地铁智能照明系统的能耗分析及节能优化

楚春爽

中铁第五勘察设计院集团有限公司电化通号设计研究院（轨道交通认证中心） 北京 102600

照明系统是地铁工程建设中的重要组成部分，其不仅对于保证地铁系统的正常安全运行具有较大的影响，而且也具有地铁进行装饰以及为乘客营造舒适便捷空间的作用。随着智能化技术的逐步推广应用，在地铁照明系统中应开始广泛采用智能化的照明控制技术。智能照明系统在地铁工程中的应用虽然能够有效降低地铁运营能耗，但现阶段仍存在一定的问题，影响了节能降耗效果。因此，在地铁工程的建设中应注意总结智能照明系统应用经验，对能耗问题进行全面的分析，以便采取科学的节能优化措施，进一步降低地铁照明系统能耗，充分发挥智能照明系统的作用，从而为地铁工程创造更大的经济效益、社会效益以及环保效益。

1 地铁智能化照明系统概述

图1 某地铁智能照明系统示意图

地铁智能照明系统也就是通过现场感应技术以及智能化电磁调压等先进技术的应用来控制调节照明回路负荷，以促进照明系统功率因数的提高，从而达到节能降耗的目的[1]。现阶段地铁工程中的智能照明系统一般由系统电源、网络设备、传输设备、各类感应装置、开关控制装置以及线缆等元器件共同构成。在地铁智能照明系统中还需要配置ModBus模块以及RS-232接口等，以实现数据信息以及控制指令的传输。地铁智能照明系统能够按照预设参数对地体内的各种灯具设备和照明回路进行智能化控制和调节，使照明灯具的开启或者关闭、实际照度值能够与地体系统内不同区域的光线明暗变化、客流变化、乘客集中分布区域以及各功能区的具体面积等相适应，实现对照明系统的智能化管理，从而在满足地铁系统在不同状态下正常运行时对照明需求的基础上，减少电力能源的消耗，避免能源浪费。不过，现阶段的地铁智能照明系统在节能降耗方面仍存在较大的优化改进空间，地铁管理部门应高度重视智能照明系统的能耗问题，并采取有效的节能优化措施。

2 现阶段智能化地铁照明系统主要能耗及成因分析

随着地铁工程建设力度的不断加大以及智能化控制技术的逐步成熟完善，智能照明系统在地铁工程中的应用日益广泛。与传统地铁照明系统相比，智能控制系统的节能效果已经取得了明显的提高。但是受地铁系统运行特点以及现阶段智能照明控制应用经验等因素的影响，其能耗问题仍不可忽视。

2.1 地铁站台及大厅需长时间保持照明

在地铁系统的运行过程中，站厅等重点区域长时间保持充足的照明，即使采用了智能照明系统后，目前很多地铁照明系统也未能真正实现对站台区域照明设备的智能化控制，这使得此类区域的照明系统无法根据乘客的分布以及客流变化对照度进行智能化调节以及对相应照明设备的开启/关闭控制，客观上加大了地铁智能照明系统的能耗，造成了电力能源的浪费。

2.2 地铁内广告灯箱等需按照客户要求保持照明

现阶段在很多地铁工程中均设有广告灯箱，其虽然是地铁智能照明系统的组成部分，然而受客户要求以及广告效果需要等因素的影响，仍需要在长时间内保持在较高的照度下，以利用其绚烂的广告画面以及丰富的色彩来达到吸引人观看的目，因此在客观上导致地铁智能照明系统的能耗增加。

2.3 智能照明系统的控制不够精细

现阶段在地铁智能照明系统的控制方式和系统设置方面仍存在很多的问题，导致智能照明系统的节能降耗效果未能达到预期要求。在地铁智能照明系统的实践应用中，由于部分工作人员未能全面了解地铁系统的运行特点，对地铁车辆运行情况、客流变化以及照明设备的运行情况等相关数据信息没有进行科学、深入的分析研究，在控制系统设置方面仍较为粗放，缺乏精确、详细的参考数据，这导致智能照明系统在节能降耗方面的作用未能得到充分的发挥[2]。此外，目前地铁工作人员对智能化控制技术的掌握尚不到位，节能意识也相对欠缺，这使得一些照明设备的场景设定或者预设参数设置不合理，也会在不同程度上影响地铁智能照明系统的节能降耗效果。

