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          立足城市照明負荷談照明節能有效措施

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          立足城市照明負荷談照明節能有效措施

          1引言

          “十二五”期間,城市軌道交通將成為國家基礎建設投資的重點。繼北京、上海、廣州、深圳等一線城市之后,以武漢、長沙、鄭州、西安、福州、廈門、成都、重慶、沈陽、大連、長春、哈爾濱、青島、杭州、寧波、南京、蘇州、無錫、昆明、合肥、南寧、天津、南昌、佛山、東莞等二線城市為主的新一輪建設高潮正在掀起。截止2010年底,中國內地已有北京、上海、廣州、天津、重慶、南京、武漢、長春、深圳、大連、成都、沈陽12座城市,先后建成并開通運營了48條城市軌道交通線路,運營里程接近1400公里。現中國內地共有36座城市向國家主管部門上報了城市軌道交通建設規劃,其中有31個城市得到了國家批準,計劃至2015年前后規劃建設93條軌道交通線路,建設線路總長2700多公里,總投資超過1.2萬多億。可見,我國城市軌道交通建設將迎來黃金發展期,有望成為繼鐵路大規模投資之后新的大規模投資點。然而,根據國家“十二五”節能減排綜合性工作方案,國家將推行抑制高耗能、加快淘汰落后產能、推動傳統產業改造升級等一系列節能減排政策。綠色照明、照明節能、能量系統優化等節能改造工程將作為節能措施實施的重點工程[1]。軌道交通系統的用能種類相對比較單一,主要為電能。列車運行、車站通風空調、照明、廣告燈箱以及電梯、售檢票機、給排水、通信、信號等設備均需耗用大量的電能,是能源需求大戶,節能設計需要各專業系統研究、配合,方可達到節能減排目標。本文將根據本專業特點,探討軌道交通照明節能措施,不僅為后續大規模城市軌道交通設計提供技術儲備,還使照明節能真正落實到工程實際。

          2城市軌道交通照明負荷分析

          為有針對性提出軌道交通照明設計節能措施,需要先深入分析軌道交通照明設計范圍、照明種類、照明能耗分析。

          2.1照明設計范圍和照明種類城市軌道交通需要在各地鐵車站、區間、車輛段、停車場、控制中心考慮照明。照明按其場所、用途可分為:公共區照明、設備管理房照明、區間照明、廣告照明、應急照明。廣告照明可作為一部分工作照明來考慮。車站公共區的應急照明按作為公共區照明的一部分設計,約占公共區照明的5%~10%[2]。軌道交通照明節能設計主要針對以上各場所、各類照明。

          2.2照明能耗分析現以東部某沿海城市已運營的軌道交通1號線某典型車站為例,分析各類照明的能耗。勘察設計從上表看出,廣告照明能耗最大,但其屬于商業照明,節能意義不大。節能措施主要針對公共區、設備區、區間、應急照明等場所。從該典型站看出,除廣告照明外,該車站照明總負荷約為41.804kw。考慮如下邊界條件:地鐵運營時間6:00~23:00,電費0.80元/kwh,全線24個站。考慮節能措施后,能節電20%,則該線全年節電效益:41.084×17×0.8×24×365×20%=9.8萬。即地鐵線路全年照明耗電至少62.2萬kwh,節電效益約為10萬/年(按節電20%)。

          3照明節能設計

          3.1節能設計原則在設計初期,應根據用電負荷的分布特點,在負荷中心合理設置照明配電室,以減少線路損耗;合理劃分照明供電回路,根據客流的多少,合理投切照明回路,以減少電能損耗。

          (1)節能設備選型公共區照明燈具選用節能型熒光燈。車輛段大空間的照明場所采用金屬鹵化物燈等照明光源,所有氣體放電燈均配以無功補償裝置,以提高功率因素。

          (2)車站廣告照明節能在站廳或出入口通道等安裝廣告燈箱之處,照明設計計算照度時應兼顧廣告照明對公共區照明的影響,以盡可能地減少照明燈具的數量。在列車停運后,關閉車站的廣告照明燈箱,以達到節能的目的。

          (3)區間照明節能為便于列車司機在行車時具有良好的視覺環境,區間隧道內的工作照明燈(非道岔、渡線、折返線)在列車正常運營時最好關閉,在晚上維修作業時,可將其打開。這樣一方面方便了司機的行車駕駛,另一方面還達到了節能的目的。在列車運行時,區間隧道將只開應急照明,便于在緊急狀況下,乘客的疏散和逃生,間接達到節能目的。區間工作照明、應急照明的控制可在車站控制室內進行。

          (4)車輛段、停車場照明節能車輛段、停車場照明燈具除選用金屬鹵化物燈并配以無功補償外,在其室外道路照明采用光控與時間控制相結合的控制方式,達到節約能源的目的。

          (5)設置車站照明節電運行模式根據以上對車站照明節電的設計思路,在合理設計配線回路的基礎上,制定多種照明運行模式,納入地鐵機電設備監控系統,可以自動或人工設置各種照明節電運行模式。例如:節假日時為了體現節日氣氛,可以打開車站內的藝術墻照明(平時關閉),考慮設定節日運行模式;白天正常運行,在客流量比較大需保證足夠照明時,可設定正常運行模式;晚間當客流量較小時可關閉一部分照明燈,可設定節電運行模式;當列車停運后,可關閉絕大部分照明燈,考慮設定停運經濟運行模式。以上就不同場所、各照明種類從設計角度闡述了照明節能設計原則。以下將提出具體的照明節能措施、并分析其節電效益。

