穆廣友 李曉龍 尹力明 黃海界,3

(1.同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院,200092,上海;2.上海軌道交通設(shè)備發(fā)展有限公司,200233,上海;3.上海阿爾斯通交通設(shè)備有限公司,200245,上?！蔚谝蛔髡?工程師、在職碩士生)

1 我國(guó)地鐵能耗概況

2009年12月,國(guó)務(wù)院又批復(fù)了22個(gè)城市的地鐵建設(shè)規(guī)劃,總投資達(dá)8 820億元。到2010年,中國(guó)城市軌道交通線路數(shù)量將達(dá)到 55條、里程達(dá)1 500 km;至2016年我國(guó)將新建城市軌道交通線路89條,總建設(shè)里程為2 500 km。地鐵建設(shè)如此快速,使得地鐵能耗問(wèn)題日益突出,地鐵系統(tǒng)節(jié)能工作也變得更加必要和緊迫。

1.1 地鐵系統(tǒng)的能耗特點(diǎn)

盡管地鐵較其他城市交通方式具有耗能低的優(yōu)點(diǎn),但龐大的地鐵系統(tǒng)仍然使其躋身于城市能耗大戶(hù)行列。資料顯示,深圳地鐵1號(hào)線運(yùn)營(yíng)1年耗電1億kWh以上,運(yùn)營(yíng)的電費(fèi)占可變成本的36%左右,為地鐵運(yùn)營(yíng)成本的第3位。上海軌道交通1號(hào)線2008年度委托運(yùn)營(yíng)管理合同中的相關(guān)數(shù)據(jù)表明,2008年上海軌道交通1號(hào)線總費(fèi)用為29 558萬(wàn)元,其中電費(fèi)成本高達(dá)11 885萬(wàn)元,占總成本的40.2%。

1.2 地鐵車(chē)站系統(tǒng)的能耗分布

地鐵運(yùn)營(yíng)的主要能耗為用電負(fù)荷。根據(jù)目前運(yùn)營(yíng)線路的能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,車(chē)輛用電占總用電的50%～60%;車(chē)站、基地用電占總用電的40%～50%。車(chē)站內(nèi)動(dòng)力、照明、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)占車(chē)站用電量的90%以上。以上海城市軌道交通9號(hào)線的車(chē)站為例：某車(chē)站的動(dòng)力照明設(shè)計(jì)負(fù)荷如表1所示;對(duì)上海軌道交通9號(hào)線7個(gè)地下車(chē)站(宜山路站至中春路站)降壓所和跟隨所的照明負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表1 某車(chē)站的動(dòng)力照明設(shè)計(jì)負(fù)荷

表2 上海軌道交通9號(hào)線7個(gè)地下車(chē)站降壓所和跟隨所照明負(fù)荷表

近年來(lái)隨著科技的進(jìn)步和節(jié)能管理的加強(qiáng),許多設(shè)備都采用節(jié)能控制模式。比如空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng),只在滿(mǎn)足一定溫度和空氣質(zhì)量的條件下才開(kāi)始工作。地鐵自動(dòng)扶梯大部分已經(jīng)采用節(jié)能控制方式,在沒(méi)有乘客踏上電梯時(shí)電梯以理論耗能12.5%的狀態(tài)工作[1]。表2顯示,照明系統(tǒng)雖然只占整個(gè)車(chē)站平均設(shè)備負(fù)荷的14.2%～16.1%,但每個(gè)車(chē)站照明總負(fù)荷已經(jīng)達(dá)到197 kW和207 kW,并且其具有長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)。由于設(shè)計(jì)規(guī)范的限制和運(yùn)營(yíng)管理不到位,使當(dāng)前的車(chē)站照明系統(tǒng)能源浪費(fèi)較為嚴(yán)重。

2 地鐵車(chē)站照明系統(tǒng)的技術(shù)要求

2.1 地鐵車(chē)站照明系統(tǒng)分類(lèi)

地鐵照明分為：車(chē)站一般照明,車(chē)站應(yīng)急照明,區(qū)間工作照明,區(qū)間應(yīng)急照明,廣告照明,以及安全照明。其中應(yīng)急照明為一級(jí)負(fù)荷,車(chē)站一般照明、區(qū)間工作照明、安全照明為二級(jí)負(fù)荷,廣告照明為三級(jí)負(fù)荷。

