轨道交通照明系统中的 LED照明应用

轨道交通照明系统中的 LED照明应用

李京

身份证号：132404198205151318

摘要：按照轨道交通车站公共区域照明的环境及功能要求，我们对采用LED灯具进入车站照明领域进行了摸索，做了大量跟踪测试研究工作，制定了相关的标准和要求，对LED灯具的技术指标作了规定，在照明系统的配电和控制设计方案上体现出采用LED光源的特点，为轨道交通车站大面积应用LED绿色照明奠定了基础。

关键词：轨道交通；LED照明；应用

引言：

城市轨道交通车站是人员密集度十分高的场所，人员的流动性也很大。特别是在地下车站，照明灯具是正常照明的唯一来源。因此，稳定、可靠的照明是保证车站内乘客安全和舒适的必要条件，也是保障列车能够正常、有序、安全运行的前提条件。绿色照明是指通过科学的照明设计，采用光效高、寿命长、安全且性能稳定的照明产品，来改善和提高人们的工作、学习和生活，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

1、LED光源应用背景

城市轨道交通车站的照明种类可分为：正常照明、应急照明、值班照明和过渡照明。车站公共区域照明要求简洁、美观并满足照度要求，照明灯具也需符合车站的整体建筑风格并方便维护。随着上海轨道交通网络化建设的不断发展，车站照明系统的设计也不断趋于完善，先后制定了光源、灯具、效率、功率密度值、控制方式等技术指标和标准，设计方案在已建成的轨道交通车站均达到了预计的效果。目前，正在实施的轨道交通工程建设中，从优化轨道交通照明设计理念出发，结合国家节能减排的指导方针，需要对轨道交通车站公共区照明设计进行技术创新，研究发光二极管（LED）光源在轨道交通车站中的应用。

2、城市轨道交通照明的现状

城市轨道交通车站目前采用的照明灯具类型有荧光灯、金属卤化物灯和高压钠灯等。灯具种类繁多、功率较大，既不方便采购和维修，又不节能环保。而且，这几种照明灯具的寿命基本都低于10000h，有的甚至低于5000h。目前在用灯具的工作电压基本都来源于市电交流220V，由于城市轨道交通内部照明配电的比较特殊，配电电压普遍偏高，致使灯具容易损坏，使用周期大大缩短。以下是目前在用照明灯具所存在的问题。1）荧光灯。显色性偏低，由于功率因素偏低，所以耗能较大。2）金属卤化物灯。发光效率高、显色性能好且寿命长，但是点燃时间长，不宜应用于应急照明光源。3）高压钠灯。发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点，但是钠灯的照明持续性存在缺陷。由于城市轨道交通车站结构的特殊性，地下车站及区间的结构为全封闭式，车站照明灯具的需求量较大且照明时间较长；地上车站及区间的结构基本为半敞开式，所以，车站照明灯具受环境因素的影响较大。车站内粉尘较多且部分照明灯具长期暴露在外，严重影响了光源的发光效率和寿命周期。总的来说，这些普通光源在节能环保和维修费用等方面存在着较大的问题。

