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铁路客站绿色照明及LED应用研究

2015-1-22 11:47:34      点击:
根据《中长期铁路网规划》,到2015年我国将建1000余座铁路客站,建设绿色铁路客站是当务之急,高效节能的铁路客站绿色照明设计可提高铁路运输的服务质量、提升站房建筑的美观性,是实现照明节能、打造绿色客站的关键。本文通过对近年建成的各类铁路站房的照明设计、维护管理的实地调研和站房各空间照明数据的实测,对站房照明存在的问题进行了梳理总结,提出了影响照明质量和节能的典型因素,并对各影响因素进行模拟分析。调研了目前各类光源在铁路站房的应用情况,针对LED光源的特点,提出铁路站房采用LED替代传统光源的可行性和推荐适用场所。试图通过对站房照明现状的调研总结分析,找出问题的实质并加以改善,不断提高铁路站房照明设计质量,为今后铁路客站绿色照明设计提供参考。
 
1站房照明现状调研分析
 
根据《铁路旅客车站建筑设计规范GB50226-2007》的规定,客站站房规模分为四种:特大型、大型、中型、小型。本次调研就每种规模分别选取了2~3座典型站房,在夜间时段(19:00~22:00),按照《照明测量方法GBT5700-2008》的要求,进行各项照明指标的测量。实测了各站房空间的地面平均照度(lx)、照度均匀度、显色指数(Ra)、功率密度(W/m2)等数据,对各空间天花高度、布灯方式、布灯间距、光源、功率及照明设施完好性进行了调研分析。调研发现,不同类型车站的基本照明情况类似,为了说明问题,本文以京沪高铁的一座中型站为例进行分析,实测的车站各空间的照明数据见表1。
表1 车站各空间的照明情况
Table 1 Lighting situation for each space station
车站各空间的照明情况
从表1可见,进站厅入口挑檐、二层候车厅和普通站台等空间的各项参数均达标,其他空间存在个别参数不达标的情况。分析实测数据不达标的情况,主要有以下几方面的原因:
     一是受开关灯控制、维修情况等客观因素影响,造成照度、照度均匀度不达标,如:一层候车室、进站厅区域部分灯具关闭或已损坏。
     二是功率密度较低照度不达标场所,往往是所选择的灯具总功率偏小或灯间距过大(3.6×6m)所致,如:出站通道;
    三是功率密度过高照度不达标场所,主要是采购的灯具效率过低或维护不到位造成的,如:售票厅。
    四是光源类型的不合理导致显色指数明显偏低,如:出站通道使用了光源不达标的荧光灯;五是灯具配光选择不合适,即使平均照度满足标准,照度均匀度仍表现很差的结果,如:基本站台。
通过上述分析,排除灯具损坏、未全部开灯等原因,我们认为灯具光源的选择是否正确、布置方式合适与否对最终的照明效果影响重大,为了更直观了解影响照明效果的因素[4],本文借助Dialux软件[5]进行模拟验证,分析了建筑材料反射率、灯具的配光和布灯方式三个因素对照明效果和照明节能的影响。
 
2 影响照明效果的因素分析
 
2.1建筑材料反射率的影响
 
在该项影响因素的模拟中,空间尺寸设定为:L*W* H(长*宽*高)=50*50*21(米),,布灯方式均采用单灯均匀排列,将地面、天花、墙壁设置不同的反射率组合,模拟计算地面处的照度见表2。
表2 不同材料发射率的模拟计算结果
Table 2 Simulation result of different materials reflectivity

各表面反射率

平均照度(lx

最小照度(Lx

照度均匀度

功率密度W/m2

地面:0.28;天花:0.8;墙壁:0.52

170

102

0.602

3.3

地面:0.28;天花:0.8;墙壁:0.89

208

150

0.718

3.3

地面:0.4;天花:0.8;墙壁:0.52

180

112

0.623

3.3

地面:0.28;天花:0.8;墙壁:0.89

232

168

0.725

3.3


从表2可见,建筑材料表面反射率的不同,会对照明效果产生较大的影响,同等照明功率和方案条件下,各表面的反射系数越高,室内空间的照度值越大。此对比表明,在照明设计中应充分调研使用场所各表面的反射率,并在选择照明灯具、功率时重点考虑此因素。另外也说明,提高室内建筑材料表面的反射率也是照明节能的一个有效措施。
 
2.2 灯具配光角的影响
 
模拟验证中我们选择同一品牌同一系列的不同配光角的灯具,包括14度、30度、62.8度共三类,建筑材料表面的反射率为:地面0.4、顶棚0.8、墙壁0.7,采用均匀布灯方式,计算地面处的照度和照度均匀度。模拟计算了两种空间尺度,分别为L*W* H(长*宽*高)=50*50*21(米)和L*W* H(长*宽*高)=50*50*8(米),模拟结果见表3。
表3 不同配光角灯具的模拟计算结果
Table 3 Simulation result of different angle distribution

