前言

　　城市軌道交通車站是人員密集度十分高的場所，人員的流動性也很大。特別是在地下車站，照明燈具是正常照明的唯一來源。因此，穩(wěn)定、可靠的照明是保證車站內乘客安全和舒適的必要條件，也是保障列車能夠正常、有序、安全運行的前提條件。

　　綠色照明是指通過科學的照明設計，采用光效高、壽命長、安全且性能穩(wěn)定的照明產品，來改善和提高人們的工作、學習和生活，從而創(chuàng)造一個高效、舒適、安全、經濟、有益的環(huán)境并充分體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明。

　　目前，北京市城市軌道交通普遍采用傳統(tǒng)照明，傳統(tǒng)照明在實際應用中存在著諸多不足之處。為了積極響應低碳環(huán)保的理念并結合北京城市軌道交通自身的特點，北京軌道交通對車站進行了用LED照明燈具代替現(xiàn)有類型燈具的改造試驗。LED的應用既能滿足綠色環(huán)保的要求，又能很好地解決目前照明燈具所存在的問題。

　　1、北京城市軌道交通照明的現(xiàn)狀

　　北京城市軌道交通車站目前采用的照明燈具類型有熒光燈、金屬鹵化物燈和高壓鈉燈等。燈具種類繁多、功率較大，既不方便采購和維修，又不節(jié)能環(huán)保。而且，這幾種照明燈具的壽命基本都低于10000h，有的甚至低于5000h。目前在用燈具的工作電壓基本都來源于市電交流220V，由于城市軌道交通內部照明配電的比較特殊，配電電壓普遍偏高，致使燈具容易損壞，使用周期大大縮短。以下是目前在用照明燈具所存在的問題。

　　(1)熒光燈。顯色性偏低，由于功率因素偏低，所以耗能較大。

　　(2)金屬鹵化物燈。發(fā)光效率高、顯色性能好且壽命長，但是點燃時間長，不易應用于應急照明光源。

　　(3)高壓鈉燈。發(fā)光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優(yōu)點，但是鈉燈的照明持續(xù)性存在缺陷。

　　由于城市軌道交通車站結構的特殊性，地下車站及區(qū)間的結構為全封閉式，車站照明燈具的需求量較大且照明時間較長；地上車站及區(qū)間的結構基本為半敞開式，所以，車站照明燈具受環(huán)境因素的影響較大。車站內粉塵較多且部分照明燈具長期暴露在外，嚴重影響了光源的發(fā)光效率和壽命周期?？偟膩碚f，這些普通光源在節(jié)能環(huán)保和維修費用等方面存在著較大的問題。

　　2、LED照明特點

　　LED即發(fā)光二極管，是一種可以將電能轉化為光能的電子器件，其核心部分是PN結，它除了具有正向導通，反向截止、擊穿特性外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性，但光僅在靠近PN結處產生。

　　2.1 LED照明的優(yōu)勢

　　LED照明相對于傳統(tǒng)照明有著絕對的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在8個方面。

　　(1)電壓：LED使用低壓電源。單顆電壓在1.9～4V之間，比使用高壓電源更安全。

　　(2)抗振性：LED是固態(tài)光源。由于它的特殊性，具有其他光源產品不能比擬的抗振性。

　　(3)壽命：長達5萬h及以上。

　　(4)穩(wěn)定性：受環(huán)境溫度影響相對較小。

　　(5)響應時間：LED照明的響應時間為納秒級，是目前所有光源中響應時間最快的產品。

　　(6)節(jié)能環(huán)保：LED比傳統(tǒng)燈具節(jié)能60%～80%以上，且不含金屬汞等對身體有害物質。

　　(7)顏色：LED的帶寬窄，發(fā)光顏色純，因此，LED的色彩比其他光源的色彩豐富得多，能夠更準確地反應物體的真實性。

　　(8)效能：LED發(fā)光功率轉換接近98%以上，所以，光效高。經過實驗，最高光效已達161lm/W，是目前光效最高的照明產品。

　　LED照明燈具的電源采用的是低壓直流電源，所以，LED照明燈具配套AC/DC轉換且恒流驅動的電源，這樣就可以有效地防止由于電壓偏高而造成的燈具損壞，從而提高燈具的使用壽命。LED照明響應時間很短，能夠滿足應急照明的要求并且光效較高，使其在相同照度標準下，功率耗費最小，能夠達到節(jié)能減排的效果。由于LED被完全封裝在環(huán)氧樹脂里面并由無毒的材料做成，所以非常環(huán)保、耐用。

　　2.2 LED照明的不足之處

　　近年來，LED的發(fā)光效率正在逐步提高，已接近熒光燈的水平，并在繼續(xù)增長中。但在照明應用及普及方面仍存在一些技術性問題。

　　(1)LED采用的是冷發(fā)光技術，其發(fā)出的光與自然光有一定的差距。白熾燈具有非常強的黃色光成分，給人一種溫暖的感覺。而LED發(fā)出的白光帶有藍色光成分，使人們的視覺不很自然。

