地鐵智能照明系統的能耗分析及節能優化

楚春爽

中鐵第五勘察設計院集團有限公司電化通號設計研究院（軌道交通認證中心） 北京 102600

照明系統是地鐵工程建設中的重要組成部分，其不僅對于保證地鐵系統的正常安全運行具有較大的影響，而且也具有地鐵進行裝飾以及為乘客營造舒適便捷空間的作用。隨著智能化技術的逐步推廣應用，在地鐵照明系統中應開始廣泛采用智能化的照明控制技術。智能照明系統在地鐵工程中的應用雖然能夠有效降低地鐵運營能耗，但現階段仍存在一定的問題，影響了節能降耗效果。因此，在地鐵工程的建設中應注意總結智能照明系統應用經驗，對能耗問題進行全面的分析，以便采取科學的節能優化措施，進一步降低地鐵照明系統能耗，充分發揮智能照明系統的作用，從而為地鐵工程創造更大的經濟效益、社會效益以及環保效益。

1 地鐵智能化照明系統概述

圖1 某地鐵智能照明系統示意圖

地鐵智能照明系統也就是通過現場感應技術以及智能化電磁調壓等先進技術的應用來控制調節照明回路負荷，以促進照明系統功率因數的提高，從而達到節能降耗的目的[1]。現階段地鐵工程中的智能照明系統一般由系統電源、網絡設備、傳輸設備、各類感應裝置、開關控制裝置以及線纜等元器件共同構成。在地鐵智能照明系統中還需要配置ModBus模塊以及RS-232接口等，以實現數據信息以及控制指令的傳輸。地鐵智能照明系統能夠按照預設參數對地體內的各種燈具設備和照明回路進行智能化控制和調節，使照明燈具的開啟或者關閉、實際照度值能夠與地體系統內不同區域的光線明暗變化、客流變化、乘客集中分布區域以及各功能區的具體面積等相適應，實現對照明系統的智能化管理，從而在滿足地鐵系統在不同狀態下正常運行時對照明需求的基礎上，減少電力能源的消耗，避免能源浪費。不過，現階段的地鐵智能照明系統在節能降耗方面仍存在較大的優化改進空間，地鐵管理部門應高度重視智能照明系統的能耗問題，并采取有效的節能優化措施。

2 現階段智能化地鐵照明系統主要能耗及成因分析

隨著地鐵工程建設力度的不斷加大以及智能化控制技術的逐步成熟完善，智能照明系統在地鐵工程中的應用日益廣泛。與傳統地鐵照明系統相比，智能控制系統的節能效果已經取得了明顯的提高。但是受地鐵系統運行特點以及現階段智能照明控制應用經驗等因素的影響，其能耗問題仍不可忽視。

2.1 地鐵站臺及大廳需長時間保持照明

在地鐵系統的運行過程中，站廳等重點區域長時間保持充足的照明，即使采用了智能照明系統后，目前很多地鐵照明系統也未能真正實現對站臺區域照明設備的智能化控制，這使得此類區域的照明系統無法根據乘客的分布以及客流變化對照度進行智能化調節以及對相應照明設備的開啟/關閉控制，客觀上加大了地鐵智能照明系統的能耗，造成了電力能源的浪費。

2.2 地鐵內廣告燈箱等需按照客戶要求保持照明

現階段在很多地鐵工程中均設有廣告燈箱，其雖然是地鐵智能照明系統的組成部分，然而受客戶要求以及廣告效果需要等因素的影響，仍需要在長時間內保持在較高的照度下，以利用其絢爛的廣告畫面以及豐富的色彩來達到吸引人觀看的目，因此在客觀上導致地鐵智能照明系統的能耗增加。

2.3 智能照明系統的控制不夠精細

現階段在地鐵智能照明系統的控制方式和系統設置方面仍存在很多的問題，導致智能照明系統的節能降耗效果未能達到預期要求。在地鐵智能照明系統的實踐應用中，由于部分工作人員未能全面了解地鐵系統的運行特點，對地鐵車輛運行情況、客流變化以及照明設備的運行情況等相關數據信息沒有進行科學、深入的分析研究，在控制系統設置方面仍較為粗放，缺乏精確、詳細的參考數據，這導致智能照明系統在節能降耗方面的作用未能得到充分的發揮[2]。此外，目前地鐵工作人員對智能化控制技術的掌握尚不到位，節能意識也相對欠缺，這使得一些照明設備的場景設定或者預設參數設置不合理，也會在不同程度上影響地鐵智能照明系統的節能降耗效果。

