩短出行时间。地铁的运营需要大量的电力来支撑，除必须的车辆牵引、通讯设备和地铁机电之外，照明用电也是能耗较大的用电部分。
一、目前地铁的能耗概括
根据相关资料统计，我国地铁建设的总里程数在逐年增加，尤其是一线城市地铁电能消耗占地铁运营成本的30%以上。我国的地铁在建设时为方便乘客与日常运营维护人员的走动，在车站和区间设有独立的照明系统，我国的相关法律规定地铁的照明系统只能占车站设备的14.2%至16.1%之间，但在实际中，部分占有率已经达到20%至30%，且占比数据每年增加，在地铁能耗管控的过程中，这部分的用电设计是否合理值得深究[1]。
地铁动力照明负荷主要产生于空调、给排水、通讯和照明及车站电梯等，这些设施电能的消耗量与车站设计规模和照明系统所采用的模式有着密切的关系。这些设备的用电配置都是以预计高峰期车站客流量为准的，这就造成我国地铁车站动力照明设施在车站每天开放初期、结束阶段和近期时间段内，这些扶梯、照明及空调等系统仍然处于全功率工作状态，以自动扶梯为例，虽然以采用节能技术，即扶梯有人和无人时，扶梯的运营速度不同，但未对其进行细节改进，所以扶梯的全面节能效果未达到最佳状态。地铁车站的动力照明系统能耗仍然存在极大的改进空间。
首先我国地铁车站一天的运营时间较长，存在当天运营结束后依然灯火通明的现象，车站在施工调试阶段也会存在类似现象，从设备受电点灯开始直到开通试运营，也会存在持续灯火通明现象。其次是地铁车站各功能板块没有安装电表，对车站实际用电量没有记录，达不到电量监测作用，只对需要对外核算的自动售卖机、银行取款机安装电表，方便计算费用。
二、地铁照明分布情况
根据《地铁设计规范》条例中的要求，地铁的照明中含有车站站厅站台公共区照明、地下区间照明、车站设备区照明、广告照明、应急照明和其他安全照明等，其中应急照明由EPS应急电源装置供电，正常时由交流供电，故障时自动转换为蓄电池电源供电。照明配电箱集中设置在站厅站台两端照明附属房间。地铁照明按电量负荷可分为一级、二级、三级。一级负荷主要应用与应急照明和地下车站公共区照明中；二级负荷主要运用于地面公共区、导向、设备工作区的照明；三级负荷主要用在地铁广告照明中。这些共同作用于地铁的运营系统中，成为比较容易被忽视的能耗问题。地铁照明能耗中广告照明的负荷能耗占取三级负荷比重以达60%，广告照明已经成为地铁照明系统中的电能能耗大户。广告设计都是通过鲜艳明亮的色彩达到广告商广而告之的诉求，我国的地铁广告部分分布在屏蔽门后和站厅公共区，屏蔽门后的广告灯箱只有在地铁达到车站时的短短几分钟内，靠近车门的乘客才能看到广告，但是实际情况是很少有乘客注意到屏蔽门后的广告内容，所以广告商为达到广告效应会增加灯箱的亮度和色彩，同时同一车站甚至同一条线的广告灯箱设计标准是统一的，加大电能消耗。另外地铁车站设计的广告灯箱与车站照明设置是分离的，在设计广告灯箱时只预留了灯箱位置，其照明功能没用得到有效利用。
三、照明能耗管控及节能措施
地铁因为自身建设特定条件，一般都建造于地下，此环境不易引进自然采光实现照明，需依靠人工照明来实现地铁的正常使用，一般为实现地铁的正常运营采取全天候照明，电能耗费巨大，据相关资料调查显示，地铁照明的电力消耗占整个地铁运营系统总耗电量的10%之上。
1.达到电力节能标准
我国的照明节能指标是通过照明功率密度值，即LPD作为参照标准的，地铁动力照明系统的能耗高低直接取决于其节能照明是否达标。市面上照明设施比较节能的是应用了LED照明技术，也是现在全国比较普遍应用的照明灯具。将最先进的LED照明技术应用于地铁动力照明中，结合优化的设计，在满足地铁功能区域照明，符合国家平均照度值的标准要求时，还能使照明功率密度值降低，照明效果同样明显。例如西安地铁四号线建筑科技大学·李家村站安全办公室计算照度为308lx，功率密度值为5W/m2；信号设备室计算照度220lx，功率密度值为3W/m2；0.4kV开关柜室计算照度192lx，功率密度值为3.6W/m2；环控机房计算照度108lx，功率密度值为2W/m2；照度均达到了国家照度标准要求，因采用LED照明技术功率密度值大幅度减少，降低了用电能耗，我国地铁车站照明具体指标如表1所示。
表1：我国地铁车站照度标准表
序号 | 场 所 | 平均照度（lx） | 应急照明（lx） | 值班照明（lx） | 功率密度目标值(W/m2) | 参考平面 |
1 | 出入口通道及楼梯 | 150 | 5 | 15 | 9 | 地面 |
2 | 通道 | 150 | 5 | 15 | 9 | 地面 |
3 | 售票室、自动售票机 | 300 | — | 11 | 台面 | |
4 | 银行 | 300 | — | 11 | 台面 | |
