地铁照明中的LED应用及综合能效分析

[摘要] 随着LED照明产品在各项工程中的快速应用，在对比分析LED照明灯具优缺点的基础上，对地铁等工程中使用LED照明灯具的范围及综合能效做了简要的分析研究 。

[关键词]地铁；LED；照明系统；综合能效

中图分类号：U231文献标识码： A

一、引言

近年来，随着国民经济的快速发展，我国国内汽车数量急剧增加，道路拥堵问题日益严重，为缓解这个问题，各大城市也都相继开发建设地下交通(比如地铁)。地铁常年在地下运行对照明灯具不仅要求节电、高亮度、长寿命，最重要的是还必须保证不间断照明。

目前，常用的白炽灯、日光灯、高压钠灯等都是由交流电网供电。为了确保地下不间断照明，通常要安装由蓄电池、整流器和逆变器等组成的应急照明电源，当电网正常供电时，交流电经整流器后变成直流电提供给蓄电池；当电网中断供电时，蓄电池则会通过逆变器把直流电变为交流电。这种不间断照明系统的成本很高，而且经多次变换，功耗也很大。

由直流电源供电的半导体照明灯(LED)要比白炽灯节电90%，在同等功率下LED比普通日光灯和高压钠灯的发光强度高40%以上，具体的LED灯具与传统灯具的功率对换可参考表1，而且LED灯的寿命可达l0万小时，显色指数可达80以上，远远高于高压钠灯。

表1LED灯具与传统灯具对换表

由于采用直流恒定电流供电，LED灯不可能出现频闪情况。

因此，地铁各车站采用LED灯不仅可节省大量电费和大量的铜缆，在确保照明质量的同时还可节省大量的维修费用。本文根据地铁照明系统的特点及LED灯的显著特性，对LED在地铁中的应用进行综合能效分析，总结LED灯在地铁中的可用性、实用性以及优劣性。

二、LED灯具的特性

LED是英文Light Emitting Diode(发光二极管)的缩写，是一种新型的用微弱电能就能发光的高效固体光源。LED最主要的优点是：环保、节能、寿命长、光效高、无辐射。

经数十年技术改良，LED有着诸多特点：首先其发光效率高，同等照明效果下，耗电量是白炽灯泡的八分之一，一般荧光灯管的二分之一。一个LED灯在理想情况下可以使用50年，而且没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，非正常报废率很小。在LED的寿命期内，LED一般都能稳定地工作，维护工作量较小，有较好的电气安全性能。LED具备瞬时启动、无频闪、光色纯、无重影的特点，在使用时不会对人眼产生伤害，而且LED显色性能良好，耐震、耐冲击性能都超过了目前所有其他类型的电光源产品。此外，LED产品灯体内不含汞等对人体有害物质及各类有害惰性气体如钠、卤族元素等，使用时不会有碳排放、光源没有紫外线辐射，是真正意义上的绿色环保产品。

三、LED应用于地铁的优劣分析

地铁车站通常分地下两层：站厅层和站台层，其相应的机电设备通常按车站两端(A 端和B 端) 布置。车站照明分：设备区照明、公共区工作照明、公共区节电照明、电缆夹层照明、导向标志照明；按负荷等级分：一级负荷、二级负荷、三级负荷。一级负荷主要有：事故照明、二类导向标志照明、三类导向标志照明、四类导向标志照明、公共区工作照明、节电照明；二级负荷主要是设备区域工作照明和一类导向标志照明；三级负荷主要有广告照明。事故照明电源室的进线电源引自变电所的两段低压母线，并且采用蓄电池作为备用电源。以一地铁车站内部照明配电为例，其照明配电系统 如图1 所示。

专家测算，虽然LED灯价格昂贵，相当于普通荧光灯的50倍，但节省的电费和维修成本差不多三年就能抵消改造成本，因此有望在全国地铁建设中进行大规模的推广。业内人士建议，地铁LED照明可以先在轨道交通新线推行，因为施工设计阶段就规定采用LED灯具，将比后期改造成本低得多。

