前言

　　城市軌道交通車(chē)站是人員密集度十分高的場(chǎng)所，人員的流動(dòng)性也很大。特別是在地下車(chē)站，照明燈具是正常照明的唯一來(lái)源。因此，穩(wěn)定、可靠的照明是保證車(chē)站內(nèi)乘客安全和舒適的必要條件，也是保障列車(chē)能夠正常、有序、安全運(yùn)行的前提條件。

　　綠色照明是指通過(guò)科學(xué)的照明設(shè)計(jì)，采用光效高、壽命長(zhǎng)、安全且性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，來(lái)改善和提高人們的工作、學(xué)習(xí)和生活，從而創(chuàng)造一個(gè)高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益的環(huán)境并充分體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明。

　　目前，北京市城市軌道交通普遍采用傳統(tǒng)照明，傳統(tǒng)照明在實(shí)際應(yīng)用中存在著諸多不足之處。為了積極響應(yīng)低碳環(huán)保的理念并結(jié)合北京城市軌道交通自身的特點(diǎn)，北京軌道交通對(duì)車(chē)站進(jìn)行了用LED照明燈具代替現(xiàn)有類(lèi)型燈具的改造試驗(yàn)。LED的應(yīng)用既能滿(mǎn)足綠色環(huán)保的要求，又能很好地解決目前照明燈具所存在的問(wèn)題。

　　1、北京城市軌道交通照明的現(xiàn)狀

　　北京城市軌道交通車(chē)站目前采用的照明燈具類(lèi)型有熒光燈、金屬鹵化物燈和高壓鈉燈等。燈具種類(lèi)繁多、功率較大，既不方便采購(gòu)和維修，又不節(jié)能環(huán)保。而且，這幾種照明燈具的壽命基本都低于10000h，有的甚至低于5000h。目前在用燈具的工作電壓基本都來(lái)源于市電交流220V，由于城市軌道交通內(nèi)部照明配電的比較特殊，配電電壓普遍偏高，致使燈具容易損壞，使用周期大大縮短。以下是目前在用照明燈具所存在的問(wèn)題。

　　(1)熒光燈。顯色性偏低，由于功率因素偏低，所以耗能較大。

　　(2)金屬鹵化物燈。發(fā)光效率高、顯色性能好且壽命長(zhǎng)，但是點(diǎn)燃時(shí)間長(zhǎng)，不易應(yīng)用于應(yīng)急照明光源。

　　(3)高壓鈉燈。發(fā)光效率高、耗電少、壽命長(zhǎng)、透霧能力強(qiáng)和不誘蟲(chóng)等優(yōu)點(diǎn)，但是鈉燈的照明持續(xù)性存在缺陷。

　　由于城市軌道交通車(chē)站結(jié)構(gòu)的特殊性，地下車(chē)站及區(qū)間的結(jié)構(gòu)為全封閉式，車(chē)站照明燈具的需求量較大且照明時(shí)間較長(zhǎng)；地上車(chē)站及區(qū)間的結(jié)構(gòu)基本為半敞開(kāi)式，所以，車(chē)站照明燈具受環(huán)境因素的影響較大。車(chē)站內(nèi)粉塵較多且部分照明燈具長(zhǎng)期暴露在外，嚴(yán)重影響了光源的發(fā)光效率和壽命周期?？偟膩?lái)說(shuō)，這些普通光源在節(jié)能環(huán)保和維修費(fèi)用等方面存在著較大的問(wèn)題。

　　2、LED照明特點(diǎn)

　　LED即發(fā)光二極管，是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的電子器件，其核心部分是PN結(jié)，它除了具有正向?qū)?，反向截止、擊穿特性外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性，但光僅在靠近PN結(jié)處產(chǎn)生。

　　2.1 LED照明的優(yōu)勢(shì)

　　LED照明相對(duì)于傳統(tǒng)照明有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在8個(gè)方面。

　　(1)電壓：LED使用低壓電源。單顆電壓在1.9～4V之間，比使用高壓電源更安全。

　　(2)抗振性：LED是固態(tài)光源。由于它的特殊性，具有其他光源產(chǎn)品不能比擬的抗振性。

　　(3)壽命：長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)h及以上。

　　(4)穩(wěn)定性：受環(huán)境溫度影響相對(duì)較小。

　　(5)響應(yīng)時(shí)間：LED照明的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)，是目前所有光源中響應(yīng)時(shí)間最快的產(chǎn)品。