3 地铁智能照明系统节能优化措施分析

3.1 优化地铁智能照明系统控制方法

在地铁的照明系统中还应对智能控制方式加以优化，综合应用现场面板控制方式、主控站控制方式、光感控制方式、联动控制方式以及定时控制方式等控制方式。以适应地铁不同区域和不同场景下的照明要求。其中主控站控制方式也就是通过主控站来自动监测地铁内各区域的照明情况，并根据预设参数对各区域的照明设备和照度进行智能化控制调节。而光感控制方式则是利用照度传感装置来采取其监测范围内的照度值，并在与预设参数进行对比后将光线较为区域的照明设备打开或将照度调亮。所谓定时控制方式则是利用时钟控制器按照预设时间点将地铁系统内指定区域的照明设备打开或者关闭。例如在完成夜间值班后，其能够自动屏蔽照度感应装置、关闭灯光，并保持应急照明继续工作[3]。而联动控制方式的设置可以使地铁智能照明系统能够根据票务、安防、消防等相关系统所提供的信息对照明设备进行调节控制，有利于在保证地铁运行安全的基础上降低照明系统能耗。此外，为适应地铁运行的不同情况，在智能照明系统中也应保留现场面板控制方式，以便在特殊情况下由工作人员通过手动控制方式来调控地铁照明系统。多元化控制方式的灵活应用对于优化地铁智能照明系统、提高节能降耗效果具有十分重要的作用。

图2 某地铁智能照明系统控制方法示意图

3.2 优化地铁智能照明系统节能设置

地铁智能照明系统要提高节能降耗效果，应合理确定与节能相关的设置。例如在设置系统的照明状态时，应充分了解乘客流量在高峰期、正常运行期以及低峰期的变化情况，准确测算不同客流状态下对照明的实际需要，在此基础上对智能照明系统的相关参数进行优化，以提高照明的合理性以及节能效果。同时，还应根据地铁不同区域的具体面积以及各种传感器的有效覆盖范围来科学确定传感器的设置点位和设置数量，以确保能够对地铁所有照明区域的数据信息进行全面的采集，为控制中心的智能化控制操作提供可靠的数据基础，从而在保证地铁系统照明需求的基础上通过智能化控制技术来实现节能降耗目标。

3.3 优化地铁智能照明系统预设参数

在地铁智能照明系统的运行过程中，照度等各项预设参数设置的合理性对于地铁照明系统所产生的实际能耗会产生较大的影响，因此应充分了解地铁系统运行特点以及对照度的实际需要，优化参数设置，以提高节能降耗效果。工作人员应科学选择照度基准，并结合地铁内的人群分布特点、客流密度、地铁各功能区域的实际面积等参数准确照度标准值计算，以确保照度值参数设定合理。

3.4 优化地铁智能照明系统控制场景设定

由于地铁照明系统的智能化控制需要通过场景设定来进行控制模式的转换，因此为了提高地铁智能照明系统的节能效果，应进一步优化其场景设定。在构建地铁智能照明系统时，应积极利用各种先进传感设备加强对地铁在不同场景下的运行数据和对照明的实际需求，并应采用建模分析以及虚拟模拟等方式对相关场景设定参数进行模拟分析，以验证各项参数设置的合理性，以便优化场景设定，为地铁智能照明系统充分发挥其在节能降耗方面应有的作用创造良好的前提条件。同时，在地铁智能照明系统中还应通过BAS等技术方法对加强对照明设备自动化监测控制，并使照明系统能够在发生火灾等突发情况时自动切换至相应的控制模式下，以保证乘客的生命财产安全，并在确保地铁系统的稳定运行的基础上降低照明系统能耗[4]。

3.5 优化地铁智能照明系统灯具选择

地铁智能照明系统节能降耗目标的实现需要以节能型灯具设备的使用为基础。地铁照明系统应尽量采用效率较高、且具有较好节能效果的新型灯具设备，同时应选择质量好、使用寿命较长的照明设备，以降低照明系统运行成本，减少对各类资源的消耗。目前在地铁智能照明系统中已经较为广泛的采用了LED灯具设备，其节能效果与传统灯具相比具有明显的优势。而当地铁车站等部分具备自然光照条件时，则应适当扩大太阳能灯的应用范围。由于太阳能灯具在光照条件较好时能够将太阳能转化为电能为地铁内部提高照明，并可以利用蓄电装置来存储电能，作为夜晚或者阴天时的补充能源，因此其节能降耗效果十分突出。另外，采用太阳能灯具还可以减少后期管理维护成本。现阶段在地铁智能照明系统中太阳能灯具设备的应用范围仍相对有限，需要相关工程技术人员、科研人员以及地铁智能照明系统积极总结经验，探索太阳能灯具在地铁智能照明系统的应用途径，以进一步提高地铁智能照明系统的节能减排效果。