2.2 地鐵照明照度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB 50034—2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及 GB/T 16275—2008《城市軌道交通照明》的照度要求,地鐵的照明照度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按以下系列分級(jí)：1 lx,2 lx,3 lx,5 lx,10 lx,15 lx,20 lx,30 lx,50 lx,75 lx,100 lx,150 lx,200 lx,300 lx,500 lx,750 lx,1 000 lx,1 500 lx和2 000 lx(如表3所示[2])。

3 地鐵車(chē)站照明系統(tǒng)的能耗分析

3.1 照明系統(tǒng)照度實(shí)測(cè)試驗(yàn)案例

現(xiàn)以上海軌道交通9號(hào)線某站照明系統(tǒng)的照度測(cè)量為例進(jìn)行分析。試驗(yàn)儀器為 TES-1335照度計(jì)。站臺(tái)照明試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示,站臺(tái)面照度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表4所示,樓梯和自動(dòng)扶梯照度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表5所示。

通過(guò)表4、表5中的照度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知：站臺(tái)的平均照度為215.2 lx,超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求的照度200 lx;樓梯的平均照度為100.7 lx,自動(dòng)扶梯的平均照度為112.1 lx,都沒(méi)有達(dá)到照度標(biāo)準(zhǔn)150 lx,但已滿(mǎn)足乘客上下樓梯的需要。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),沿著屏蔽門(mén)(站臺(tái)側(cè))設(shè)置的一長(zhǎng)條燈帶照明效果不明顯(表4中序號(hào)1及11的照度值沒(méi)有明顯高于附近測(cè)點(diǎn),有些甚至還低于附近測(cè)點(diǎn))。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn),這條長(zhǎng)燈帶內(nèi)嵌在200 mm深的槽內(nèi),反光板涂料為亞光材料,燈帶對(duì)地面的照射較弱。資料顯示,該條長(zhǎng)燈帶的設(shè)計(jì)目的,是在無(wú)屏蔽門(mén)的車(chē)站,為了安全而增加該區(qū)域的照度,以避免乘客跌落站臺(tái)。但是,目前幾乎所有的新建站臺(tái)都安裝了屏蔽門(mén),舊式車(chē)站也在加裝屏蔽門(mén),因此保留該區(qū)域長(zhǎng)燈帶的照明是沒(méi)有必要的。

表3 我國(guó)地鐵車(chē)站照度標(biāo)準(zhǔn)

圖1 上海軌道交通9號(hào)線某站臺(tái)照明試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)(單位：mm)

表4 上海軌道交通9號(hào)線某站臺(tái)照度試驗(yàn)數(shù)據(jù) lx

表5 樓梯和自動(dòng)扶梯照度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù) lx

3.2 廣告照明負(fù)荷能耗分析

表1的動(dòng)力照明設(shè)計(jì)負(fù)荷顯示,廣告照明負(fù)荷占三級(jí)負(fù)荷的60%;表2顯示,降壓所和跟隨所的廣告照明負(fù)荷分別為92.6 kW和87.4 kW,已經(jīng)很接近一、二級(jí)照明系統(tǒng)負(fù)荷 114.4 kW和 109.6 kW?？梢?jiàn)廣告照明是地鐵車(chē)站照明系統(tǒng)的能耗大戶(hù)。廣州地鐵已經(jīng)對(duì)站臺(tái)的廣告照明進(jìn)行了一系列節(jié)能改造,效果明顯,每年可節(jié)約204.2萬(wàn)元[3]。通過(guò)對(duì)目前地鐵廣告燈箱的研究發(fā)現(xiàn),地鐵廣告燈箱的安裝設(shè)計(jì)是基于無(wú)屏蔽門(mén)的站臺(tái)設(shè)計(jì),主要的受眾是站臺(tái)候車(chē)乘客,燈箱廣告通過(guò)其優(yōu)美的畫(huà)面和明亮的色彩,達(dá)到其廣告訴求。但是,目前在各站臺(tái)設(shè)置屏蔽門(mén)后,受眾(乘客)已很少注意到屏蔽門(mén)內(nèi)廣告牌的內(nèi)容,故廣告效果已大打折扣。廣告商為了達(dá)到其目的,只有增加廣告色彩和燈箱的亮度,來(lái)吸引受眾,故能耗也就隨之增加。

