新?LED?技術在德國列車客運站的應用
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如今，LED 技術飛速占領了幾乎所有的照明技術領域。手機、冰箱、居住和辦公區域、街道照明系統和車輛中都可以運用 LED 照明。當然，在列車客運站的多種照明領域中也使用 LED 技術替代了舊技術。本文介紹了 LED 應用的發展歷程及其在德國列車客運站中的照明解決方案，使用這些方案可以提高客戶滿意度和能源效率。
在德國第一條長途鐵路線（萊比錫—德累斯頓）上，客運列車使用蠟燭作為人工照明工具，提高了列車運行的安全性。從 1846 年起，弗里德里希 · 威廉四世甚至在普魯士強制推行這一照明方式;若不執行，將會受到罰款的處罰。
由于交通和安全原因，鐵路部門必須提供不依賴日光的照明。在 19 世紀，歐洲絕大多數國家規定，鐵路公司應根據具體需求，對公眾可以進入的建筑物和區域進行充分照明。隨著技術的進步，鐵路部門最初使用的蠟燭很快被菜油燈、煤油燈和煤氣燈所取代。然后，電氣照明應用到了鐵路行業（電氣技術始于 1880 年前后，直到 1930 年才得以全面推廣），電動弧光燈和后來的白熾燈就是其中的代表，它們的優點是有更高的發光效率以及更好的控制方法。
1 LED 技術的問世
現在，照明技術又邁出了重要的一步，即發光二極管（簡稱“LED”）技術問世。1962 年發明的 LED 技術最初僅用于信號傳輸和顯示系統中（例如袖珍計算器）。20 世紀 90 年代后期，由于白光技術的改進，LED 才用于一般的室內和室外照明。
自 2009 年以來，在列車客運站中，LED 已經逐漸應用到站臺、站臺間地道和天橋的柱燈和天花板燈、辦公照明系統、陳列櫥窗和指路牌的背光照明以及車站大廳的照明系統中。傳統的熒光燈、緊湊型熒光燈和高壓放電燈正逐漸被取代。應用 LED 最重要的原因在于它使用壽命長，能提高發光效率和能量效率，以及能夠設置和改變亮度和光色。
如同之前所有的照明技術，LED 技術發展也存在挑戰和障礙，這阻礙了它在各個領域中的充分應用。例如，最初 LED 照明系統經常會由于連接操作設備的模塊過熱以及滲透濕氣而出現故障。此外，LED 技術的光生物學安全性還有待探討。而且 LED 芯片、外殼、模塊和操作設備至今仍未得到明確的標準化界定。“Zharga”工業聯盟正在從事此項標準化工作。
在此，有必要對應用中的相關問題進行詳細分析并加以澄清，以確保 LED 技術能合理地應用到鐵路系統的各個領域。
通常，一種技術的應用，從理念產生到全國推廣，共要經歷 6 個步驟。LED 技術要在全國客運站的照明系統中推廣，必須獲得德國聯邦鐵路公司照明工作組的“技術許可”以及被列入鐵路系統的燈具選擇列表。具體步驟為：
（1）LED 照明系統的啟動階段;
（2）綜合考慮與應用相關特點，進行市場分析;
（3）試驗階段（在一個合適的現有工廠中進行試驗研究）;
?。?）評估/調查階段，包括生命周期成本研究（LCC）;
?。?）優化階段;
?。?）頒布該技術的使用許可。
2 站臺和站臺間地道中的 LED 系統
站臺是鐵路基礎設施和鐵路客運之間的銜接點，作用是方便旅客換乘車。站臺既是交通區域，也是旅客停留的區域。根據各站旅客流量的差異，站臺的大小和設備也各不相同。
在法規（例如 DIN EN 12464 第 1 和第 2 部分，以及鐵路系統內部條例）中規定了站臺區域人工照明的光學技術要求。除了對照明水平和照明均勻性做出規定外，還特別要求在靠近軌道的區域防止信號失真以及限制眩光。此外，在《德國聯邦鐵路公司守則》中，還規定了每平方米站臺區域照明 LED 的能量效率要求。借助此參數，可以識別照明系統能量效率的高低，并且找到最佳技術解決方案。
2010 年，為了防止在交通站內出現信號圖像失真和色差強烈的問題，德國聯邦鐵路公司照明工作組決定，只能使用光色為 4 000 K（+/-200 K）的 LED 照明系統和普通照明系統。其光色與 840 型熒光燈相同，為中性白。
由于 LED 燈具有透鏡光學系統，因此亮度非常高，在直接照明時會產生眩目作用，尤其對于視障人士而言這是特別大的問題。為了將眩目作用控制在火車司機和旅客能忍受的范圍內，并且利用 LED 技術提高站臺照明系統的能源效率和改善維護條件，慕尼黑火車站和美因茨火車站分別在 2011 年和 2013 年啟動了熒光燈改造項目。項目目標如下。
（1）安裝改良后的 LED 照明系統。
（2）按照規范，以 1 ： 1 的比例更換同一網格中的燈具。
?。?）在每年 4 300 h 照明的情況下，10 年免維護。
（4）能量消耗減半。
（5）防護類型至少為 IP 54，防護等級 SK II。
（6）設計賞心悅目。
