穆广友 李晓龙 尹力明 黄海界,3

(1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院,200092,上海;2.上海轨道交通设备发展有限公司,200233,上海;3.上海阿尔斯通交通设备有限公司,200245,上海∥第一作者,工程师、在职硕士生)

1 我国地铁能耗概况

2009年12月,国务院又批复了22个城市的地铁建设规划,总投资达8 820亿元。到2010年,中国城市轨道交通线路数量将达到 55条、里程达1 500 km;至2016年我国将新建城市轨道交通线路89条,总建设里程为2 500 km。地铁建设如此快速,使得地铁能耗问题日益突出,地铁系统节能工作也变得更加必要和紧迫。

1.1 地铁系统的能耗特点

尽管地铁较其他城市交通方式具有耗能低的优点,但庞大的地铁系统仍然使其跻身于城市能耗大户行列。资料显示,深圳地铁1号线运营1年耗电1亿kWh以上,运营的电费占可变成本的36%左右,为地铁运营成本的第3位。上海轨道交通1号线2008年度委托运营管理合同中的相关数据表明,2008年上海轨道交通1号线总费用为29 558万元,其中电费成本高达11 885万元,占总成本的40.2%。

1.2 地铁车站系统的能耗分布

地铁运营的主要能耗为用电负荷。根据目前运营线路的能耗统计数据分析,车辆用电占总用电的50%～60%;车站、基地用电占总用电的40%～50%。车站内动力、照明、通风空调系统占车站用电量的90%以上。以上海城市轨道交通9号线的车站为例：某车站的动力照明设计负荷如表1所示;对上海轨道交通9号线7个地下车站(宜山路站至中春路站)降压所和跟随所的照明负荷统计结果如表2所示。

表1 某车站的动力照明设计负荷

表2 上海轨道交通9号线7个地下车站降压所和跟随所照明负荷表

近年来随着科技的进步和节能管理的加强,许多设备都采用节能控制模式。比如空调和通风系统,只在满足一定温度和空气质量的条件下才开始工作。地铁自动扶梯大部分已经采用节能控制方式,在没有乘客踏上电梯时电梯以理论耗能12.5%的状态工作[1]。表2显示,照明系统虽然只占整个车站平均设备负荷的14.2%～16.1%,但每个车站照明总负荷已经达到197 kW和207 kW,并且其具有长期持续运行的特点。由于设计规范的限制和运营管理不到位,使当前的车站照明系统能源浪费较为严重。

2 地铁车站照明系统的技术要求

2.1 地铁车站照明系统分类

地铁照明分为：车站一般照明,车站应急照明,区间工作照明,区间应急照明,广告照明,以及安全照明。其中应急照明为一级负荷,车站一般照明、区间工作照明、安全照明为二级负荷,广告照明为三级负荷。

2.2 地铁照明照度设计标准

根据GB 50034—2004《建筑照明设计标准》、GB 50016—2006《建筑设计防火规范》及 GB/T 16275—2008《城市轨道交通照明》的照度要求,地铁的照明照度标准值应按以下系列分级：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 地铁车站照明系统的能耗分析

3.1 照明系统照度实测试验案例

现以上海轨道交通9号线某站照明系统的照度测量为例进行分析。试验仪器为 TES-1335照度计。站台照明试验测点布置如图1所示,站台面照度实测数据如表4所示,楼梯和自动扶梯照度实测数据如表5所示。

通过表4、表5中的照度实测数据可知：站台的平均照度为215.2 lx,超过了标准要求的照度200 lx;楼梯的平均照度为100.7 lx,自动扶梯的平均照度为112.1 lx,都没有达到照度标准150 lx,但已满足乘客上下楼梯的需要。试验中发现,沿着屏蔽门(站台侧)设置的一长条灯带照明效果不明显(表4中序号1及11的照度值没有明显高于附近测点,有些甚至还低于附近测点)。通过观察发现,这条长灯带内嵌在200 mm深的槽内,反光板涂料为亚光材料,灯带对地面的照射较弱。资料显示,该条长灯带的设计目的,是在无屏蔽门的车站,为了安全而增加该区域的照度,以避免乘客跌落站台。但是,目前几乎所有的新建站台都安装了屏蔽门,旧式车站也在加装屏蔽门,因此保留该区域长灯带的照明是没有必要的。

表3 我国地铁车站照度标准

图1 上海轨道交通9号线某站台照明试验测点(单位：mm)

表4 上海轨道交通9号线某站台照度试验数据 lx

表5 楼梯和自动扶梯照度实测数据 lx

3.2 广告照明负荷能耗分析

表1的动力照明设计负荷显示,广告照明负荷占三级负荷的60%;表2显示,降压所和跟随所的广告照明负荷分别为92.6 kW和87.4 kW,已经很接近一、二级照明系统负荷 114.4 kW和 109.6 kW。可见广告照明是地铁车站照明系统的能耗大户。广州地铁已经对站台的广告照明进行了一系列节能改造,效果明显,每年可节约204.2万元[3]。通过对目前地铁广告灯箱的研究发现,地铁广告灯箱的安装设计是基于无屏蔽门的站台设计,主要的受众是站台候车乘客,灯箱广告通过其优美的画面和明亮的色彩,达到其广告诉求。但是,目前在各站台设置屏蔽门后,受众(乘客)已很少注意到屏蔽门内广告牌的内容,故广告效果已大打折扣。广告商为了达到其目的,只有增加广告色彩和灯箱的亮度,来吸引受众,故能耗也就随之增加。

