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    鐵路客站綠色照明及LED應用研究

    2015-1-22 11:47:34??????點擊:
    根據《中長期鐵路網規劃》,到2015年我國將建1000余座鐵路客站,建設綠色鐵路客站是當務之急,高效節能的鐵路客站綠色照明設計可提高鐵路運輸的服務質量、提升站房建筑的美觀性,是實現照明節能、打造綠色客站的關鍵。本文通過對近年建成的各類鐵路站房的照明設計、維護管理的實地調研和站房各空間照明數據的實測,對站房照明存在的問題進行了梳理總結,提出了影響照明質量和節能的典型因素,并對各影響因素進行模擬分析。調研了目前各類光源在鐵路站房的應用情況,針對LED光源的特點,提出鐵路站房采用LED替代傳統光源的可行性和推薦適用場所。試圖通過對站房照明現狀的調研總結分析,找出問題的實質并加以改善,不斷提高鐵路站房照明設計質量,為今后鐵路客站綠色照明設計提供參考。
     
    1站房照明現狀調研分析
     
    根據《鐵路旅客車站建筑設計規范GB50226-2007》的規定,客站站房規模分為四種:特大型、大型、中型、小型。本次調研就每種規模分別選取了2~3座典型站房,在夜間時段(19:00~22:00),按照《照明測量方法GBT5700-2008》的要求,進行各項照明指標的測量。實測了各站房空間的地面平均照度(lx)、照度均勻度、顯色指數(Ra)、功率密度(W/m2)等數據,對各空間天花高度、布燈方式、布燈間距、光源、功率及照明設施完好性進行了調研分析。調研發現,不同類型車站的基本照明情況類似,為了說明問題,本文以京滬高鐵的一座中型站為例進行分析,實測的車站各空間的照明數據見表1。
    表1 車站各空間的照明情況
    Table 1 Lighting situation for each space station
    車站各空間的照明情況
    從表1可見,進站廳入口挑檐、二層候車廳和普通站臺等空間的各項參數均達標,其他空間存在個別參數不達標的情況。分析實測數據不達標的情況,主要有以下幾方面的原因:
         一是受開關燈控制、維修情況等客觀因素影響,造成照度、照度均勻度不達標,如:一層候車室、進站廳區域部分燈具關閉或已損壞。
         二是功率密度較低照度不達標場所,往往是所選擇的燈具總功率偏小或燈間距過大(3.6×6m)所致,如:出站通道;
        三是功率密度過高照度不達標場所,主要是采購的燈具效率過低或維護不到位造成的,如:售票廳。
        四是光源類型的不合理導致顯色指數明顯偏低,如:出站通道使用了光源不達標的熒光燈;五是燈具配光選擇不合適,即使平均照度滿足標準,照度均勻度仍表現很差的結果,如:基本站臺。
    通過上述分析,排除燈具損壞、未全部開燈等原因,我們認為燈具光源的選擇是否正確、布置方式合適與否對最終的照明效果影響重大,為了更直觀了解影響照明效果的因素[4],本文借助Dialux軟件[5]進行模擬驗證,分析了建筑材料反射率、燈具的配光和布燈方式三個因素對照明效果和照明節能的影響。
     
    2 影響照明效果的因素分析
     
    2.1建筑材料反射率的影響
     
    在該項影響因素的模擬中,空間尺寸設定為:L*W* H(長*寬*高)=50*50*21(米),燈具采用Iguzzini MM97Reflexeasy 42.7W LED筒燈,布燈方式均采用單燈均勻排列,將地面、天花、墻壁設置不同的反射率組合,模擬計算地面處的照度見表2。
    表2 不同材料發射率的模擬計算結果
    Table 2 Simulation result of different materials reflectivity

    各表面反射率

    平均照度(lx

    最小照度(Lx

    照度均勻度

    功率密度W/m2

    地面:0.28;天花:0.8;墻壁:0.52

    170

    102

    0.602

    3.3

    地面:0.28;天花:0.8;墻壁:0.89

    208

    150

    0.718

    3.3

    地面:0.4;天花:0.8;墻壁:0.52

    180

    112

    0.623

    3.3

    地面:0.28;天花:0.8;墻壁:0.89

    232

    168

    0.725

    3.3


    從表2可見,建筑材料表面反射率的不同,會對照明效果產生較大的影響,同等照明功率和方案條件下,各表面的反射系數越高,室內空間的照度值越大。此對比表明,在照明設計中應充分調研使用場所各表面的反射率,并在選擇照明燈具、功率時重點考慮此因素。另外也說明,提高室內建筑材料表面的反射率也是照明節能的一個有效措施。
     
    2.2 燈具配光角的影響
     
    模擬驗證中我們選擇同一品牌同一系列的不同配光角的燈具,包括14度、30度、62.8度共三類,建筑材料表面的反射率為:地面0.4、頂棚0.8、墻壁0.7,采用均勻布燈方式,計算地面處的照度和照度均勻度。模擬計算了兩種空間尺度,分別為L*W* H(長*寬*高)=50*50*21(米)和L*W* H(長*寬*高)=50*50*8(米),模擬結果見表3。
    表3 不同配光角燈具的模擬計算結果
    Table 3 Simulation result of different angle distribution