空间尺度(单位:米)

配光角度

平均照度(lx

最小照度(Lx

照度均匀度

功率密度W/m2

W*L*H=50*50*21

14

203

138

0.678

4.68

30

203

128

0.634

5.59

62.8

203

125

0.616

6.56

W*L*H=50*50*8

14

202

73

0.363

4.61

30

201

137

0.681

5.68

62.8

201

123

0.613

5.61


从表3可见,在实现相同平均照度的基础上,高空间采用窄配光角灯具,功率密度最低,且可达到较好的均匀度。低空间则需要采用中或宽配光角的灯具,才可实现较好的照度均匀度。根据空间高度和照度要求,选择合适的配光角的灯具是合理设计的重要环节。选取合适配光曲线的灯具,也可以有效降低照明功率密度,实现照明节能的目的。
 
2.3布灯方式的影响
 
该项模拟计算的空间尺寸为:L*W* H(长*宽*高)=50*50*21(米),材料反射率分别为:地面0.4,顶棚0.8,墙壁0.7,选择Iguzzini MM97Reflex Easy,42.7WLED筒灯,吸顶安装,设定其维护系数为0.8,计算不同布灯方式下(见图1),地面的照度和照度均匀度见表4。
图1布灯方式示意图
Fig. 1 Sketch of arrangement of lamp
布灯方式 
 
表4 灯具不同组合方式下的模拟计算结果
Table 4 Simulation result of different lamp arrangement

布灯方式

平均照度/lx

最小照度/lx

照度均匀度

功率密度/(W/m2)

单灯布置

201

140

0.696

3.27

两灯组合布置

202

137

0.676

3.27

四灯组合布置

203

149

0.733

3.27


根据以上计算结果,在使用下射筒灯的情况下,在距高比一致、照明功率、灯具总量相同的前提下,通过选择合适的配光曲线的灯具,不同布灯组合形式对照度影响不大,差别基本在5%以内。在具体设计时,应综合考虑空间高度、天花形式和维修马道等各种因素,合理选择灯具间距,进行灯具组合排布。
 
3 LED在站房照明的应用分析
 
站房照明中光源的选择应结合光效、色温、显色指数、光源寿命和价格等因素确定,选择光效高的光源和灯具有利于节能。在售票厅、候车厅等需要较高辨识度的场所,应选择显色指数高的光源,铁路站房的高空间场所,维修困难,宜选择寿命长的光源。根据调研结果,目前站房照明应用较多的光源主要有金卤灯、荧光灯等,部分站房景观照明采用了LED光源。其中,金卤灯的启动时间比较长,且紫外线含量高,适用于需要长亮的高空间场所,荧光灯价格便宜,适用于空间高度小于7m的空间。随着LED技术的逐渐成熟,LED灯在铁路照明中的应用也越来越广泛,LED具有体积小、寿命长、光效高、热量低、调光方便等优点。在铁路站房的应用中,可针对LED这些特殊的优势对传统光源进行替换使用。LED在铁路站房中适用的场所见表5。
表5 LED优点及应用场所对应表
Table 5 Table of LED advantage and apply area

优点

对应场所

体积小,易隐藏

对环境的舒适度、美观性要求高的场所,如:贵宾休息室、小型候车室

光效高

可替代紧凑型荧光筒灯应用于低空间场所,如:售票室、低空间候车室

寿命长

可替代小功率金卤灯应用于维护检修困难的场所,如:站台雨棚、进出站通道等

调光方便

适用于需要多种模式控制的场所或需根据自然采光情况调节照明光强的场所。如进站大厅、候车大厅、站台等区域,在夜间灯具输出功率保持在100%,在天气晴好的白天,可将灯具输出功率调低。


LED高效节能、绿色环保、寿命长,在调查中已有部分铁路客站开始尝试使用。但由于目前LED灯具价格相对较高,各灯具品牌的质量参差不齐难以控制采购灯具的质量,没有完善的LED验收标准等原因,在站房照明中还没有大面积使用,目前主要用于显示屏、导向标志灯箱和广告灯箱等。随着LED技术的不断成熟、价格下降及相关规范标准的出台,LED灯具的应用比例会逐渐上升。在应用的过程中,建设、设计和施工单位应建立完善的核查措施,对灯具的光学效果和安规等方面进行质量把关。
 
4结论
 
本文通过对目前我国铁路站房的照明现状实地调研,分析提出了影响照明效果和节能的因素及改进措施,研究提出了新型LED光源的在铁路客站照明中应用的方法和前景,为站房绿色照明设计提供了切实可行的指导意见。实现铁路客站绿色照明除设计优质高效的照明方案、采用绿色节能光源外,还应考虑安全环保、智能控制等多方面的因素,同时与照明运营管理密切相关。