地铁车辆段电气照明节能设计方法研究

莫冬鸣

深圳市十二号线轨道交通有限公司  广东省深圳市 518000

摘要：近年来，随着“绿色建筑”“碳达峰”“碳中和”等理念的推广，建筑节能越来越受到人们的重视。据统计，建筑能耗已占到我国总能耗的30％，其中电气照明能耗占到建筑总能耗的15％到25％，仅次于通风空调设备。加强对电气照明节能设计的研究与优化，能够显著降低整体建筑能耗，有助于实现建筑工程绿色发展。

关键词：照明设计；节能设计；车辆基地

引言

作为地铁车辆的“家”，车辆段主要负责轨道交通车辆停靠、维护、检修工作，除此以外，还承担着地铁系统后勤保障、培训基地、人员办公等职责。根据承担功能差异，车辆段主要包括（运转）综合楼、运用（检修）库、物资总库、洗车机库、调机工程车库、污水处理站等单体，以及室外场坪部分。按照明规模（综合考虑各单体面积及照度要求等）区分，综合楼、运用库、室外总图照明为整个车辆基地照明设计的主要部分，其中综合楼及室外照明已有较多文献研究，本文不重复赘述。作为车辆段中承担车辆维护检修工作的主要单体，运用（检修）库具有面积大、净空高、室内构造物多等特点，采用传统照度计算方法进行灯具布置已无法满足现实需求，有可能会造成设计照度过高，资源浪费。

2、某地铁车辆段照明现状

某地铁车辆段照明分布于段内各个区域，包括办公区、公共区及库区照明，其中办公区的灯具总数约占车辆段总灯具数量的30%。鉴于办公区灯具本身数量较少，主要是保障工作人员的日常办公使用，办公区灯具均设有开关面板，离开办公用房时工作人员可以自行关灯。公共区（大厅、走廊及厕所）灯具因为管理责任划分原则，多数无人管控，每天开启时间平均都在10h以上，部分灯具开启时间长达24h。而库区因为部分后续建设的车辆段设有智能照明系统，在白天和夜间可以根据运营实际情况进行调整。本文主要研究车辆段库区照明运行模式，以期降低照明耗电量（下文涉及的照明，如非特殊说明，均指车辆段库区照明）。目前某地铁运营的所有线路中，2015年以前开通的线路车辆段均采用普通荧光灯管，2016年以后开通的线路车辆段均采用LED灯具。

2.1车辆段照明模式现状

目前该城市轨道交通线网车辆段库区照明，A号线因建设时间较为久远，未设置智能照明控制，灯具开启及关闭均由工作人员手动操作。后续建设的各条线路，车辆段库区照明设置有智能照明系统，因此车辆段库区的照明自动按照时间表进行开启和关闭，无须人员手动操作。在有智能照明系统的车辆段，库区照明分为工作和非工作两大模式，每个模式下，根据车辆段内检维保工作时间及室外自然光照情况，又细分为白天节能模式、夜间模式和休息模式等。此外，针对特殊节假日，如元旦、圣诞节等，考虑当天出车情况，设置单独的模式时间表。