    空間尺度(單位:米)

    配光角度

    平均照度(lx

    最小照度(Lx

    照度均勻度

    功率密度W/m2

    W*L*H=50*50*21

    14

    203

    138

    0.678

    4.68

    30

    203

    128

    0.634

    5.59

    62.8

    203

    125

    0.616

    6.56

    W*L*H=50*50*8

    14

    202

    73

    0.363

    4.61

    30

    201

    137

    0.681

    5.68

    62.8

    201

    123

    0.613

    5.61


    從表3可見,在實現相同平均照度的基礎上,高空間采用窄配光角燈具,功率密度最低,且可達到較好的均勻度。低空間則需要采用中或寬配光角的燈具,才可實現較好的照度均勻度。根據空間高度和照度要求,選擇合適的配光角的燈具是合理設計的重要環節。選取合適配光曲線的燈具,也可以有效降低照明功率密度,實現照明節能的目的。
     
    2.3布燈方式的影響
     
    該項模擬計算的空間尺寸為:L*W* H(長*寬*高)=50*50*21(米),材料反射率分別為:地面0.4,頂棚0.8,墻壁0.7,選擇Iguzzini MM97Reflex Easy,42.7WLED筒燈,吸頂安裝,設定其維護系數為0.8,計算不同布燈方式下(見圖1),地面的照度和照度均勻度見表4。
    圖1布燈方式示意圖
    Fig. 1 Sketch of arrangement of lamp
    布燈方式 
     
    表4 燈具不同組合方式下的模擬計算結果
    Table 4 Simulation result of different lamp arrangement

    布燈方式

    平均照度/lx

    最小照度/lx

    照度均勻度

    功率密度/(W/m2)

    單燈布置

    201

    140

    0.696

    3.27

    兩燈組合布置

    202

    137

    0.676

    3.27

    四燈組合布置

    203

    149

    0.733

    3.27


    根據以上計算結果,在使用下射筒燈的情況下,在距高比一致、照明功率、燈具總量相同的前提下,通過選擇合適的配光曲線的燈具,不同布燈組合形式對照度影響不大,差別基本在5%以內。在具體設計時,應綜合考慮空間高度、天花形式和維修馬道等各種因素,合理選擇燈具間距,進行燈具組合排布。
     
    3 LED在站房照明的應用分析
     
    站房照明中光源的選擇應結合光效、色溫、顯色指數、光源壽命和價格等因素確定,選擇光效高的光源和燈具有利于節能。在售票廳、候車廳等需要較高辨識度的場所,應選擇顯色指數高的光源,鐵路站房的高空間場所,維修困難,宜選擇壽命長的光源。根據調研結果,目前站房照明應用較多的光源主要有金鹵燈、熒光燈等,部分站房景觀照明采用了LED光源。其中,金鹵燈的啟動時間比較長,且紫外線含量高,適用于需要長亮的高空間場所,熒光燈價格便宜,適用于空間高度小于7m的空間。隨著LED技術的逐漸成熟,LED燈在鐵路照明中的應用也越來越廣泛,LED具有體積小、壽命長、光效高、熱量低、調光方便等優點。在鐵路站房的應用中,可針對LED這些特殊的優勢對傳統光源進行替換使用。LED在鐵路站房中適用的場所見表5。
    表5 LED優點及應用場所對應表
    Table 5 Table of LED advantage and apply area

    優點

    對應場所

    體積小,易隱藏

    對環境的舒適度、美觀性要求高的場所,如:貴賓休息室、小型候車室

    光效高

    可替代緊湊型熒光筒燈應用于低空間場所,如:售票室、低空間候車室

    壽命長

    可替代小功率金鹵燈應用于維護檢修困難的場所,如:站臺雨棚、進出站通道等

    調光方便

    適用于需要多種模式控制的場所或需根據自然采光情況調節照明光強的場所。如進站大廳、候車大廳、站臺等區域,在夜間燈具輸出功率保持在100%,在天氣晴好的白天,可將燈具輸出功率調低。


    LED高效節能、綠色環保、壽命長,在調查中已有部分鐵路客站開始嘗試使用。但由于目前LED燈具價格相對較高,各燈具品牌的質量參差不齊難以控制采購燈具的質量,沒有完善的LED驗收標準等原因,在站房照明中還沒有大面積使用,目前主要用于顯示屏、導向標志燈箱和廣告燈箱等。隨著LED技術的不斷成熟、價格下降及相關規范標準的出臺,LED燈具的應用比例會逐漸上升。在應用的過程中,建設、設計和施工單位應建立完善的核查措施,對燈具的光學效果和安規等方面進行質量把關。
     
    4結論
     
    本文通過對目前我國鐵路站房的照明現狀實地調研,分析提出了影響照明效果和節能的因素及改進措施,研究提出了新型LED光源的在鐵路客站照明中應用的方法和前景,為站房綠色照明設計提供了切實可行的指導意見。實現鐵路客站綠色照明除設計優質高效的照明方案、采用綠色節能光源外,還應考慮安全環保、智能控制等多方面的因素,同時與照明運營管理密切相關。
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