?。?）性能穩定，能抗紫外線，抗沖擊性高，防污效果好以及易清潔。
（8）高質量加工，保證無棱角和毛邊;供電電纜干凈;鴿子和污物不能進入。
?。?）至少 4 kV 的短期過壓保護。
（10）獲得 VDE（德國電氣工程師協會認證） 或 ENEC（歐洲標準電氣認證）認證標識。
（11）最佳性價比。
慕尼黑總火車站的第 16/17 站臺裝配了型號為 20 W 或 37 W 的 LED 燈。與原來的熒光燈相比，能耗降低了一半，而且照度更高。為了避免 LED 燈由于高亮度引起眩光，在燈具中安裝了緞紋透鏡。一組專家通過現場采訪視障人士的方式，確定了眩光問題的技術解決方案，即站臺區域的 LED 燈在 100 cm2 發光面上的光通量不應超過 1 000 lm。根據這些調查結論，2014 年，慕尼黑總火車站決定將整個站臺大廳和帶屋頂室外區域中的照明系統替換成 LED，并對此進行了公開招標。 2013 年底 / 2014 年初，美因茨總火車站第 1 站臺上安裝了 2 種不同類型的 LED 天花板燈，用來替代懸掛式熒光燈。近 5 年的應用實踐證明，LED 系統能很好地滿足過壓保護、限制眩光和能量效率方面的要求。除了追求以上提到的目標之外，在美因茨還成功測試了一種在夜間客流量小的時候自適應減少照明的方案。
燈具選擇列表中列出了許多可用于站臺和站臺間地道照明的 LED 燈，并且匯總了制造商對 LED 燈的要求。
3 避雨亭中的 LED 系統
為了讓旅客更舒適地候車，并且為旅客提供躲避風雨的場所，會在較小的火車站中修建避雨亭。過去經常在避雨亭中安裝 36 W 或 58 W 的熒光燈，以便在天黑時照明。
為了改善能源狀況以及讓照明系統易于維護，德國聯邦鐵路公司在 2011 年進行了一次市場分析，探討 LED 燈具在避雨亭中的應用方法。得出的結論是：避雨亭中的 LED 燈具必須有特別高的抗沖擊性，以防止故意破壞;還能大大降低電氣連接功率和相關的能量消耗，以便隨后為避雨亭提供基于太陽能的整體解決方案。為此，公司開發出帶有 4 W 和 8 W 組件的十分堅固的小型 LED 燈具，并投入使用。
4 用于路標牌、陳列櫥窗和鐘表的 LED 背光
有背光照明的墻體能給人美的視覺感受，而且通過大面積的照明增亮，可以消除人們處于幽暗環境中（比如站臺間地道）時的恐懼，也可以防止幽閉恐懼癥和故意破壞的發生。
路標牌、陳列櫥窗和鐘表使用背光，可以幫助人們更好地識別其內容。對背光最重要的要求是：必須有足夠的亮度而且非常均勻，從而增加對比度，提高文字或標記的可識別性。為了確保可識別性，防止行人發生眩光，對背光還有特別規定：路標牌、陳列櫥窗和鐘表上的垂直投射光強值應為 100～300 cd/m2。
近年來，全德國火車站中的大多數路標牌、站牌標志、陳列櫥窗和鐘表已經替換為 LED 背光照明。
5 維護作業中的 LED 應用
如今，在維護作業中，也越來越多地使用 LED 燈泡替換舊燈泡。這十分必要，因為法規已經不允許將諸如白熾燈、舊熒光燈或高壓放電燈等低效燈泡投放市場，否則現有的照明系統將無法運行。因此，必須用 LED 改裝燈泡（根據 DIN EN 62776 標準檢測過的燈泡）作為等效燈泡替換熒光燈。
用 LED 燈泡 1 ： 1 替換舊燈泡，除了需要進行 ENEC或 VDE 測試，還應符合相關的照明技術要求（這需要通過現場技術測量來證實）。使用 LED 改裝燈泡近 8 年的實踐證明：火車站的能耗降低了一半，而且 LED 燈泡的使用壽命與標準熒光燈相比增加了 1 倍。對于火車站臺來說，投資回收期（取決于每年的照明時間和電價）為 1～3 年。
針對電感鎮流器上 LED 改裝燈泡的更換，目前有2 種框架合同，分別適用于室內區域（RV 92248211）以及室內和室外區域（RV 92248140）。室外照明裝置對于溫度范圍和過壓保護的要求更高。
在大多數情況下，無屋頂的站臺都安裝柱燈。在替換柱燈時，需要將整個操作單元（包括燈泡、反射器、鎮流器和電容器）替換為經過測試的 LED 操作單元。投資回收期約為 3 年。
6 結論
總之，LED 技術可以運用在列車客運站的站臺、通道、電梯和自動扶梯上，以及路標牌和旅客信息設備中。它的優點在于發光效率高、能量效率高、使用壽命長，以及可以控制和調節亮度和顏色。因此，毋庸置疑，德國聯邦鐵路公司的“綠色車站”都將配備 LED 燈具。
參考文獻
[1] Siemt Peter. Bahnh?fe erscheinen in neuen LED-Licht[J]. Deine Bahn，2018（11）：26-31.
蘇靖棋 編譯
收稿日期 2019-01-14
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