3 地鐵智能照明系統節能優化措施分析

3.1 優化地鐵智能照明系統控制方法

在地鐵的照明系統中還應對智能控制方式加以優化，綜合應用現場面板控制方式、主控站控制方式、光感控制方式、聯動控制方式以及定時控制方式等控制方式。以適應地鐵不同區域和不同場景下的照明要求。其中主控站控制方式也就是通過主控站來自動監測地鐵內各區域的照明情況，并根據預設參數對各區域的照明設備和照度進行智能化控制調節。而光感控制方式則是利用照度傳感裝置來采取其監測范圍內的照度值，并在與預設參數進行對比后將光線較為區域的照明設備打開或將照度調亮。所謂定時控制方式則是利用時鐘控制器按照預設時間點將地鐵系統內指定區域的照明設備打開或者關閉。例如在完成夜間值班后，其能夠自動屏蔽照度感應裝置、關閉燈光，并保持應急照明繼續工作[3]。而聯動控制方式的設置可以使地鐵智能照明系統能夠根據票務、安防、消防等相關系統所提供的信息對照明設備進行調節控制，有利于在保證地鐵運行安全的基礎上降低照明系統能耗。此外，為適應地鐵運行的不同情況，在智能照明系統中也應保留現場面板控制方式，以便在特殊情況下由工作人員通過手動控制方式來調控地鐵照明系統。多元化控制方式的靈活應用對于優化地鐵智能照明系統、提高節能降耗效果具有十分重要的作用。

圖2 某地鐵智能照明系統控制方法示意圖

3.2 優化地鐵智能照明系統節能設置

地鐵智能照明系統要提高節能降耗效果，應合理確定與節能相關的設置。例如在設置系統的照明狀態時，應充分了解乘客流量在高峰期、正常運行期以及低峰期的變化情況，準確測算不同客流狀態下對照明的實際需要，在此基礎上對智能照明系統的相關參數進行優化，以提高照明的合理性以及節能效果。同時，還應根據地鐵不同區域的具體面積以及各種傳感器的有效覆蓋范圍來科學確定傳感器的設置點位和設置數量，以確保能夠對地鐵所有照明區域的數據信息進行全面的采集，為控制中心的智能化控制操作提供可靠的數據基礎，從而在保證地鐵系統照明需求的基礎上通過智能化控制技術來實現節能降耗目標。

3.3 優化地鐵智能照明系統預設參數

在地鐵智能照明系統的運行過程中，照度等各項預設參數設置的合理性對于地鐵照明系統所產生的實際能耗會產生較大的影響，因此應充分了解地鐵系統運行特點以及對照度的實際需要，優化參數設置，以提高節能降耗效果。工作人員應科學選擇照度基準，并結合地鐵內的人群分布特點、客流密度、地鐵各功能區域的實際面積等參數準確照度標準值計算，以確保照度值參數設定合理。

3.4 優化地鐵智能照明系統控制場景設定

由于地鐵照明系統的智能化控制需要通過場景設定來進行控制模式的轉換，因此為了提高地鐵智能照明系統的節能效果，應進一步優化其場景設定。在構建地鐵智能照明系統時，應積極利用各種先進傳感設備加強對地鐵在不同場景下的運行數據和對照明的實際需求，并應采用建模分析以及虛擬模擬等方式對相關場景設定參數進行模擬分析，以驗證各項參數設置的合理性，以便優化場景設定，為地鐵智能照明系統充分發揮其在節能降耗方面應有的作用創造良好的前提條件。同時，在地鐵智能照明系統中還應通過BAS等技術方法對加強對照明設備自動化監測控制，并使照明系統能夠在發生火災等突發情況時自動切換至相應的控制模式下，以保證乘客的生命財產安全，并在確保地鐵系統的穩定運行的基礎上降低照明系統能耗[4]。

3.5 優化地鐵智能照明系統燈具選擇

地鐵智能照明系統節能降耗目標的實現需要以節能型燈具設備的使用為基礎。地鐵照明系統應盡量采用效率較高、且具有較好節能效果的新型燈具設備，同時應選擇質量好、使用壽命較長的照明設備，以降低照明系統運行成本，減少對各類資源的消耗。目前在地鐵智能照明系統中已經較為廣泛的采用了LED燈具設備，其節能效果與傳統燈具相比具有明顯的優勢。而當地鐵車站等部分具備自然光照條件時，則應適當擴大太陽能燈的應用范圍。由于太陽能燈具在光照條件較好時能夠將太陽能轉化為電能為地鐵內部提高照明，并可以利用蓄電裝置來存儲電能，作為夜晚或者陰天時的補充能源，因此其節能降耗效果十分突出。另外，采用太陽能燈具還可以減少后期管理維護成本?，F階段在地鐵智能照明系統中太陽能燈具設備的應用范圍仍相對有限，需要相關工程技術人員、科研人員以及地鐵智能照明系統積極總結經驗，探索太陽能燈具在地鐵智能照明系統的應用途徑，以進一步提高地鐵智能照明系統的節能減排效果。

