淺談城市道路燈光節(jié)能設(shè)計(jì)

王錫繁

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，社會(huì)城市化建設(shè)突飛猛進(jìn)，因此，與之相匹配的城市道路照明的改造和新建工程也急劇驟增。但是伴隨而來的是能耗的大幅度提高，特別是近年來能源價(jià)格大幅度提升，使電力耗費(fèi)成為負(fù)擔(dān)。因此，路燈的節(jié)能必然成為一種趨勢。 本文主要根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，著重介紹城市道路燈光方面的節(jié)能設(shè)計(jì)，為同行做參考，對(duì)節(jié)能貢獻(xiàn)自己的一份力量。

關(guān)鍵字：城市道路燈光設(shè)計(jì)節(jié)能

前言

城市道路燈光一直以來是城市的一個(gè)重要組成部分。它不僅提供道路照明的基礎(chǔ)作用，還是城市夜景的一部分。它能帶來巨大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。21世紀(jì)以來，我國城市照明建設(shè)工程呈現(xiàn)出一片火熱的發(fā)展形勢，其建設(shè)規(guī)模之大與投資額度之巨皆超越以往，在世界范圍內(nèi)也備受注目。然而，自2004年以來，我國已有多個(gè)城市宣告電力供應(yīng)緊張。據(jù)國家發(fā)改委統(tǒng)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，僅2004年，我國高峰時(shí)段拉閘限電的省份就達(dá)到24個(gè)，一時(shí)之間，電荒也成了社會(huì)大眾廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。在此情況下，城市照明的建設(shè)遭到了大眾質(zhì)疑，它一轉(zhuǎn)身即成為了一種浪費(fèi)能源的標(biāo)志，甚至有呼聲要求關(guān)閉城市景觀照明。在此情況下，城市照明設(shè)計(jì)的節(jié)能措施就顯得尤為重要，城市綠色照明節(jié)能工作的開展也迫在眉睫。

一、城市道路照明工程設(shè)計(jì)與節(jié)能 城市道路照明的目的是為駕駛員和行人創(chuàng)造一個(gè)良好的視看環(huán)境，使人們安全、迅速、舒適地到達(dá)目的地；以及為了減少對(duì)人身及財(cái)產(chǎn)的犯罪行為發(fā)生。城市的人行道上一般是行人較多，所以城市主要道路照明不但要照亮車行道路面，而且還要適當(dāng)照亮人行道，而且使半柱面照度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣有利于迅速發(fā)現(xiàn)人或動(dòng)物橫穿道路等潛在的不安全因素。 設(shè)計(jì)是節(jié)能的源頭。城市照明工程設(shè)計(jì)應(yīng)由專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循道路的性質(zhì)、功能對(duì)照相應(yīng)的照度和能耗密度標(biāo)準(zhǔn)，確定最節(jié)能的布燈間距、光源、供電路線、控制系統(tǒng)等等。這就要求道路照明工程師不但有良好的職業(yè)責(zé)任感，較全面的技術(shù)素質(zhì)，能掌握科學(xué)的照明設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行道路照明設(shè)計(jì)時(shí)，在保證照明的效果，達(dá)到城市道路照明的目的前提下，做到最大限度地節(jié)能和節(jié)省投資，并降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

二、采取合理的布燈間距路燈的布燈間距是否適當(dāng)直接關(guān)系到照明的效果。安裝間距對(duì)節(jié)能尤為重要，盡可能加大安裝間距。

如采用雙側(cè)對(duì)稱布置，間距30米時(shí)，每公里66個(gè)燈，如250w，按每亮燈10小時(shí)，每公里耗電量為66*250*0.001*365*10=60225kwh(不計(jì)鎮(zhèn)流器損耗)；若間距為40米時(shí)，每公里50個(gè)燈，耗電量為50*250*0.001*365*10=45625kwh，每公里就節(jié)約14600度電，假設(shè)全國以每年新增城市道路 2.5萬公里計(jì)算，就可節(jié)省電力3.65億KWh，并可節(jié)省燈具桿投資 20億元(每桿以5000元計(jì))，相當(dāng)可觀。當(dāng)然，這是經(jīng)計(jì)算滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下并未考慮道路交叉口和隔離帶分段而影響間距布置。從上可看出，在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下，布燈間距對(duì)節(jié)能非常大的意義。

三、路燈光源的選擇

目前，路燈照明所采用光源的主要類型有：金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、白熾燈、緊湊性熒光燈等。在相同的電功率下，高壓鈉燈光能量比金鹵燈高40%左右，且鈉燈的透霧性能比較好；按照同樣照度標(biāo)準(zhǔn)的道路照明要求，金鹵燈光源的電耗多于高壓鈉燈。因此高壓鈉燈在城市道路照明工程中使用非常廣泛。

隨著科學(xué)的發(fā)展，LED光源的技術(shù)成熟，LED光源在許多大中城市大力推廣應(yīng)用。LED光源的特點(diǎn)是長壽命、高效、節(jié)能、安全、綠色環(huán)保。據(jù)專家介紹，和高壓鈉燈相比，新型大功率LED路燈可節(jié)約80%的電能，在照明效果上基本也可以取代路燈普遍所采用的高壓鈉燈。