另外,廣告燈箱設(shè)計(jì)與車(chē)站照明設(shè)計(jì)分離,車(chē)站設(shè)計(jì)中只是預(yù)留廣告燈箱位置和電氣控制,廣告燈箱的照明功能沒(méi)有利用起來(lái)。

3.3 浪費(fèi)情況嚴(yán)重

在上海軌道交通9號(hào)線現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的半年多時(shí)間內(nèi),發(fā)現(xiàn)一天運(yùn)營(yíng)結(jié)束后,幾乎所有的站臺(tái)、站廳依然燈火通明。在與站務(wù)員交流后得知：站臺(tái)照明在晚上11：40自動(dòng)關(guān)閉,但是在照明自動(dòng)關(guān)閉后馬上會(huì)人為打開(kāi),故一直保持長(zhǎng)明燈狀態(tài);站廳則基本不關(guān)閉照明。每個(gè)車(chē)站沒(méi)有安裝電表,實(shí)際耗電沒(méi)有監(jiān)控和記錄;只有銀行取款機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)等商業(yè)店鋪裝有電表,用于對(duì)外核算費(fèi)用。由于站臺(tái)的耗電沒(méi)有與職工的經(jīng)濟(jì)利益掛鉤,因此也就很少有工作人員主動(dòng)關(guān)閉照明設(shè)備以節(jié)約用電。

4 地鐵照明系統(tǒng)的節(jié)能對(duì)策

4.1 制定合理的照度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

制定合理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是節(jié)能的基礎(chǔ)。乘客上下地鐵站臺(tái)的擁擠程度高于站廳,扶梯和樓梯的擁擠程度又高于站臺(tái)。由表3可知,站廳照度標(biāo)準(zhǔn)(200 lx)高于樓梯和自動(dòng)扶梯照度標(biāo)準(zhǔn)(150 lx),顯然不合理。建議照度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該與人群的擁擠程度成一定比例。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì),乘客穿過(guò)站廳進(jìn)入站臺(tái)2～4 min后即乘車(chē)離開(kāi),站廳只是行走區(qū)域,沒(méi)有必要設(shè)置如此高的照度標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn),如果在地面達(dá)到100 lx的照度,在距離地面1 000 mm處乘客坐姿閱讀高度的照度將達(dá)到150～160 lx,完全可以滿(mǎn)足閱讀要求。所以,站臺(tái)中間處的照度標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100 lx即可,但在上下車(chē)門(mén)處的照度可加以提高。建議地鐵車(chē)站照度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表6所示。

表6 地鐵車(chē)站照度標(biāo)準(zhǔn)建議

4.2 改善燈具布局、采用節(jié)能燈具

地鐵車(chē)站是人員短時(shí)間逗留的公共場(chǎng)所,乘客完成一個(gè)乘車(chē)過(guò)程,從進(jìn)站、候車(chē)到上車(chē),在車(chē)站上僅耗時(shí)3～5 min,下車(chē)需要 3 min[4]。因此,在站臺(tái)兩側(cè)和車(chē)門(mén)處是燈具布置的重點(diǎn),站臺(tái)中間可適當(dāng)減弱;從人性化角度考慮,可在站臺(tái)中間座椅區(qū)域上部設(shè)立照明。

建議采用節(jié)能燈代替原熒光燈。取消原站臺(tái)一側(cè)屏蔽門(mén)上方116根36 W燈管的通長(zhǎng)照明(見(jiàn)圖2),只在車(chē)門(mén)開(kāi)啟位置的上方設(shè)置燈具(見(jiàn)圖3),并在沿著站臺(tái)兩側(cè)至樓梯的行走區(qū)域上方設(shè)置燈具。建議照明燈具的設(shè)計(jì)布局如圖3所示。

圖2 某車(chē)站原有燈具布局圖

圖3 某站改進(jìn)設(shè)計(jì)后燈具布局圖(建議)

經(jīng)計(jì)算,取消原屏蔽門(mén)上方通長(zhǎng)照明燈帶232根燈管,單此一項(xiàng)節(jié)約負(fù)荷約8.4 kW,一個(gè)站臺(tái)一年節(jié)約用電73 000 kWh。

4.3 廣告燈箱的新設(shè)計(jì)和輔助照明的應(yīng)用

取消站臺(tái)對(duì)面線路側(cè)的原廣告燈箱,將新的廣告燈箱沿地鐵站臺(tái)通長(zhǎng)方向設(shè)計(jì)在屏蔽門(mén)的上方,如圖4所示。該設(shè)計(jì)將燈箱的照明與站臺(tái)照明有效地結(jié)合,既增加了廣告效果,最大程度實(shí)現(xiàn)了廣告訴求,又節(jié)省了原有照明燈具的負(fù)荷,可謂一舉兩得(燈箱也可以考慮采用LED節(jié)能燈)。