2.2线网车辆段照明节能讨论

针对以上分析结果，在满足车辆段库区区照明国标的要求下，为达到节能目的，有以下建议。（1）新增库区照明1/4开模式对于库区采用LED灯具的车辆段（如G号线、H号线和U号线线），目前的1/2开模式下库区照度均远高于照明国标要求。可考虑新增1/4模式代替之前的1/2开模式，达到节能目的。以U号线车辆段为例，在保证照明时间表不变的情况下，以1/4开模式替代原正常模式中的1/2开模式，车辆段库区照度平均值范围为300lx～450lx，车辆段库区平均照度完全满足照明国标要求，表明1/4开模式是完全可行的。此外，针对地沟及平台等局部区域照度不足的情况，可以适当调整回路以保证局部过度照明。统计该车辆段库区照明1/2开模式调整为1/4开模式后日平均用电量，发现较调整前每天约节约118kW·h，若推广到线网其他车辆段，节约的用电量非常可观。若将目前模式表中全开模式也换成1/4开模式，将会节约更多的照明用电量。可针对线网各个车辆段的情况，在满足照明国标的基础上，灵活推广1/4开模式。（2）依据日照时间细化照明模式表该市地处东经114.3°、北纬30.59°，一年中日出日落时间相差接近2h。而目前线网车辆段只有工作模式和非工作模式，尤其是过渡季节，已经不能满足车站对照明的要求。例如，非工作模式时间为5:00—7:30执行夜间模式1，但在7/8月份，5:30左右已日出，此时车辆段库内自然光线已很强烈，基本不需要补充照明，而库区顶棚灯7:30才关闭，造成部分电能的浪费。可根据该市全年日出日落时间，按月细化照明模式的执行时间，在满足车辆段正常照明的情况下，尽可能充分利用自然光照，达到节约照明用电的目的。

3、电气照明节能设计方法

目前照明设计方法存在照度计算精度不高等问题。除此以外，采用传统公式法进行设计，无法验证设计是否合理，只能在灯具施工完成后进行照度检验，若出现问题，整改成本很高。针对该问题，本文借鉴传统照明设计方法，结合软件在照明设计中的突出优势，提出一种针对地铁车辆段运用（检修）库的电气照明节能设计方法。

3.1电源控制器

控制单处理器内接驱动电源的输出，并监控电源故障时驱动电源的运作状态；电源控制器可即时侦测并关闭故障电源的输出，并调整主机的平均照明强度，以在电源控制器故障时降低30%以上；这两个电源仍可在不开灯的情况下为照明装置供电。 照明区中的灯光和灯光不一致电源控制器具有紧急信号输入接口，当收到紧急信号(约为正常照明的30%)时，会自动减少输出。

3.2其他车外辅助指示灯控制

（1）全自动驾驶模式指示灯，由信号系统控制，由全自动模式命令点亮。（2）全自动驾驶运行提示灯，用于显示全自动驾驶模式下该列车是否具备移动授权，指示灯控制信号应由信号系统发出。当指示灯熄灭时，表示列车具有移动授权。在非全自动驾驶模式下，指示灯应被点亮。（3）制动不缓解指示灯，用于指示本车常用制动是否缓解，由制动系统控制，当本车存在制动不缓解故障时点亮。（4）车门未关好指示灯，用于指示本车的车门关闭状态，由门控器控制，当本车存在任一门未关好时，相应侧指示灯亮。

3.3无线网络传感器

无线网络传感器是智能电源管理的关键部件，照明控制系统中的电源效果主要包括硬件的两个部分，其中采集控制中心主要是智能网络和LED开关协调器的组合，这些控制中心能够使用前一个节点上的开关控件执行控制命令，通过LED的照明控制和工作状态，可以实时地收集和传输数据，最后通过智能照明控制系统中的路由器微处理器，实现系统协调器和LED端点之间的连接。路由器可有效地建立版本，确保系统正常运作。

3.4节能方案设计

与城市轨道交通车辆中常用的照明选项(例如，分布式LED光源、集中LED光源、自适应LED光源)相比，可以对这些方案的优缺点进行详细的分析，研究有针对性的LED电源和基于环境的自适应照明控制，将LED光源的能源效果与传统的荧光灯进行比较，将LED电源控制与集中电源进行能效对比，并分析传统电源的可靠性，模拟LED光源分配和测试，以及基于环境的自适应照明控制的能源效果分析。

结束语

综上所述，智能照明控制系统中应用照明节能设计理念对于构建生态文明和绿色节能的发展战略具有重要意义，同时能够促进我国生态文明的建设和实现资源的有效利用。在我国经济不断发展和城市化进程不断加快的过程中，更需要重视智能照明控制系统中照明节能理念的融合与发展。通过设计节能、高效的照明控制系统和设备实现照明效果，从而引领照明行业的发展潮流。

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