另外,广告灯箱设计与车站照明设计分离,车站设计中只是预留广告灯箱位置和电气控制,广告灯箱的照明功能没有利用起来。

3.3 浪费情况严重

在上海轨道交通9号线现场调研的半年多时间内,发现一天运营结束后,几乎所有的站台、站厅依然灯火通明。在与站务员交流后得知：站台照明在晚上11：40自动关闭,但是在照明自动关闭后马上会人为打开,故一直保持长明灯状态;站厅则基本不关闭照明。每个车站没有安装电表,实际耗电没有监控和记录;只有银行取款机、自动售货机等商业店铺装有电表,用于对外核算费用。由于站台的耗电没有与职工的经济利益挂钩,因此也就很少有工作人员主动关闭照明设备以节约用电。

4 地铁照明系统的节能对策

4.1 制定合理的照度设计标准

制定合理的设计标准是节能的基础。乘客上下地铁站台的拥挤程度高于站厅,扶梯和楼梯的拥挤程度又高于站台。由表3可知,站厅照度标准(200 lx)高于楼梯和自动扶梯照度标准(150 lx),显然不合理。建议照度的设计标准应该与人群的拥挤程度成一定比例。通过现场统计,乘客穿过站厅进入站台2～4 min后即乘车离开,站厅只是行走区域,没有必要设置如此高的照度标准。

通过对比试验,如果在地面达到100 lx的照度,在距离地面1 000 mm处乘客坐姿阅读高度的照度将达到150～160 lx,完全可以满足阅读要求。所以,站台中间处的照度标准达到100 lx即可,但在上下车门处的照度可加以提高。建议地铁车站照度设计标准如表6所示。

表6 地铁车站照度标准建议

4.2 改善灯具布局、采用节能灯具

地铁车站是人员短时间逗留的公共场所,乘客完成一个乘车过程,从进站、候车到上车,在车站上仅耗时3～5 min,下车需要 3 min[4]。因此,在站台两侧和车门处是灯具布置的重点,站台中间可适当减弱;从人性化角度考虑,可在站台中间座椅区域上部设立照明。

建议采用节能灯代替原荧光灯。取消原站台一侧屏蔽门上方116根36 W灯管的通长照明(见图2),只在车门开启位置的上方设置灯具(见图3),并在沿着站台两侧至楼梯的行走区域上方设置灯具。建议照明灯具的设计布局如图3所示。

图2 某车站原有灯具布局图

图3 某站改进设计后灯具布局图(建议)

经计算,取消原屏蔽门上方通长照明灯带232根灯管,单此一项节约负荷约8.4 kW,一个站台一年节约用电73 000 kWh。

4.3 广告灯箱的新设计和辅助照明的应用

取消站台对面线路侧的原广告灯箱,将新的广告灯箱沿地铁站台通长方向设计在屏蔽门的上方,如图4所示。该设计将灯箱的照明与站台照明有效地结合,既增加了广告效果,最大程度实现了广告诉求,又节省了原有照明灯具的负荷,可谓一举两得(灯箱也可以考虑采用LED节能灯)。

图4 站台广告灯箱位置变更示意图

4.4 区间隧道、高架桥照明

目前地铁隧道区间照明为每隔6 m设一盏灯,其目的是便于维修人员维修设备。在日常运营中,地铁车辆配有远、近照灯,有效距离为200 m以上,司机可以根据车载照灯观察前方线路和顶部的电网状态。有关的地铁运营管理规定“当车辆前照灯故障后,司机即清客下线”,运转调度不会依据隧道区间照明情况而决定是否保持车辆运营。但考虑到隧道中若没有任何灯光,会对地铁司机造成一定的心里压力,所以建议日常运营时采取大区间照明(采取每30～40 m开一盏节能灯照明),关闭区间其他照明。线路和架网检修时可分区段开全照明。

地铁高架线路上的示宽照明灯与司机基本处于同一个水平面,对司机有眩目的副作用,影响嘹望和开车,建议运行期间关闭示宽照明。此外,高架线路无论在市区还是郊区,都可以借助市政工程的照明进行辅助照明。

4.5 制定节能管理制度、加强执行力

制定节能管理规章制度,将节约用电与每个职工的利益联系起来。表2中显示每一个地下车站的照明负荷平均为404 kW。地铁运营时间一般为每天5：30～ 23：00,除去线路维修等夜间作业时间,若每天节约4 h用电,每个地铁站每年节约用电近600 000 kWh。按照上海工业用电单价0.631元/kWh计算,每站每年可节约电费约为38万元。上海已开通的11条地铁线路照明节约用电将是非常可观的。建议各车站设独立电表,每年设用电计划,节约可嘉奖,其节电效果将会十分明显。

5 结语

一个地铁车站的照明系统能耗已达400 kW,这是一个易被忽视的能耗大户。在实际测试中发现,站台照明设计过于考虑宽敞明亮而忽视了节能。应制定一部节能的《地铁照度标准》,并在工程实施中严格执行。灯具总体布局应偏向乘客拥挤区域,如楼梯、扶梯和进出地铁车门等区域;要科学有效地利用广告照明系统作为车站的辅助照明;同时还要制定相应的节能规章制度和奖励制度,以提升职工的节能意识和积极性。

[1] 游泽银,苏忠.地铁动力照明系统负荷对运营成本的影响[J].都市快轨交通,2006,1(19)：52.

[2] 刘敏.地铁变配电系统的工程设计研究[D].长沙：湖南大学,2006.

[3] 罗华.地铁建设中的节能措施与细节优化[J].山西建筑,2007,4(33)：248.

[4] GB 50157—2003地铁设计规范[S].