圖4 站臺(tái)廣告燈箱位置變更示意圖

4.4 區(qū)間隧道、高架橋照明

目前地鐵隧道區(qū)間照明為每隔6 m設(shè)一盞燈,其目的是便于維修人員維修設(shè)備。在日常運(yùn)營(yíng)中,地鐵車(chē)輛配有遠(yuǎn)、近照燈,有效距離為200 m以上,司機(jī)可以根據(jù)車(chē)載照燈觀察前方線路和頂部的電網(wǎng)狀態(tài)。有關(guān)的地鐵運(yùn)營(yíng)管理規(guī)定“當(dāng)車(chē)輛前照燈故障后,司機(jī)即清客下線”,運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)度不會(huì)依據(jù)隧道區(qū)間照明情況而決定是否保持車(chē)輛運(yùn)營(yíng)。但考慮到隧道中若沒(méi)有任何燈光,會(huì)對(duì)地鐵司機(jī)造成一定的心里壓力,所以建議日常運(yùn)營(yíng)時(shí)采取大區(qū)間照明(采取每30～40 m開(kāi)一盞節(jié)能燈照明),關(guān)閉區(qū)間其他照明。線路和架網(wǎng)檢修時(shí)可分區(qū)段開(kāi)全照明。

地鐵高架線路上的示寬照明燈與司機(jī)基本處于同一個(gè)水平面,對(duì)司機(jī)有眩目的副作用,影響嘹望和開(kāi)車(chē),建議運(yùn)行期間關(guān)閉示寬照明。此外,高架線路無(wú)論在市區(qū)還是郊區(qū),都可以借助市政工程的照明進(jìn)行輔助照明。

4.5 制定節(jié)能管理制度、加強(qiáng)執(zhí)行力

制定節(jié)能管理規(guī)章制度,將節(jié)約用電與每個(gè)職工的利益聯(lián)系起來(lái)。表2中顯示每一個(gè)地下車(chē)站的照明負(fù)荷平均為404 kW。地鐵運(yùn)營(yíng)時(shí)間一般為每天5：30～ 23：00,除去線路維修等夜間作業(yè)時(shí)間,若每天節(jié)約4 h用電,每個(gè)地鐵站每年節(jié)約用電近600 000 kWh。按照上海工業(yè)用電單價(jià)0.631元/kWh計(jì)算,每站每年可節(jié)約電費(fèi)約為38萬(wàn)元。上海已開(kāi)通的11條地鐵線路照明節(jié)約用電將是非常可觀的。建議各車(chē)站設(shè)獨(dú)立電表,每年設(shè)用電計(jì)劃,節(jié)約可嘉獎(jiǎng),其節(jié)電效果將會(huì)十分明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

一個(gè)地鐵車(chē)站的照明系統(tǒng)能耗已達(dá)400 kW,這是一個(gè)易被忽視的能耗大戶(hù)。在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn),站臺(tái)照明設(shè)計(jì)過(guò)于考慮寬敞明亮而忽視了節(jié)能。應(yīng)制定一部節(jié)能的《地鐵照度標(biāo)準(zhǔn)》,并在工程實(shí)施中嚴(yán)格執(zhí)行。燈具總體布局應(yīng)偏向乘客擁擠區(qū)域,如樓梯、扶梯和進(jìn)出地鐵車(chē)門(mén)等區(qū)域;要科學(xué)有效地利用廣告照明系統(tǒng)作為車(chē)站的輔助照明;同時(shí)還要制定相應(yīng)的節(jié)能規(guī)章制度和獎(jiǎng)勵(lì)制度,以提升職工的節(jié)能意識(shí)和積極性。

[1] 游澤銀,蘇忠.地鐵動(dòng)力照明系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)運(yùn)營(yíng)成本的影響[J].都市快軌交通,2006,1(19)：52.

[2] 劉敏.地鐵變配電系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué),2006.

[3] 羅華.地鐵建設(shè)中的節(jié)能措施與細(xì)節(jié)優(yōu)化[J].山西建筑,2007,4(33)：248.

[4] GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].