3、轨道交通车站照明应用

轨道交通车站建筑的照明系统设计不但要满足正常照明的功能需求，还要在安全、可靠的基础上对光源、灯具及控制模式方面实施照明节能。一般的设计方案中，轨道交通车站公共区的照明都以线性直管荧光灯为主，个别区域补充节能型筒灯点光源。为了达到车站站台层有较好的视觉效果，一般沿两侧站台门前设置照明光带（由单管荧光灯顺序连接组成），且每天至少开启18h的照明，使得车站公共区域照明的用电量相对较大。为此，若将车站公共区包括站台门前的照明光源采用高效低耗的LED绿色光源，可有效降低照明能耗，对节能减排具有重要的意义。LED光源是一种固态半导体发光器件。LED的内在结构特征决定了它将成为未来最理想的节能型光源：1）环保。LED是一种固态半导体器件，可以直接把电能转换成光能，且光谱中基本不含红外线、紫外线等，不会产生热量与辐射，是真正意义上的绿色照明光源。2）寿命长。LED芯片的理论寿命可达5万h以上。3）单颗体积小。LED易组合开发成点、线、面多种形式的应用产品。4）定向性好。LED灯具系统光效高，比荧光灯灯具拥有更高的光利用率。5）易于调光。基于LED器件的工作原理，通过减少LED灯具的输入功率，在不减少总体均匀度的前提下，降低灯具的光通量，达到节能的目的，同时调光也不会影响其寿命和光效。6）光源的显色性和色温与荧光灯相当。结合以上LED的特性可见，选用优质的大功率白光LED，完全可以在城市轨道交通车站公共区域照明中替代传统的荧光灯光源。据了解，国内一些较大的轨道交通工程中已有LED光源的应用，

4、技术分析

国家科技部已将“半导体照明产业化技术开发”课题列为“十一五”国家科技攻关计划的重大项目之一，其中上海、大连、南昌、厦门已成为国家4大半导体照明基地。通过国家科技攻关计划等的支持，我国已经形成从外延片生产、芯片制备、器件封装、集成应用等一系列产业链，国内的一些大型照明系统厂商也趁势通过并购或合作将海外先进的技术引入国内。目前，全国从事LED光源及照明系统生产的规模化企业超过400家以上，产品封装在国际市场上已占有相当大的份额。在LED照明实际应用中，也或多或少出现了一些问题，分析归纳如下：1）二次光学设计及封装。为提高LED芯片的发光率，减少光线在LED内部损失，应增加衬底基板的反射率，使尽量多的光线能够透射出来，也就是增加LED芯片的光效；同时，针对LED发光定向性好的特点，在LED芯片外设置透镜，透镜的设计及封装直接影响了LED光线总的能效。所以如何做好配光曲线、设计合适的灯具，是LED灯具使用方面的一大难题。2）灯具的散热。LED芯片结温的高低将直接影响到LED灯的寿命。结温每提高10K，寿命减少一半。LED散热问题始终是影响LED驱动电流提升的一个重要因素，也是影响寿命的决定性因素，同时还影响LED灯的光质量。基于LED灯在轨道交通地下车站公共区的使用环境，对能否很好地解决LED散热是确保整个照明系统稳定工作的前提。3）白光的一致性。LED光色的一致性还有待完善，同一批白光LED会因为生产过程中细微的原因造成一定的色差，即使相同光色的多个LED装在同一个灯具以后，由于灯具各处的温度不尽相同，也会造成LED间光色、光效、寿命间的差异。4）执行的标准。目前，国内外相关LED灯具的标准还不尽完善。国外仅有部分（寿命、色度学、电气和光度测量等）标准，国际专业化组傅铭：照明节能光源（LED）在轨道交通车站设计中的应用织对LED灯具的标准目前还在制订中；国内对于LED光源及其灯具的测试也没有相关的标准作为依据，无法对产品质量进行规范和约束。5）灯具的形式。鉴于LED单颗芯片体积小，易于组合的特点，各生产厂商产品的形式各不相同，为产品规格的统一和使用带来了困难。6）产品的性价比。为了解决诸多技术上的问题，包括一系列芯片选型、封装、散热材料的工艺，导致LED产品的价格仍然较为昂贵，使得LED光源在使用时往往节能不节钱，也对LED产品的推广使用造成一定的阻力。

结语：

由于全球性的能源短缺以及日益突出的环境污染问题，促使LED光源这项节能环保的新技术得到可持续性的发展。LED作为新型的绿色节能光源应用于轨道交通车站公共区，必将成为未来的发展趋势。

参考文献：

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[3] 季红飞.LED技术在照明工程中的应用前景与分析[J].中华民居，2021(6).

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