5 | 站内楼梯及自动扶梯 | 150 | 15 | 15 | 9 | 地面 |
6 | 地下、地面站厅 | 200、150 | 5 | 20 | 9 | 地面 |
7 | 地下、地面站台 | 150、100 | 5 | 15 | 9 | 地面 |
8 | 车站屏蔽门 | 200 | 9 | 地面 | ||
9 | 车站控制室 | 300 | 300 | 11 | 工作面 | |
10 | 办公室会议室 | 300 | 30 | 11 | 工作面 | |
11 | 通号等设备用房 | 150 | 15 | 9 | 工作面 | |
12 | 消防泵房配电室等 | 150 | 150 | 7 | 工作面 | |
13 | 泵房、风机房 | 100 | 10 | 6 | 工作面 | |
14 | 洗手间 | 100 | 10 | 5 | 地面 | |
15 | 区间隧道 | 5 | 3 | 轨道平面 | ||
16 | 道岔区 | 20 | 3 | 轨道平面 |
因为LED照明存在光衰，需要地铁相关检测部门定期对照度值进行检查，确保其能够满足正常的运营照明需求。基于LED照明技术的优点较多且高效节能，所以应该加大其在城市交通运输，尤其是地铁照明中的应用推广[2]。
地铁供配电系统的三相电压不平衡，造成电网路线及配电变压器的电能耗损加大、电流量增加等，改变地铁设计时三相电压的分配荷载，采用交叉分布和分散分布的方法，提高地铁三相电压使用效率，达到降低能耗的目的。例如西安地铁四号线建筑科技大学·李家村站照明系统设计采用TN-S系统，要求设计和施工均三相负荷平衡，最大相负荷与最小相负荷相差不大于15%。
2.地铁区间隧道照明控制系统优化设置
建造于地下的地铁，以车站及车站间的区间隧道共同组成，为方便地铁隧道运维人员在地铁停运后进行巡检，以及运营时突发状况的维修，一般隧道的照明灯间隔都在10米左右，同时也是地铁在运营过程中出现火灾或阻塞时，给乘客及地铁工作人员等提供安全的逃生照明设施。但是在地铁的运营过程中如果这些隧道照明灯全部打开，会造成地铁驾驶人员产生炫光现象，影响驾驶人视线，同时起不到隧道照明作用。在地铁运营期，建议采用大区间照明方法，即对区间照明灯进行开闭控制，正常照明时保持30至40米打开一盏照明灯，在进行线路维修时再分段打开，故障疏散时全部开启。这样可以在一定程度上降低电量消耗。
3.提高自然光源的有效利用率
我国的地铁照明中，极少在地铁站周围的建筑物中引入自然光源，在市政建设规划地铁线路时，可以充分考虑到线路沿岸途中经过的有较好自然采光的建筑物体，将其引入地铁车站建设中，在满足自然光照条件的同时，还创造自然通风条件。需要注意自然光照时太阳照射所产生的热能，会让空调负荷加大，所以在地铁的设计阶段，应该将窗墙比例进行合理的规划，平衡好自然光照引入和空调能耗间的相互影响。如图1.
图1
4.广告照明优化升级
地铁的广告箱照度在2000lux以上才能吸引住人的眼球，在进行广告箱LED光源安装的时候，为节省电能应该采用侧光源上下对打的方法，与全LED灯箱照明相比，不仅安装快捷，还能有效降低广告灯箱对的电耗能量
5.改善地铁照明的灯具分布
地铁动力照明设施在进行灯具的分布改造时，应该以乘客易拥挤区域和行走流量大的区域为主，地铁车门上方与站台两侧分布是灯具分布的重点区域。所以可以将站台中间区域的灯光适当减弱，建议车门打开时在车门上方安装节能灯具。
6.加强车站空调通风系统的季节应用电量管控
地铁车站多采取空调通风系统对车站公共区域照明产生的余温、余热进行降除，为乘客创造出舒适的乘车环境，车站的新风负荷占总负荷百分比重较多，四季分明的城市，在建设地铁时，可以将冬季的室外冷源引入车站，达到排除车站地下余热的目的减少车站空调负荷[3]。
7.正确审视地铁功能
地铁车站作为便捷出行的交通基础设施，其主要功能是安全出行，在装饰装修上不必盲目追求高大尚，装修风格力求简约大方，装修材料上选用颜色亮丽返光率高的材料，尽量减少灯光效果需求和虚光灯槽应用，降低单体灯具功率和减少灯具数量以，从而减小照明功率密度值，达到照明节能降耗目的。
结语
地铁已经成为城市交通发展的必经之路，在地铁建设的同时，对地铁照明设施的电能资源进行合理控制，减少车站动力照明的能耗，成为今后建设需要强化的方面。为城市居民提供更优的地铁照明时做到节能减排，真正做到绿色出行。
参考文献
[1]刘明明, 王洋. 浅析地铁车站动力照明能耗管控措施[J]. 建材发展导向, 2017, 15(23):253-254.
[2]穆广友, 尹力明, 马文. 地铁车站动力系统能耗分析与节能对策[J]. 上海电气技术, 2010, 03(4):48-53+61.
[3]乜莹. 地铁车站照明系统能耗分析及节能对策[J]. 中国标准化, 2017(8):29-30.
