新?LED?技术在德国列车客运站的应用

作者:未知

  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。
  在德国第一条长途铁路线(莱比锡—德累斯顿)上,客运列车使用蜡烛作为人工照明工具,提高了列车运行的安全性。从 1846 年起,弗里德里希 · 威廉四世甚至在普鲁士强制推行这一照明方式;若不执行,将会受到罚款的处罚。
  由于交通和安全原因,铁路部门必须提供不依赖日光的照明。在 19 世纪,欧洲绝大多数国家规定,铁路公司应根据具体需求,对公众可以进入的建筑物和区域进行充分照明。随着技术的进步,铁路部门最初使用的蜡烛很快被菜油灯、煤油灯和煤气灯所取代。然后,电气照明应用到了铁路行业(电气技术始于 1880 年前后,直到 1930 年才得以全面推广),电动弧光灯和后来的白炽灯就是其中的代表,它们的优点是有更高的发光效率以及更好的控制方法。
  1 LED 技术的问世
  现在,照明技术又迈出了重要的一步,即发光二极管(简称“LED”)技术问世。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,在列车客运站中,LED 已经逐渐应用到站台、站台间地道和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 最重要的原因在于它使用寿命长,能提高发光效率和能量效率,以及能够设置和改变亮度和光色。
  如同之前所有的照明技术,LED 技术发展也存在挑战和障碍,这阻碍了它在各个领域中的充分应用。例如,最初 LED 照明系统经常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。
  在此,有必要对应用中的相关问题进行详细分析并加以澄清,以确保 LED 技术能合理地应用到铁路系统的各个领域。
  通常,一种技术的应用,从理念产生到全国推广,共要经历 6 个步骤。LED 技术要在全国客运站的照明系统中推广,必须获得德国联邦铁路公司照明工作组的“技术许可”以及被列入铁路系统的灯具选择列表。具体步骤为:
  (1)LED 照明系统的启动阶段;
  (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/调查阶段,包括生命周期成本研究(LCC);
  (5)优化阶段;
  (6)颁布该技术的使用许可。
  2 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。
  在法规(例如 DIN EN 12464 第 1 和第 2 部分,以及铁路系统内部条例)中规定了站台区域人工照明的光学技术要求。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的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,还规定了每平方米站台区域照明 LED 的能量效率要求。借助此参数,可以识别照明系统能量效率的高低,并且找到最佳技术解决方案。
  2010 年,为了防止在交通站内出现信号图像失真和色差强烈的问题,德国联邦铁路公司照明工作组决定,只能使用光色为 4 000 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这是特别大的问题。为了将眩目作用控制在火车司机和旅客能忍受的范围内,并且利用 LED 技术提高站台照明系统的能源效率和改善维护条件,慕尼黑火车站和美因茨火车站分别在 2011 年和 2013 年启动了荧光灯改造项目。项目目标如下。
  (1)安装改良后的 LED 照明系统。
  (2)按照规范,以 1 : 1 的比例更换同一网格中的灯具。
  (3)在每年 4 300 h 照明的情况下,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,能抗紫外线,抗冲击性高,防污效果好以及易清洁。
  (8)高质量加工,保证无棱角和毛边;供电电缆干净;鸽子和污物不能进入。
  (9)至少 4 kV 的短期过压保护。
  (10)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。
  (11)最佳性價比。
  慕尼黑总火车站的第 16/17 站台装配了型号为 20 W 或 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。一组专家通过现场采访视障人士的方式,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。根据这些调查结论,2014 年,慕尼黑总火车站决定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,并对此进行了公开招标。   2013 年底 / 2014 年初,美因茨总火车站第 1 站台上安装了 2 种不同类型的 LED 天花板灯,用来替代悬挂式荧光灯。近 5 年的应用实践证明,LED 系统能很好地满足过压保护、限制眩光和能量效率方面的要求。除了追求以上提到的目标之外,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。
  灯具选择列表中列出了许多可用于站台和站台间地道照明的 LED 灯,并且汇总了制造商对 LED 灯的要求。
  3 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,会在较小的火车站中修建避雨亭。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让照明系统易于维护,德国联邦铁路公司在 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;还能大大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,公司开发出带有 4 W 和 8 W 组件的十分坚固的小型 LED 灯具,并投入使用。
  4 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,防止行人发生眩光,对背光还有特别规定:路标牌、陈列橱窗和钟表上的垂直投射光强值应为 100~300 cd/m2。
  近年来,全德国火车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。
  5 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,否则现有的照明系统将无法运行。因此,必须用 LED 改装灯泡(根据 DIN EN 62776 标准检测过的灯泡)作为等效灯泡替换荧光灯。
  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(这需要通过现场技术测量来证实)。使用 LED 改装灯泡近 8 年的实践证明:火车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。对于火车站台来说,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。
  6 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。它的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,德國联邦铁路公司的“绿色车站”都将配备 LED 灯具。
  参考文献
  [1] Siemt Peter. Bahnh?fe erscheinen in neuen LED-Licht[J]. Deine Bahn,2018(11):26-31.
  苏靖棋 编译
  收稿日期 2019-01-14
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