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德国│LED技术在列车客运站的应用

来源:现代城市轨道交通 作者:




如今,LED技术飞速占领了几乎所有的照明技术领域。手机、冰箱、居住和办公区域、街道照明系统和车辆中都可以运用LED照明。当然,在列车客运站的多种照明领域中也使用LED技术替代了旧技术。本文介绍了LED应用的发展历程及其在德国列车客运站中的照明解决方案,使用这些方案可以提高客户满意度和能源效率。



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LED技术的发展历程


在德国第一条长途铁路线(莱比锡—德累斯顿)上,客运列车已经使用蜡烛作为人工照明工具,这提高了列车运行的安全性。随着技术的进步,铁路部门最初使用的蜡烛很快被菜油灯取代,随后又出现了煤油灯和煤气灯。到了20世纪,电气照明应用到了铁路行业,电动弧光灯和白炽灯就是其中的代表,其优点在于发光效率更高以及控制方法更好。

如今,照明技术又迈出了重要的一步,即发光二极管(LED)技术的问世和发展。1962 年发明的LED技术最初仅用于信号传输和显示系统中(例如袖珍计算器)。20 世纪 90 年代后期,由于白光技术的改进,LED才用于一般的室内和室外照明。

自2009 年以来,LED已经逐渐应用到列车客运站的站台、站台间地道、天桥的柱灯和天花板灯,办公照明系统,陈列橱窗和指路牌的背光照明以及车站大厅的照明系统中。传统的荧光灯、紧凑型荧光灯和高压放电灯正逐渐被取代。应用LED最重要的原因在于其使用寿命长,发光效率和能量效率高,以及能够设置和改变其亮度和光色。



如同之前所有的照明技术,LED技术发展也存在挑战和障碍。例如,LED照明系统会由于连接操作设备的模块过热以及渗透湿气而出现故障。此外,LED技术的光生物学安全性还有待探讨。而且LED芯片、外壳、模块和操作设备至今仍未得到明确的标准化界定。“Zharga”工业联盟正在从事此项标准化工作。

在德国,一种技术的应用,从理念产生到全国推广,通常要经历6个阶段。LED 技术要在全德国客运站的照明系统中推广,必须获得德国铁路股份公司(DB)照明工作组的“技术许可”以及被列入铁路系统的灯具选择列表。6个阶段具体为:① LED 照明系统应用程序启动阶段;②综合考虑与应用相关特点,进行市场分析;③试验阶段(在一个合适的现有工厂中进行试验研究);④评估/调查(包括生命周期成本LCC研究)阶段;⑤优化阶段;⑥颁布该技术的使用许可。

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LED技术在列车客运站的应用


2.1站台和站台间地道中的 LED 系统
站台是铁路基础设施和铁路客运之间的衔接点,作用是方便旅客换乘车。站台既是交通区域,也是旅客停留的区域。根据各站旅客流量的差异,站台的大小和设备也各不相同。

在德国标准中(例如DIN EN 12464 第1和第2部分,以及铁路系统内部条例)规定了站台区域人工照明的光学技术要求。其中,除了对照明水平和照明均匀性做出规定外,还特别要求在靠近轨道区域防止信号失真以及限制眩光。此外,在《德国联邦铁路公司守则》中,还规定了每平方米的安装容量,并以此确定了站台区域照明的能量效率指标。借助此参数,可以判定照明系统能量效率的高低,并找到最佳技术解决方案。



2010年,为了防止在铁路车站内出现信号图像失真和色差强烈的问题,DB照明工作组决定:只能使用光色为4000 K( /-200 K)的LED照明系统和普通照明系统。其光色与840型荧光灯相同,为中性白。


由于LED灯具有透镜光学系统,因此亮度非常高,在直接照明时会产生眩目作用,尤其对于视障人士而言。为了将眩目作用控制在列车司机和旅客能承受的范围内,并利用 LED 技术提高站台照明系统的能源效率和改善维护条件,慕尼黑总车站和美因茨总车站分别在2011年和2013年启动了荧光灯改造项目。项目目标为:①安装改良后的LED照明系统;②按照规范,以1:1的比例更换网格中的灯具;③灯具在每年4 300照明小时的情况下,10年免维护;④能量消耗减半;⑤防护类型至少为IP 54,防护等级SK II;⑥设计赏心悦目;⑦性能稳定,抗紫外线、抗冲击性强,防污效果好,易清洁;⑧至少4 kV的短期过压保护;⑨获得VDE(德国电气工程师协会认证) 或ENEC(欧洲标准电气认证)认证标识;⑩最佳性价比。


