試論LED平面光源照明燈具在地鐵車輛上的應用

張宇

摘要：介紹了LED 照明燈具的優點，針對“滿天星”LED 平面光源照明燈具在地鐵車輛上的應用，從燈具布置、供電方式、安裝及接線、照度模擬分析等方面進行了詳細闡述。

關鍵詞：LED；燈具；滿天星；地鐵車輛；平面光源

隨著鐵路車輛的發展，在提高速度等級的同時，車輛的舒適性、節能和環保指標也被提到一個新的高度。在“綠色、智能、人文”一體化發展趨勢下，車輛內部照明系統迫切需要一種高效節能、環保的綠色照明燈具取代傳統照明燈具。LED 平面光源照明燈具的特性恰好滿足了鐵路車輛的要求。

一、我國鐵路車輛照明燈具現狀

我國鐵路車輛照明燈具主要采用熒光燈照明，某些電氣柜內的檢修燈具仍然采用的是白熾燈，近幾年LED 點光源也被應用到個別區域以取代白熾燈照明。在鐵道客車上，餐車吧臺頂部普遍應用LED 平面光源。2010年，高速動車組車輛上平板式節能美觀的LED 平面光源作為主照明應用在全列車廂上。

二、LED平面光源照明燈具優點

（1）綠色環保。LED 照明燈具主要材料為硅、銅以及封裝用的樹脂，而傳統的鹵鎢燈中充有鹵化物，熒光燈管中更是使用了有劇毒的汞，單支燈管汞含量在10 mg 左右，超過了歐盟RoHS 指令對單燈汞含量不大于5 mg 的豁免要求。當燈管破裂后，汞會迅速揮發，相比于國家規定的汞在空氣中的最高允許濃度為0. 01 mg /m3，其在周圍空氣中的濃度會在極短時間內達到10 ～ 20 mg /m3，嚴重超標。熒光燈在工作中還會發出一定量的紫外線，而LED 照明燈具不存在環境污染問題，在使用中也不會危害人體健康。

（2）結構簡單。LED 平面光源照明工具具有固體光源的最大優點：不充氣、無玻璃外殼、無氣體密封問題、耐沖擊，而所有的傳統光源均使用玻璃外殼，存在安全隱患。

（3）可控性好。響應時間快（可達微秒級），可反復頻繁亮滅，可以很方便地設計成PWM 調光燈具，適應軌道客車照明要求，節約更多能源。LED燈具可在緊急情況或者有需要時進入微亮狀態，車廂內照度會整體下降，但仍然比較均一，而不是傳統的門區或部分位置燈具工作，造成車廂內照度差別較大。

（4）靈活性好。LED 照明燈具光源精巧，功率小至60 mW，大至5 W，單顆體積小至3. 5 mm × 2. 8mm × 1. 5 mm，使其能適應各種幾何尺寸和不同空間大小的裝飾照明要求，諸如：點、線、面、球、異形式等，這種靈活性是傳統光源特別是熒光燈所無法達到的。

（5）照明效果好。LED 照明燈具可以做成面光源，發光面積極大，整個發光面光強一致，不會出現亮區暗區，而傳統熒光燈因結構原因，必然會存在暗區，并且極難消除?；谝陨线@些特點，LED 平面光源照明燈具應用到鐵道車輛上比傳統燈具更合適。

三、“滿天星”LED 平面光源照明燈具的應用

3.1燈具布置

“滿天星”LED 照明燈具的布置不同于傳統地鐵車輛照明燈帶的設計，由多個直徑為30 mm 的LED 筒燈均勻排布在頂板上組成，筒燈的橫向間距為280 mm，縱向間距為100 mm，每個門罩板上排布4 個筒燈用于門區域照明，乘客在車內觀察有一種星星點點的感覺，顧命名為“滿天星”。

3.2 供電方式

“滿天星”LED 照明燈具線路采用電纜跨接布線方式、集中式驅動電源供電方案：每節車廂內所有燈具都由2 個驅動電源供電，燈具1 路、2 路之間間隔交叉排布。每路燈具的電源由1 個集中式驅動電源供電。每只LED 燈在電氣回路上都是并聯連接，當某一路燈具損壞時，另一路中的燈具將正常工作，不受任何影響。

客室照明驅動電源設有專門的緊急照明信號接口，當意外造成車內動力供電中斷或低壓電源故障時，緊急照明信號將由正常的低電平自動切換為高電平，客室照明系統將由正常照明模式自動切換為緊急照明模式，驅動電源各自接收到一個高電平緊急照明啟動信號，自動降低恒流輸出，從而使車內所有燈具照度降低且門區域燈具仍然保持正常照度。這樣既能節約車內電池電力消耗，又能使客室的照度均勻分布，并且突出門區域的位置，給乘客疏散以明確的指引。

3.3 安裝及接線

LED 照明燈具結構采用鋁合金加工而成，整個燈具重量小于60 g，采用不銹鋼彈簧片卡入車體頂板，卡入后起到支撐燈體的作用，結構簡單。重量分布計算說明，假如一塊分縫板內排布18 個射燈，那么總重量為60 ×18 =1 080 g，車頂頂板厚度為6 mm，由于其有一定的面積且燈又是分布排列的，重量分散，因此不影響頂板承重。接線采用萬可插頭式連接方式，方便、快捷。

3.4 照度模擬分析

照度定義：單位面積內所射入光的量，也就是光通量除以面積（m2）所得到的值，用來表示某一場所的明亮度。表面上一點的照度E 是入射在包含該點的面元上的光通量dΦ 除以該面元面積dA 所得之商，即：E = dΦ/dA，單位lx，1 lx = 1 lm/m2。

鐵道車輛客室照度應滿足GB /T 7928 - 2003 中對客室照度的要求：距離地板面800 mm 處測得的照明強度平均值不小于200 lx。

3.4.1燈具出光圖

LED 光源發光面積極大，整個發光面光強一致，不會出現亮區暗區。

3.4.2照度模擬分析

DIALux 軟件是為了模擬計算室內室外照明需求，為實際配置燈具提供準確參考信息的仿真軟件。主要是通過運用設計方案中燈具的配光曲線文件進行照度計算得出一些關鍵的照明指標，通過對這些關鍵指標的分析可以提前得出該照明方案的合理性，并通過調整方案的部分參數來滿足實際的照明需求。

3.4.3工作面等照度曲線圖

以光源或燈具為中心，在空間中某一剖面上的照度相等的點的連線稱為空間等照度曲線。通過仿真3D 偽色表現圖和距離車廂地板面800 mm 處等照度曲線圖模擬分析得出結論，車輛最小照度為50 lx，最大照度為436 lx，車輛平均照度為335 lx，完全滿足GB /T 7928 - 2003 標準中規定的距離地板面800 mm 處測得的照明強度平均值不小于200 lx 的要求。

四、總結

LED 平面光源照明燈具將是今后城軌車輛照明應用的大趨勢?！皾M天星”LED 平面光源照明燈具在車輛應用上的方案，對城軌車輛照明系統的設計有一定的參考作用。

參考文獻：

[1]高健飛，劉文平，胡曉春. 鐵道車輛LED 平面光源照明燈具設計探索[J]鐵道車輛，2009（10）：33 - 36.