　　(6)節(jié)能環(huán)保：LED比傳統(tǒng)燈具節(jié)能60%～80%以上，且不含金屬汞等對(duì)身體有害物質(zhì)。

　　(7)顏色：LED的帶寬窄，發(fā)光顏色純，因此，LED的色彩比其他光源的色彩豐富得多，能夠更準(zhǔn)確地反應(yīng)物體的真實(shí)性。

　　(8)效能：LED發(fā)光功率轉(zhuǎn)換接近98%以上，所以，光效高。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，最高光效已達(dá)161lm/W，是目前光效最高的照明產(chǎn)品。

　　LED照明燈具的電源采用的是低壓直流電源，所以，LED照明燈具配套AC/DC轉(zhuǎn)換且恒流驅(qū)動(dòng)的電源，這樣就可以有效地防止由于電壓偏高而造成的燈具損壞，從而提高燈具的使用壽命。LED照明響應(yīng)時(shí)間很短，能夠滿(mǎn)足應(yīng)急照明的要求并且光效較高，使其在相同照度標(biāo)準(zhǔn)下，功率耗費(fèi)最小，能夠達(dá)到節(jié)能減排的效果。由于LED被完全封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面并由無(wú)毒的材料做成，所以非常環(huán)保、耐用。

　　2.2 LED照明的不足之處

　　近年來(lái)，LED的發(fā)光效率正在逐步提高，已接近熒光燈的水平，并在繼續(xù)增長(zhǎng)中。但在照明應(yīng)用及普及方面仍存在一些技術(shù)性問(wèn)題。

　　(1)LED采用的是冷發(fā)光技術(shù)，其發(fā)出的光與自然光有一定的差距。白熾燈具有非常強(qiáng)的黃色光成分，給人一種溫暖的感覺(jué)。而LED發(fā)出的白光帶有藍(lán)色光成分，使人們的視覺(jué)不很自然。

　　(2)LED燈具散熱存在著問(wèn)題。隨著功率的增加，其散熱問(wèn)題顯得越來(lái)越突出，大量實(shí)際應(yīng)用表明，LED不能加大輸入功率的基本原因是由于LED在工作過(guò)程中會(huì)放出大量的熱，使管芯結(jié)溫迅速上升，熱阻變大。輸入功率越高，發(fā)熱效應(yīng)越大。溫度的升高將導(dǎo)致器件性能衰減，非輻射復(fù)合增加，器件的漏電流增加，半導(dǎo)體材料缺陷增長(zhǎng)，封裝用環(huán)氧樹(shù)脂黃化等等，嚴(yán)重影響LED的光電參數(shù)，嚴(yán)重影響到了LED的壽命。

　　(3)LED價(jià)格較高。這是影響LED照明普及的主要原因。但是，近年來(lái)由于晶片技術(shù)的不斷改良，制造成本不斷下降，正朝著高效率、低成本的方向發(fā)展，這為L(zhǎng)ED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有利條件。

　　3、LED在軌道交通中的應(yīng)用及影響

　　城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展要求“嚴(yán)控成本、低耗環(huán)?！?。為建設(shè)現(xiàn)代化的軌道交通，把節(jié)能降耗作為提高整體網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)管理能力和設(shè)備設(shè)施運(yùn)行、維修實(shí)施精細(xì)化管理的重要手段，從而促進(jìn)首都交通全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

　　按照城市軌道交通行業(yè)的規(guī)劃要求，加強(qiáng)能源管理，主要從技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能2個(gè)方面提高能源的利用效率、降低能源的消耗水平、制止能源浪費(fèi)。

　　目前，LED照明在北京城市軌道交通的部分車(chē)站的試驗(yàn)應(yīng)用主要體現(xiàn)在技術(shù)節(jié)能方面，通過(guò)車(chē)站的試驗(yàn)應(yīng)用來(lái)收集相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證LED照明的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，為L(zhǎng)ED照明在軌道交通內(nèi)的廣泛應(yīng)用提供有力的實(shí)踐基礎(chǔ)。

