莊金迅,張九紅,劉圓圓

(1.遼寧科技大學(xué)建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,鞍山 114051;2.沈陽(yáng)建筑大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院,沈陽(yáng) 110168)

能源是人類(lèi)賴(lài)以生存的基礎(chǔ),是社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。然而,我們?nèi)祟?lèi)所擁有的能源,尤其是煤、石油、天然氣等常規(guī)能源是非常有限的,對(duì)礦物能源無(wú)節(jié)制地消耗,造成了今天的能源短缺,同時(shí),這類(lèi)能源的消耗又會(huì)使環(huán)境問(wèn)題進(jìn)一步惡化。我國(guó)已在《節(jié)能減排綜合性工作方案》中提出了實(shí)施節(jié)能減排的目標(biāo)任務(wù)和總體要求。

地鐵是城市公用設(shè)施中最大耗電系統(tǒng),解決地鐵節(jié)電問(wèn)題是目前國(guó)際上正在大力實(shí)施的一個(gè)課題。隨著我國(guó)各大城市地鐵建設(shè)高潮的興起,城市地鐵站的數(shù)量不斷增加,規(guī)模和內(nèi)部環(huán)境不斷提高,致使我國(guó)地鐵系統(tǒng)的能耗也在不斷增大。

目前,我國(guó)的照明用電量大約為總發(fā)電量的 10%～15%,各照明系統(tǒng)中還存在大量低效率的光源、燈具等設(shè)備和低效的照明控制方式,因此我國(guó)的照明節(jié)能存在較大的空間。城市地下鐵道車(chē)站照明系統(tǒng)由于工作時(shí)間長(zhǎng)(白天也需要人工照明),因此能耗大,致使地鐵站照明節(jié)能意義重大。地鐵站的照明設(shè)計(jì)可以從以下幾方面著手研究,在保證照明質(zhì)量,為客乘和地鐵工作人員提供舒適、健康的光環(huán)境的同時(shí),實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能。

1 照明設(shè)備的選擇

1.1 光源的選擇

不同的光源,發(fā)光效率相差很大,同種光源的發(fā)光效率還與單燈的光通量有關(guān),光通量越大發(fā)光效率越高。實(shí)際應(yīng)用中,在綜合考慮光效、光色、顯色性、平均壽命、頻閃效應(yīng)等特性的基礎(chǔ)上盡量選擇高光效的光源。

根據(jù)不同光源的特性以及地鐵照明的設(shè)計(jì)原則,站廳、站臺(tái)、辦公空間、控制室以及凈高在 4.5m以下的通道等空間的一般照明宜選用 T8或 T5直管熒光燈、緊湊型熒光燈。直管熒光燈應(yīng)以色溫在4000K左右的為主,因?yàn)檫@樣的光源品種多,光質(zhì)較好,最接近室外白天的自然狀態(tài),因而也最有助于消除地下空間壓抑、閉塞的感覺(jué)。對(duì)于凈高較大的空間可以選用單燈功率不太大的金屬鹵化物燈。地鐵站內(nèi)的導(dǎo)向照明和應(yīng)急照明可以選用光效更高的 LED光源。

1.2 燈具的選擇

燈具的節(jié)能主要體現(xiàn)在控制和分配光線(xiàn)的擴(kuò)散程度上,燈具的光學(xué)特性有 3個(gè)主要技術(shù)參數(shù),分別是配光曲線(xiàn)、燈具效率、燈具遮光角。用于地鐵站照明的燈具,除其電氣安全性能、耐熱性能等符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外,配光曲線(xiàn)和遮光角符合空間的照明特征,燈具效率要盡可能高。在具體選用時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)在出入口、站臺(tái)、站廳等公共空間中最好選用帶格柵的嵌入式帶罩燈盤(pán)為主,因?yàn)槲覈?guó)的地鐵地下車(chē)站的凈空高度不太大。為了避免燈具過(guò)于單調(diào),可在嵌入式照明的基礎(chǔ)上增設(shè)其他照明。

(2)為了加強(qiáng)站內(nèi)的藝術(shù)氛圍,可以在墻壁、柱壁上布置一些裝飾性燈具。

(3)鎮(zhèn)流器的選擇。鎮(zhèn)流器作為熒光燈必不可少的搭檔,有電子鎮(zhèn)流器和電感鎮(zhèn)流器可供選擇。從節(jié)能和舒適安全方面考慮,應(yīng)優(yōu)先選用電子鎮(zhèn)流器,在不宜使用電子鎮(zhèn)流器時(shí),可使用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。