　　(2)LED燈具散熱存在著問題。隨著功率的增加，其散熱問題顯得越來越突出，大量實際應用表明，LED不能加大輸入功率的基本原因是由于LED在工作過程中會放出大量的熱，使管芯結溫迅速上升，熱阻變大。輸入功率越高，發(fā)熱效應越大。溫度的升高將導致器件性能衰減，非輻射復合增加，器件的漏電流增加，半導體材料缺陷增長，封裝用環(huán)氧樹脂黃化等等，嚴重影響LED的光電參數(shù)，嚴重影響到了LED的壽命。

　　(3)LED價格較高。這是影響LED照明普及的主要原因。但是，近年來由于晶片技術的不斷改良，制造成本不斷下降，正朝著高效率、低成本的方向發(fā)展，這為LED在照明領域的應用提供了有利條件。

　　3、LED在軌道交通中的應用及影響

　　城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展要求“嚴控成本、低耗環(huán)?！薄榻ㄔO現(xiàn)代化的軌道交通，把節(jié)能降耗作為提高整體網絡化運營管理能力和設備設施運行、維修實施精細化管理的重要手段，從而促進首都交通全面協(xié)調可持續(xù)發(fā)展。

　　按照城市軌道交通行業(yè)的規(guī)劃要求，加強能源管理，主要從技術節(jié)能和管理節(jié)能2個方面提高能源的利用效率、降低能源的消耗水平、制止能源浪費。

　　目前，LED照明在北京城市軌道交通的部分車站的試驗應用主要體現(xiàn)在技術節(jié)能方面，通過車站的試驗應用來收集相關的技術數(shù)據(jù)，驗證LED照明的實用性和經濟性，為LED照明在軌道交通內的廣泛應用提供有力的實踐基礎。

　　經過現(xiàn)場試驗，所收集的相關技術數(shù)據(jù)主要體現(xiàn)在固定點的照明照度值、照明設備功率、運行時間、功率因數(shù)和耗能等方面，表1、表2為目前所收集到的熒光燈和LED照明的基本參數(shù)及耗能、照度的對比情況。

表1熒光燈與LED照明耗能及參數(shù)對比

表2熒光燈與LED照明的照度對比

　　通過對這些數(shù)據(jù)的綜合對比可見，不論從耗能方面還是照度方面，LED照明均比熒光燈照明具有一定的優(yōu)勢。

　　3.1 耗能數(shù)據(jù)分析

　　在相同運行電壓和時間下，所選用的LED照明的功率比熒光燈的功率減小了一半，而LED照明的功率因素也要比熒光燈高出約0.2之多。由于功率的減小，其運行電流也相應減小，電纜及元器件的發(fā)熱量也會減少，這樣不但可以降低能耗，還能延長設備的壽命。

　　根據(jù)能耗計算公式

　　電能A=總功率P×時間T

　　及總功率P=光源總功率P1+配件總功率P2，對熒光燈照明和LED照明分別計算。

　　(1)采用熒光燈照明時，計量電能值為2102kW.h，計量時間為600h，通過公式A=PT，可得：總功率P約為3500W。

　　其中單體光源功率為40W，光源數(shù)量為80個，通過公式光源總功率=單體光源功率×數(shù)量，可得：光源總功率P1為3200W。

　　根據(jù)P=P1+P2計算可得：其他配件的總功率P2約為300W。

　　(2)采用LED照明時，計量電能值為966kW.h，計量時間為600h，通過公式A=PT，可得：總功率P約為1610W。

　　其中單體光源功率為20W，光源數(shù)量為80個，通過公式光源總功率=單體光源功率×數(shù)量，可得：光源總功率P1為1600W。

　　根據(jù)P=P1+P2計算可得：其他配件的總功率P2約為10W。

　　可見，采用LED照明不但可以使用低功率的光源，而且其配件的功率也相應減小，所以，無論是光源還是配件的耗能都大大減小。

　　3.2 照度數(shù)據(jù)分析

　　我們分別選擇了6個測試分布點，測試照度。通過對照度測試值的比較，LED燈具正下方測試點的照度要明顯高出不少，而燈具間測試點的照度值就明顯提升不多，其主要原因是由于LED燈具散熱的遮擋。由于試驗車站的燈具分布比較密集，所以，整體照度值都比采用熒光燈的照度值要高。由此可知，如果燈具間隔分布較大的話，其照度值勢必會有所降低，嚴重的話，還會出現(xiàn)明顯的陰影區(qū)域。所以，在采用LED照明之前，需要根據(jù)燈具的安裝高度和照射角度，經過精密的計算，掌握好LED燈具的照射面積，合理制定燈具的分布情況，這樣就會避免此類情況的發(fā)生。

　　4、結束語

　　傳統(tǒng)的火力發(fā)電在能源危機和溫室效應的影響下，優(yōu)勢逐步降低。新興的LED產業(yè)由于具有節(jié)能環(huán)保的特性，正在逐漸滲透各個行業(yè)中。當前，LED的普及主要是受到了資金的限制，主要表現(xiàn)在前期投資較大且維保費用較高。但從長遠的角度來看，由于維保周期較長，總體支出費用相對較少。因此，既要滿足城市軌道交通行業(yè)規(guī)定的照度標準又要滿足節(jié)能環(huán)保，LED照明取代常規(guī)普通照明成了必然的途徑。