3.6 优化地铁智能照明系统中的灯具配置

在地铁智能照明系统中应对各照明灯具的配置方案进行优化。工作人员应详细了解地铁系统照明系统的运行特点，特别是应对地铁站台等能耗较高区域照明情况相关数据信息进行全面的收集和客观的分析。通常乘客下车离站时间在3min左右，而其进站候车时间一般在3min到5min左右，所以在地铁智能照明系统的设置中应将照明灯具重点布设在车门以及站台两侧等区域，而在站台中间部分的照明灯具数量可以适当减少，从而达到优化地铁智能照明系统、降低能耗的目的。同时，照明灯具的布设位置应从人性化角度出发，尽量布置在站台中间设有座椅的区域，以满足乘客对照明的需求。

为降低地铁智能照明系统的能耗，应注意优化其控制参数。根据对地铁智能照明系统应用经验的总结发现，灯光分配比例应采用3：6：1的方式，也就是将灯光的30%作为地铁基础照明使用，并需要通过编程控制方式来实现定时照明。而灯光中的60%应作为适应性照明使用，其应能够按照预设场景进行智能化控制。剩余的10%灯光则应作为应急照明使用，其是确保地铁运行安全的照明，应保持24h照明，以满足在发生突发情况的照明需要。

3.7 地铁广告灯箱智能照明控制

为降低地铁内广告灯箱的能耗，提高地铁智能照明系统的节能效果，应对广告灯箱照明设计进行优化。在地铁车站内应尽量选择屏蔽门上方等位置来设置广告灯箱，将灯箱照明作为站台照明系统的一部分，这样既能够满足广告灯箱在广告诉求和广告效果等方面的要求，也能够作为辅助照明设备，在一定程度上降低地铁智能照明系统的能耗。同时，地铁车站应将站台对面线路侧所设置的广告灯箱取消，从而达到节能降耗的目的。

3.8 优化地铁隧道区间智能照明系统控制

地铁隧道区间对照明的要求较高，也是智能照明系统产生能耗的重要环节。因此为提高地铁智能照明系统的节能降耗效果，应合理确定地铁隧道区间灯的灯具数量。一般应将隧道区间内各照明灯具之间的距离设定在12m，从而达到减少灯具数量的目的。且照明灯具数量的减少也能够在客观上降低地铁智能照明系统的管理维护成本。同时，由于地铁车辆上均配置有远近照灯设备，其能够有效覆盖200m左右的范围，因此应充分利用车载灯具来提高隧道内的照明，以降低能耗。

3.9 优化地铁智能照明系统配电房布局

为降低地铁智能照明系统的线损以及减少对电缆等资源的浪费，应科学布局地铁的电缆竖井以及电控室等配电设备用房的位置，尽量缩短用电设备和配电设备之间的间距，以缩短配电线缆的铺设长度，减少对电缆材料的消耗。根据对现阶段地铁智能照明系统能耗情况的分析总结，在地铁车站每层站厅的两端设置照明系统的配电室，以及选择在电缆铺设较为密集区域的附近设置电缆井能够有效降低照明系统的能耗。同时，在敷设照明系统线缆时，应合理选择电缆材质，科学确定其截面面积，优化电缆布局结构，以达到控制线损的目的，从而减少电力能源的损耗，实现节能降耗目标。

4 总结

在地铁工程建设中应全面分析地铁照明系统在不同区域、不同时间段的实际照明需求，准确掌握现有智能照明系统的主要能耗问题，并采取有针对性的节能优化措施，改进智能照明系统的设计方案和控制方式，科学确定各项控制参数，以实现对地铁照明系统的精准智能控制，从而降低智能化地铁照明系统在运行过程中所产生的能耗，减少对电力资源的浪费，推动我国地铁建设事业向绿色低碳环保方向升级转型。