(4)選用燈具時(shí)應(yīng)考慮到日后的維護(hù)方便。

1.3 控制系統(tǒng)的選擇

由于地下鐵道系統(tǒng)空間構(gòu)成復(fù)雜、照明種類(lèi)多樣,所以對(duì)地鐵照明的控制不能采用一種形式,而應(yīng)該采用傳統(tǒng)手動(dòng)控制和現(xiàn)代智能控制相結(jié)合。車(chē)站的辦公空間、管理用房照明采用手動(dòng)就地控制。管理人員不常停留的空間如各種泵房,用智能開(kāi)關(guān)控制以利節(jié)電。

節(jié)能意義最大的是對(duì)公共空間照明的控制。地下鐵道的站臺(tái)、站廳、出入口、過(guò)道等公共空間中照明的控制,以智能控制為主,手動(dòng)控制相結(jié)合。為了方便控制,在照明配電設(shè)計(jì)時(shí),燈具可分步投入,分組控制,這樣便于根據(jù)需要投入一部分或全部的燈光。

對(duì)公共空間照明的智能控制,可以根據(jù)不同時(shí)間段的乘客量,分為客流高峰期、非客流高峰期和列車(chē)停運(yùn)后 3種狀態(tài),通過(guò)時(shí)鐘控制器來(lái)預(yù)設(shè)時(shí)間表,在 3個(gè)時(shí)間段里自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同的控制模式。當(dāng)自動(dòng)控制出現(xiàn)故障或者需要手動(dòng)控制時(shí),可以關(guān)掉自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。

2 照明標(biāo)準(zhǔn)的確定

2.1 照度標(biāo)準(zhǔn)

地下鐵道照度的確定要在滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提下,既要考慮使用者的視覺(jué)舒適性又要考慮節(jié)約能源的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)城市的數(shù)個(gè)地鐵站的照度實(shí)地測(cè)量和對(duì)廣大乘客的問(wèn)卷調(diào)查,筆者提出如下觀點(diǎn):地下鐵道每天的運(yùn)營(yíng)時(shí)間很長(zhǎng),由于每天都存在幾乎固定的幾個(gè)客流高峰期,為了安全,在客流高峰期時(shí)整個(gè)地下車(chē)站的公共空間必須有較高的照度,而在非客流高峰期可以降低照度標(biāo)準(zhǔn)。也就是地鐵地下車(chē)站公共場(chǎng)所照明的照度標(biāo)準(zhǔn),可以在一天中針對(duì)客流高峰期、非客流高峰期和列車(chē)停運(yùn)后 3個(gè)階段,采用 3個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn),非客流高峰期的照度可降到客流高峰期時(shí)的1/2～2/3,列車(chē)停運(yùn)后公共場(chǎng)所的值班照明,其照度值可降到客流高峰期時(shí)的 10%,或者由應(yīng)急照明提供值班照明。

2.2 照度均勻度的控制

照度均勻度是影響照明質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,也影響著照明能耗。正常照明的照度均勻度應(yīng)按最低照度與平均照度之比確定,《地下鐵道照明標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 16275—1996)中建議其數(shù)值不宜低于 0.7。

對(duì)于照明標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)照度均勻度的規(guī)定,同濟(jì)大學(xué)楊公俠教授認(rèn)為:絕大部分的照明規(guī)范對(duì)各種類(lèi)型空間,只根據(jù)其中進(jìn)行的個(gè)別活動(dòng)來(lái)確定設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的最低照度水平,規(guī)定照度均勻度,會(huì)造成能源浪費(fèi)。

筆者認(rèn)為在城市地鐵車(chē)站內(nèi)的一些公共空間如站廳、站臺(tái)、過(guò)道等,對(duì)照度均勻度可以降低要求,原因分析如下。

(1)乘客在地下車(chē)站停留的時(shí)間是短暫的,一般是匆匆而過(guò)或是暫停候車(chē),至多偶爾地看一會(huì)書(shū)報(bào),因此照度不均勻也不會(huì)對(duì)乘客的視力造成影響。

(2)不均勻的照度有利于照明節(jié)能,因?yàn)樵谡九_(tái)靠近軌道的邊緣處,出于安全的需要,應(yīng)該用較高的照度,在遠(yuǎn)離邊緣的地方設(shè)計(jì)較低的照度完全能夠滿(mǎn)足乘客候車(chē)、簡(jiǎn)單閱讀和行走的需要又能達(dá)到節(jié)能的目的。