          3.2節能具體措施

          (1)選用高效節能熒光燈熒光燈是軌道交通照明中用的最多的光源之一,選用高效節能的熒光燈是節能行之有效的方法[3-4]。如目前市場上T5節能熒光燈,由于其內部采用電子線路,功率因素可達到0.98-0.99,從而降低了線路電流,減少線路損耗,達到節能目的。以某產品系列為例,在相同的光效下,T5電子節能型與T8電子、電感式熒光燈能耗參數對比如表2所示:

          (2)采用電子鎮流器電子鎮流器(Electricalballast),是鎮流器的一種,是指采用電子技術驅動電光源,使之產生所需照明的電子設備。電子鎮流器分:熒光燈電子鎮流器、高壓鈉燈電子鎮流器、金屬鹵化物燈電子鎮流器。熒光燈電子鎮流器的節能已在表2中做了分析,“金鹵燈電子鎮流器”同樣是金鹵燈的重要電器附件,它的恒功率輸出性能直接解決了傳統金鹵燈電感鎮流器自身功率損耗大、系統功率因數低、體積大、重量重、有噪聲、燈功率隨電源電壓的變化而變化、不便維修等缺點。以下就電子鎮流器在金屬鹵化物燈中的應用進行對比分析:以該城市軌道交通2號線車輛段(帶上蓋物業開發)一層平臺9萬平方米,分別選用150W電子型、電感性鎮流器金鹵燈,則二者的節電效益分析如表3所示:計電費1030860×0.8=1040688元。150W電子金鹵燈全年耗電:150×12×1800×365÷1000=1182600kwh;共計電費1182600×0.8=946080元。每年節約電費:1040688-946080=94608元。即采用電子金鹵燈,節能效益可達9萬/年。

          (3)采用LED照明LED的高效已經被廣泛認可,它采用高亮度白色發光二極管作為光源,光效高、低損耗、低能耗,壽命長、易控制、免維護、安全環保。此外,LED燈不但起到良好的節能效果,還可美化環境。同樣以該車輛段工程為例、相同光效、測試面100lux作為照度標準,分別選用100WLED燈、150W金鹵燈,則二者的節電效益分析如表4所示:由表3數據,150W電子金鹵燈全年耗電:150×12×1800×365÷1000=1182600kwh;共計電費1182600×0.8=946080元。100WLED燈全年耗電:110×12×1800×365÷1000=867240kwh;共計電費867240×0.8=693792元。年耗電費:69萬/年<95萬/年。

          (4)設置智能照明控制系統可在軌道交通車站站廳和站臺公共區、車輛段(停車場)的聯合車庫、停車列檢庫、運用庫、車輛段上蓋平臺等大空間區域考慮設置智能照明控制系統。例如,采用智能控制面板控制,可將某區域照明分多種燈光模式,如全開模式、全關模式、半開模式等;采用時鐘控制模塊定時控制,可將此區域照明設定自動控制狀態,根據實際照明的使用情況,將一天的照明分為白天、晚上、深夜三個時段;采用照度傳感器感光控制,根據外界自然光的亮度自動開關控制,當外界亮度很強時,關閉室內的照明回路,當外界照度不夠時,系統自動開啟相應的照明回路,補充照度。上下班定時開關燈節能:設管理人員每天上班開燈、下班關燈各為半小時,采用照明控制系統后可準時、準確開閉回路,則每個回路每天少運行一小時,按每回路每天運行10小時,實際節省電力為10%。中午休息時間節能:未采用照明控制系統,中午休息時間,燈仍然全部打開。采用照明控制系統,系統按照預先設置的程序,中午燈光關閉50%。設中午休息時間為1小時,則平均每個回路每天少運行0.5小時。則每回路實際節省電力為5%。利用自然光補償節能:采用照明控制系統,設置照度傳感器,自動跟蹤外部自然光線的變換,打開或關閉臨窗燈光回路。日照充足時,自動關閉50%燈光。設每天光線充足時間為3小時,則平均每個回路每天少運行1.5小時。則每回路實際節省電力為15%。設每個額定電流為16A的照明回路[5]其實際負載為8A,每天每個回路工作10小時,節省電能為:220V×8A×10h×(10%+5%+15%)=5.3kwh,平均每年工作250天,電費為0.8元/kwh,實際每回路每年節省電費1057元。一般大空間區域按照150個照明回路,則設置智智能照明控制系統后,每年可節能20萬kwh,節省電費16萬。可見,在軌道交通大空間區域設置智能照明控制系統后,節能效果較為顯著。對于軌道交通照明設計,照明種類多、燈具選型也多種多樣。因此,需綜合運用以上各種照明節能措施,達到節能綜合設計目的。

          4結論

          “十二五”期間,城市軌道交通將成為國家基礎建設投資的重點。本文闡述了軌道交通照明節能設計原則。并通過數據對比及節能分析計算,提出了選用高效節能熒光燈、LED照明、采用電子鎮流器、設置智能照明控制系統等具體節能措施。并宜在軌道交通建設中,綜合運用。本文工作將為后續大規模城市軌道交通照明設計提供技術儲備,具有一定的指導及參考意義。