　　經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，所收集的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)在固定點(diǎn)的照明照度值、照明設(shè)備功率、運(yùn)行時(shí)間、功率因數(shù)和耗能等方面，表1、表2為目前所收集到的熒光燈和LED照明的基本參數(shù)及耗能、照度的對(duì)比情況。

表1熒光燈與LED照明耗能及參數(shù)對(duì)比

表2熒光燈與LED照明的照度對(duì)比

　　通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的綜合對(duì)比可見(jiàn)，不論從耗能方面還是照度方面，LED照明均比熒光燈照明具有一定的優(yōu)勢(shì)。

　　3.1 耗能數(shù)據(jù)分析

　　在相同運(yùn)行電壓和時(shí)間下，所選用的LED照明的功率比熒光燈的功率減小了一半，而LED照明的功率因素也要比熒光燈高出約0.2之多。由于功率的減小，其運(yùn)行電流也相應(yīng)減小，電纜及元器件的發(fā)熱量也會(huì)減少，這樣不但可以降低能耗，還能延長(zhǎng)設(shè)備的壽命。

　　根據(jù)能耗計(jì)算公式

　　電能A=總功率P×?xí)r間T

　　及總功率P=光源總功率P1+配件總功率P2，對(duì)熒光燈照明和LED照明分別計(jì)算。

　　(1)采用熒光燈照明時(shí)，計(jì)量電能值為2102kW.h，計(jì)量時(shí)間為600h，通過(guò)公式A=PT，可得：總功率P約為3500W。

　　其中單體光源功率為40W，光源數(shù)量為80個(gè)，通過(guò)公式光源總功率=單體光源功率×數(shù)量，可得：光源總功率P1為3200W。

　　根據(jù)P=P1+P2計(jì)算可得：其他配件的總功率P2約為300W。

　　(2)采用LED照明時(shí)，計(jì)量電能值為966kW.h，計(jì)量時(shí)間為600h，通過(guò)公式A=PT，可得：總功率P約為1610W。

　　其中單體光源功率為20W，光源數(shù)量為80個(gè)，通過(guò)公式光源總功率=單體光源功率×數(shù)量，可得：光源總功率P1為1600W。

　　根據(jù)P=P1+P2計(jì)算可得：其他配件的總功率P2約為10W。

　　可見(jiàn)，采用LED照明不但可以使用低功率的光源，而且其配件的功率也相應(yīng)減小，所以，無(wú)論是光源還是配件的耗能都大大減小。

　　3.2 照度數(shù)據(jù)分析

　　我們分別選擇了6個(gè)測(cè)試分布點(diǎn)，測(cè)試照度。通過(guò)對(duì)照度測(cè)試值的比較，LED燈具正下方測(cè)試點(diǎn)的照度要明顯高出不少，而燈具間測(cè)試點(diǎn)的照度值就明顯提升不多，其主要原因是由于LED燈具散熱的遮擋。由于試驗(yàn)車(chē)站的燈具分布比較密集，所以，整體照度值都比采用熒光燈的照度值要高。由此可知，如果燈具間隔分布較大的話(huà)，其照度值勢(shì)必會(huì)有所降低，嚴(yán)重的話(huà)，還會(huì)出現(xiàn)明顯的陰影區(qū)域。所以，在采用LED照明之前，需要根據(jù)燈具的安裝高度和照射角度，經(jīng)過(guò)精密的計(jì)算，掌握好LED燈具的照射面積，合理制定燈具的分布情況，這樣就會(huì)避免此類(lèi)情況的發(fā)生。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　傳統(tǒng)的火力發(fā)電在能源危機(jī)和溫室效應(yīng)的影響下，優(yōu)勢(shì)逐步降低。新興的LED產(chǎn)業(yè)由于具有節(jié)能環(huán)保的特性，正在逐漸滲透各個(gè)行業(yè)中。當(dāng)前，LED的普及主要是受到了資金的限制，主要表現(xiàn)在前期投資較大且維保費(fèi)用較高。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，由于維保周期較長(zhǎng)，總體支出費(fèi)用相對(duì)較少。因此，既要滿(mǎn)足城市軌道交通行業(yè)規(guī)定的照度標(biāo)準(zhǔn)又要滿(mǎn)足節(jié)能環(huán)保，LED照明取代常規(guī)普通照明成了必然的途徑。