(3)不均勻的照明有利于打破地鐵地下車(chē)站內(nèi)呆板的空間環(huán)境,創(chuàng)造活躍氣氛,讓人感覺(jué)放松、愉悅。

對(duì)于地鐵車(chē)站內(nèi)的工作空間如售票室、辦公室、控制室等應(yīng)該按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的均勻度進(jìn)行照明設(shè)計(jì),因?yàn)樵谶@些空間中,工作人員的工作時(shí)間長(zhǎng)而且需要進(jìn)行讀寫(xiě)等工作。如果照度均勻度差就會(huì)影響他們的視力和心情,從而影響工作效率。

2.3 照明功率密度

照明功率密度(LPD)是指單位面積上的照明安裝功率(包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器),單位為 W/m2,它是一個(gè)限制照明能耗的指標(biāo),也是照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中唯一的強(qiáng)制性條款。LPD的大小主要決定于被照空間的照度大小和所用的光源與燈具的效率,在照度一定時(shí),所用光源與燈具的效率越高,LPD就越小。因此,規(guī)定LPD限值,將促使照明設(shè)計(jì)中必須全面考慮和顧及照度水平、照明質(zhì)量和照明能效,促進(jìn)在設(shè)計(jì)中提高照明設(shè)計(jì)水平,推廣應(yīng)用更高效的光源、燈具整流器等照明設(shè)備?！督ㄖ彰髟O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2004)對(duì)大多數(shù)類(lèi)型的建筑,都給出了照明功率密度值。新的標(biāo)準(zhǔn)卻未將地下鐵道車(chē)站作為其中的一類(lèi)建筑給出 LPD值,以往的相關(guān)規(guī)范根本沒(méi)有 LPD這一標(biāo)準(zhǔn)。因此,為了加強(qiáng)對(duì)地下鐵道車(chē)站照明能耗的控制,可以參考相關(guān)空間的照明功率密度值,以便指導(dǎo)設(shè)計(jì)者在做好舒適光環(huán)境的同時(shí),做好照明節(jié)能工作。

由于被照空間的 LPD值與其照度有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,所以根據(jù)地下鐵道車(chē)站各空間的照度標(biāo)準(zhǔn),可以在新標(biāo)準(zhǔn)中查找相同或相近房間的 LPD值,從而可得地下鐵道車(chē)站照明可以參考的功率密度值,見(jiàn)表1。

表1 城市地下鐵道站照明功率密度值

需要說(shuō)明的是地鐵站內(nèi)的站臺(tái)、站廳、過(guò)道等空間還設(shè)有廣告照明,廣告照明不應(yīng)計(jì)入LPD,但是卻可以提高該空間的照度 10%～20%,因此,有廣告照明的空間里,其LPD應(yīng)該比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的還要降低 10%～20%。

3 加強(qiáng)維護(hù)和管理

在照明系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,必須進(jìn)行科學(xué)合理的維護(hù)與管理,才能達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。我們知道燈具在使用過(guò)程中由于積灰、老化等因素的影響會(huì)致使照度降低,如果照明系統(tǒng)得不到及時(shí)維護(hù),由于積灰太多可能會(huì)使照度低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。為了避免這種情況,首先應(yīng)該定期清掃燈具上的灰塵;其次可以提高初始照度。后者會(huì)增加電能的消耗,造成能源浪費(fèi)。另外,在使用過(guò)程中,需要對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查,以確保系統(tǒng)的所有設(shè)備尤其是自動(dòng)控制設(shè)備能夠正常運(yùn)行。因此,地下地鐵車(chē)站的照明,其初始照度要適當(dāng),后期的維護(hù)和管理必須加強(qiáng),才能保證照明系統(tǒng)的正常工作,同時(shí)有效控制其能耗。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于城市地下鐵道車(chē)站的照明設(shè)計(jì),在達(dá)到光環(huán)境適用和舒適的前提下,重點(diǎn)關(guān)注照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。以直接照明為主,間接照明為點(diǎn)綴;通過(guò)確定合理的照明標(biāo)準(zhǔn),必要時(shí)可以突破現(xiàn)有的地鐵照明標(biāo)準(zhǔn)的限制,適當(dāng)參考新的建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照明能耗的控制;通過(guò)選擇節(jié)能型光源和燈具等設(shè)備;加強(qiáng)照明系統(tǒng)的維護(hù)和管理,相信這些措施有助于實(shí)現(xiàn)城市地鐵站照明的節(jié)能目標(biāo)。

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