以改造项目举例，在地铁站厅进行改造试验，将现有的232套荧光灯更换为

图1 地铁照明配电系统图

LED。1)采用LED灯具后，在灯具数量减少101套的情况下，照度仍达209Ix，远大于《地下铁道照明标准》规定的车站站厅照度不小于150Ix的规定，与原来的荧光灯相比，总功率下降12774W，节电率达76．5％。按车站照明每天开启17h计算，每年可节电79263kw，节约电费7万多元，预计2．6年就能收回投资。2)由于LED照明与原有的荧光灯相比使用寿命长了许多，因此减少了灯管与镇流器等电器件的消耗成本。3)无眩光、无频闪，使用将近一年来，未出现光衰。改善了公共场所的舒适度，提高了公共交通的安全性。不但能为地铁提供明亮舒适的环境，而且能体现地铁的整体形象，具有极大的品牌效应。4) LED使用寿命长，延长了换灯的时间，维护工作量小，综合使用成本远远低于普通的荧光灯，且 LED不含汞成分，对环境没有污染。因此，在地铁照明方面有很大的推广应用空间。

若地铁车站全部工作照明使用LED照明灯具，一个车站除去应急照明灯具，

表2LED与普通光源经济效益分析

大约有1000盏灯具，LED灯具价格按1500元计，普通双管荧光灯灯盘的价格按400元计。LED与普通光源经济效益分析可参照表2。LED照明灯在其运营寿命期内，供节约费用38240元。由此可见，将LED光源应用在地铁中是很有优势的，但是同时也是存在一定的问题：

１）优点。寿命长――理论值５万h ，光衰为初始的30% 。但其光源的寿命通常为３万 h ；节能――LED作为固体冷光源 ，其光效高 ，目前最高已超过100lm/W，预计最终可达到200lm/W ,甚至更高。目前使用的白炽灯，其光效约为8lm/W,一般荧光灯的光效约为60lm/W；环保――由于采用电致发光的原理 ，没有有害金属汞污染问题 ，废物可以回收 ，并且冷光源发热量较低 ；安全――LED使用低压电源 ，供电电压在6-24V之间 ，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所；响应时间短――白炽灯的响应时间为毫秒级 ，荧光灯的响应时间为秒级，而LED的响应时间为纳秒级，因此可以高频操作；闪烁――LED采用直流电源 ，恒流驱动 ，无频闪 ，长时间工作环境下眼睛没有疲劳感 。

２）存在问题 。①应用标准。目前国际上没有统一的照明LED产品性能方面的国际标准。我国也没有正式的照明LED产品的国家标准和行业标准 。②技术难题 。包括：封装及散热、单个LED功率低、电压波动对LED模块寿命的影响较大、光学系统问题、谐波等。 ③消防。目前LED灯具只有个别厂家与EPS厂家合作，整体去做消防认证，其他厂家甚少为之 。这对LED灯具在应急照明中的应用造成影响。④价格。经过初步了解，目前双管LED的灯盘价格大约1500元 左右，普通双管荧光灯灯盘的价格大约在300-400元左右 ，两者的价格1200元左右。一个标准地铁车站的灯具数量大概在1300盏左右，若所有照明采用LED灯具 ，一个车站灯具增加150万投资 。

四、结束语

LED照明产业目前属于新兴产业，国际与国内对LED照明灯具都没有一个统一的技术标准，其技术发展基本上还处于一种无序发展的状态，各厂家对LED照明灯具的技术要求还未形成统一，比如：电压、电流光通量、显色性、色温都未统一要求，甚至LED照明灯具的寿命也因产品制造工艺水平的不同而各有不同，各厂家根据自己的技术能力及合作方的能力，提出各自的技术参数。技术标准的不统一，对LED照明灯具的使用方造成困难，若使用方对技术参数要求高，可能是产品的费用成倍增长，造成投资效益比较低，甚至出现节能不节钱的情况；若使用方降低技术参数，可能导致低质产品的进入，造成设备的维护成本增加，也许会出现既不节能又不节钱的情况。

综合可见，将LED应用于地铁照明是可行的，关键是材质的选择及灯具的散热，解决好pn结点的温度问题，LED的流明维持率就越高。随着大功率、高亮度LED集成封装技术的研究成果不断涌现，价格也会不断下降，使白光LED 作为照明灯具而大量取代传统的白炽灯、荧光灯的时代很快就会到来。这将为我们节约宝贵资源、保护生活环境提供一条新思路。

参考文献

[1] 杨思甜. LED 照明在地铁节能工作中的应用[J]. 山西建筑，2010, 36（2）：185-186.

[2] 刘洪春. 新型LED 铁路隧道照明灯具性能和应用分析[J]. 中国照明电器，2012（2）.