LED光源耗電量是高壓鈉燈的18.7%，可節(jié)約80%以上的電能。 高壓鈉燈更換成本和維護(hù)費(fèi)用是LED路燈5倍?？梢奓ED路燈不但能比高壓鈉燈節(jié)能，且更換成本和維護(hù)費(fèi)用節(jié)省的多。所以，LED光源在城市道路照明方面的廣泛應(yīng)用，必將是大勢所趨。

四、供電路線設(shè)計(jì)

路燈工程的特點(diǎn)是線路較長，線路上的電流不一定很大。路燈配電回路供電半徑長一般達(dá)800米，隨燈具與供電端距離的增加，電壓逐漸下降，若線路設(shè)計(jì)不當(dāng)，有可能出現(xiàn)遠(yuǎn)端電壓不能滿足光源所需正常維持電壓；解決線路壓降問題的方法就是安裝補(bǔ)償電容。

目前國內(nèi)城市道路照明工程設(shè)計(jì)中采用的電容補(bǔ)償方式有兩種：一是在路燈電源處集中補(bǔ)償，二是在燈具處分散補(bǔ)償。采用路燈電源處集中補(bǔ)償方式，并不能減少低壓配線的耗電；采用單燈分散補(bǔ)償，無疑減少了路燈電源至路燈燈具這一段線路上產(chǎn)生的損耗，將起到較好的節(jié)電效果。

路燈采用的光源，基本是氣體放電燈，其功率因數(shù)相當(dāng)?shù)?，一般?.40～0.6，從而使回路電流大，在線路上產(chǎn)生的損耗相當(dāng)可觀。電容補(bǔ)償后單燈功率因數(shù)不小于0.80。據(jù)測算，對(duì)一條道路上安裝的100 盞 250W 高壓鈉燈進(jìn)行電容器無功補(bǔ)償，將功率因數(shù)由0.44提高至0.80，結(jié)果供電電流由補(bǔ)償前的300A降低至141A，工作電流下降了大約一半，表明該照明系統(tǒng)通過無功補(bǔ)償為供電電源系統(tǒng)騰出了一半的容量空間，使電源設(shè)備能夠再發(fā)揮相當(dāng)數(shù)量的供電潛能。

另一方面，由于照明系統(tǒng)供電線路上減少了一百多安培電流的徒勞往返，必將大幅減少線路上的電壓損耗和功率損耗，同時(shí)也降低了線纜的溫升，可謂一舉多得。

五、控制系統(tǒng)與節(jié)能

以前，我國路燈的管理和控制手段主要采取以下手段：開關(guān)燈采取時(shí)控方式；故障巡檢依靠人工巡查的方式。隨著城市的擴(kuò)大，路燈數(shù)量的迅速增長，這種控制方式在故障實(shí)時(shí)監(jiān)控處理、按需控制、節(jié)能等方面已越來越不能適合城市發(fā)展。

無線監(jiān)控路燈控制系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、超短波通訊、數(shù)據(jù)傳遞、大屏幕投影等技術(shù)，組成具有無線遙控、遙測、遙訊和數(shù)據(jù)信息處理等功能。它實(shí)現(xiàn)了在總控制室和各道路分控制站之間，用數(shù)據(jù)的形式通過無線電的方式，對(duì)各路燈控制箱進(jìn)行監(jiān)視、測量和控制，實(shí)現(xiàn)路燈監(jiān)控的智能化管理?？蓪?duì)大中城市城區(qū)路燈進(jìn)行準(zhǔn)確的遙控開關(guān)燈，避免因早開或晚關(guān)造成的能源浪費(fèi)。

該控制系統(tǒng)操作回路一般2～3 回，分別用作上半夜路燈、下半夜路燈和其他路燈，每一操作回路可以有多個(gè)出線空氣斷路器。電纜出線采用道路單側(cè)單獨(dú)供電(即單回路供電) 的方式，但在接線方式上采用單側(cè)單條電纜出線的異型接線方式。即其燈桿電纜的接線方式按照正常的ABC 排序，但在控制箱內(nèi)將供給道路兩側(cè)的電纜(分別為上下半夜的電纜) 的同一相(如：C 相) 電纜芯對(duì)換接線，使之在上半夜燈全部亮，下半夜是一邊亮2P3 (即1 # 、2 # 、4 # 、5 #……亮燈) ，而另一邊亮1P3 (即3# 、6 # 、9 #……亮燈) ，這樣在下半夜變壓器仍能三相平衡供電，其照度也基本均勻，因下半夜車輛和行人稀少，能滿足行走安全的要求。比如某市的路燈電費(fèi)每年大約500萬元，若采用全夜燈及半夜燈分時(shí)段節(jié)能控制方式，也就是在晚上12點(diǎn)以后，關(guān)閉一半的燈具，每年就可節(jié)約電費(fèi)125萬元左右。

六、結(jié)束語

節(jié)能減排是加速我經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)重要政策，利國利民，造福子孫。城市道路照明是城市夜景照明的一個(gè)重要組成部分，并且作為城市最基本的構(gòu)成要素之一，是展示城市形象的最直觀的場所。城市道路照明工程的節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)提高能源利用效率，減少不必要的能源浪費(fèi)，有很重大的意義。