3.6 優化地鐵智能照明系統中的燈具配置

在地鐵智能照明系統中應對各照明燈具的配置方案進行優化。工作人員應詳細了解地鐵系統照明系統的運行特點，特別是應對地鐵站臺等能耗較高區域照明情況相關數據信息進行全面的收集和客觀的分析。通常乘客下車離站時間在3min左右，而其進站候車時間一般在3min到5min左右，所以在地鐵智能照明系統的設置中應將照明燈具重點布設在車門以及站臺兩側等區域，而在站臺中間部分的照明燈具數量可以適當減少，從而達到優化地鐵智能照明系統、降低能耗的目的。同時，照明燈具的布設位置應從人性化角度出發，盡量布置在站臺中間設有座椅的區域，以滿足乘客對照明的需求。

為降低地鐵智能照明系統的能耗，應注意優化其控制參數。根據對地鐵智能照明系統應用經驗的總結發現，燈光分配比例應采用3：6：1的方式，也就是將燈光的30%作為地鐵基礎照明使用，并需要通過編程控制方式來實現定時照明。而燈光中的60%應作為適應性照明使用，其應能夠按照預設場景進行智能化控制。剩余的10%燈光則應作為應急照明使用，其是確保地鐵運行安全的照明，應保持24h照明，以滿足在發生突發情況的照明需要。

3.7 地鐵廣告燈箱智能照明控制

為降低地鐵內廣告燈箱的能耗，提高地鐵智能照明系統的節能效果，應對廣告燈箱照明設計進行優化。在地鐵車站內應盡量選擇屏蔽門上方等位置來設置廣告燈箱，將燈箱照明作為站臺照明系統的一部分，這樣既能夠滿足廣告燈箱在廣告訴求和廣告效果等方面的要求，也能夠作為輔助照明設備，在一定程度上降低地鐵智能照明系統的能耗。同時，地鐵車站應將站臺對面線路側所設置的廣告燈箱取消，從而達到節能降耗的目的。

3.8 優化地鐵隧道區間智能照明系統控制

地鐵隧道區間對照明的要求較高，也是智能照明系統產生能耗的重要環節。因此為提高地鐵智能照明系統的節能降耗效果，應合理確定地鐵隧道區間燈的燈具數量。一般應將隧道區間內各照明燈具之間的距離設定在12m，從而達到減少燈具數量的目的。且照明燈具數量的減少也能夠在客觀上降低地鐵智能照明系統的管理維護成本。同時，由于地鐵車輛上均配置有遠近照燈設備，其能夠有效覆蓋200m左右的范圍，因此應充分利用車載燈具來提高隧道內的照明，以降低能耗。

3.9 優化地鐵智能照明系統配電房布局

為降低地鐵智能照明系統的線損以及減少對電纜等資源的浪費，應科學布局地鐵的電纜豎井以及電控室等配電設備用房的位置，盡量縮短用電設備和配電設備之間的間距，以縮短配電線纜的鋪設長度，減少對電纜材料的消耗。根據對現階段地鐵智能照明系統能耗情況的分析總結，在地鐵車站每層站廳的兩端設置照明系統的配電室，以及選擇在電纜鋪設較為密集區域的附近設置電纜井能夠有效降低照明系統的能耗。同時，在敷設照明系統線纜時，應合理選擇電纜材質，科學確定其截面面積，優化電纜布局結構，以達到控制線損的目的，從而減少電力能源的損耗，實現節能降耗目標。

4 總結

在地鐵工程建設中應全面分析地鐵照明系統在不同區域、不同時間段的實際照明需求，準確掌握現有智能照明系統的主要能耗問題，并采取有針對性的節能優化措施，改進智能照明系統的設計方案和控制方式，科學確定各項控制參數，以實現對地鐵照明系統的精準智能控制，從而降低智能化地鐵照明系統在運行過程中所產生的能耗，減少對電力資源的浪費，推動我國地鐵建設事業向綠色低碳環保方向升級轉型。