慕尼黑总车站的第 16/17 站台装配了型号为20 W和37 W的LED灯。与原来的荧光灯相比,能耗降低了一半,而且照度更高。为了避免LED灯由于高亮度引起眩光,在灯具中安装了缎纹透镜。专家通过测试确定了眩光问题的技术解决方案,即站台区域的LED灯在100 cm2 发光面上的光通量不应超过1 000 lm。2014 年,慕尼黑总车站完成了将整个站台大厅和带屋顶室外区域中的照明系统替换成 LED的改造工程。



2013年底/2014年初,美因茨总车站在第1站台上安装2种不同类型的LED天花板灯,以替代悬挂式荧光灯。近5年的应用实践证明:LED 灯能很好地满足过压保护、限制眩光和能量效率方面的要求。除了追求上述目标之外,在美因茨还成功测试了一种在夜间客流量小的时候自适应减少照明的方案。


2.2避雨亭中的 LED 系统
为了让旅客更舒适地候车,并且为旅客提供躲避风雨的场所,会在较小的列车客运站中修建避雨亭。过去经常在避雨亭中安装36 W或58 W的荧光灯,以便在天黑时照明。



为了改善能源状况以及使照明系统易于维护,DB在2011年进行了一次市场分析,探讨LED灯具在避雨亭中的应用方法。得出的结论是:避雨亭中的LED灯具必须有特别高的抗冲击性,以防止故意破坏;而且还能降低电气连接功率和相关的能量消耗,以便随后为避雨亭提供基于太阳能的整体解决方案。为此,DB开发出十分坚固的4 W和 8 W小型LED灯具,并投入使用。


2.3 用于路标牌、陈列橱窗和钟表的LED背光
有背光照明的墙体能给人美的视觉感受;而且通过大面积的照明增亮,可以消除人们处于幽暗环境中(比如站台间地道)时的恐惧,也可以防止幽闭恐惧症和故意破坏的发生。



路标牌、陈列橱窗和钟表使用背光,可以帮助人们更好地识别其内容。对背光最重要的要求是:必须有足够的亮度,而且非常均匀,从而增加对比度,提高文字或标记的可识别性。为了确保可识别性,并防止行人发生眩光,对路标牌、陈列橱窗和钟表的背光还有特别规定:垂直投射光强值应为每平方米100至300 cd。


近年来,德国列车客运站中的大多数路标牌、站牌标志、陈列橱窗和钟表已经替换为 LED 背光照明。


2.4 维护作业中的 LED 应用
如今,在维护作业中也越来越多地使用LED灯泡替换旧灯泡。这十分必要,因为法规已经不允许将诸如白炽灯、旧荧光灯或高压放电灯等低效灯泡投放市场,所以必须用LED改装灯泡(根据DIN EN 62776标准检测过的灯泡)作为等效灯泡对其进行替换,否则现有的照明系统将无法运行。

用LED灯泡1:1替换旧灯泡,除了需要进行ENEC或VDE测试,还应符合相关的照明技术要求。使用LED改装灯泡近8年的实践证明:列车客运站的能耗降低了一半,而且LED灯泡的使用寿命与标准荧光灯相比增加了1倍。对于站台来说,投资回收期(取决于每年的照明时间和电价)为 1~3 年。



针对电感镇流器上LED改装灯泡的更换,目前有2种框架合同,分别适用于室内区域(RV 92248211)以及室内和室外区域(RV 92248140)。室外照明装置对于温度范围和过压保护的要求更高。


在大多数情况下,无屋顶的站台都安装柱灯。在替换柱灯时,需要将整个操作单元(包括灯泡、反射器、镇流器和电容器)替换为经过测试的LED操作单元。投资回收期约为3年。

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结  论


总之,LED技术可以运用在列车客运站的站台、通道、电梯和自动扶梯上,以及路标牌和旅客信息设备中。其优点在于发光效率高,能量效率高,使用寿命长,以及可以控制和调节亮度和颜色。因此,毋庸置疑,DB的“绿色车站”都将配备 LED 灯具。


参考文献

[1] Peter Siemt. Bahnhöfe erscheinen in neuen LED-Licht[J]. Deine Bahn,2018(11):26-31.

[2] 新LED技术在德国列车客运站的应用[J].现代城市轨道交通,2019(2):83-85.