城市道路照明與節(jié)能問題初探

羅軼洲

(南方電網(wǎng)綜合能源(云南)有限責(zé)任公司，云南昆明650011)

0 引言

在提高我國城市道路照明質(zhì)量的前提下，要對城市道路照明采取節(jié)能設(shè)計(jì)，提升城市道路照明質(zhì)量，同時(shí)，更好地響應(yīng)國家節(jié)能減排的號(hào)召。筆者結(jié)合我國城市道路的照明情況，就提升我國城市道路照明設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)分析，同時(shí)就節(jié)能問題提出了有效的應(yīng)對措施，希望能夠提升城市道路照明質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)城市道路照明控制系統(tǒng)的優(yōu)化，從而最終實(shí)現(xiàn)按需照明，使資源得到最大程度利用，推進(jìn)我國社會(huì)更好推進(jìn)節(jié)能減排的生態(tài)環(huán)境理念。筆者主要分析了城市道路照明和節(jié)能問題，希望能夠引起相關(guān)人員的重視，同時(shí)也希望社會(huì)能夠提高對照明設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，增加社會(huì)對電氣工程施工以及工作人員的關(guān)注，共同為節(jié)能減排做貢獻(xiàn)，不斷完善與優(yōu)化國家新規(guī)范和新標(biāo)準(zhǔn)。

1 我國城市道路照明的設(shè)置研究

1.1 城市道路的照度計(jì)算

城市道路設(shè)置的照明用具M(jìn) 對某一點(diǎn)的照度P 計(jì)算公式為:

在上式中，EPM 為城市道路的照度值，Lγβ則為垂直角度和水平角度下配光角度和光強(qiáng)中對應(yīng)的值，H 為照明用具的高度，照度可以用圖1 表示。

圖1 城市道路照度計(jì)算

在城市道路中對應(yīng)的某一點(diǎn)，都有眾多光源在這一點(diǎn)投有光通量，而城市道路設(shè)計(jì)照明度時(shí)，通常計(jì)算3 ～4 盞照明用具光照度的疊加，并將照度值作為這點(diǎn)的亮度值，計(jì)算如下:

1.2 城市道路照明的均勻度與平均照度

在道路照明照度的計(jì)算時(shí)，依據(jù)道路的路面寬度和燈桿寬度進(jìn)行有代表性的點(diǎn)的確定，借助選擇點(diǎn)，進(jìn)行極小值與極大值的計(jì)算，在進(jìn)行參照點(diǎn)的選擇時(shí)，確定的點(diǎn)越多，準(zhǔn)確性與可參考性就越強(qiáng)，同時(shí)，證明精確值也就越高。

1.3 城市道路照明亮度指標(biāo)的計(jì)算

城市道路照明亮度計(jì)算由亮度系數(shù)、照度換算系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為:

其中，Q0=L/E，P0=E/L，Q0與 P0成倒數(shù)關(guān)系

Q0為道路亮度系數(shù)，P0為路面照度系數(shù)，L 為路面單位亮度值，亮度系數(shù)最終取決為道路材料的性質(zhì)以及光源位置，觀察者與光環(huán)境以及相對觀察的單元位置都有聯(lián)系。

2 城市道路照明的節(jié)能對策分析

城市道路照明設(shè)計(jì)與節(jié)能的方法有很多種，從節(jié)點(diǎn)效果來看，合理地進(jìn)行城市道路照明設(shè)計(jì)、合理選擇光源、有效控制城市路燈設(shè)計(jì)、降低照明線路損耗和定期進(jìn)行路燈維護(hù)都是比較有效的措施。

2.1 合理設(shè)計(jì)城市道路的照明

城市道路照明設(shè)計(jì)要依據(jù)我國行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)要做好前期的調(diào)研與準(zhǔn)備工作，進(jìn)行城市道路設(shè)計(jì)要考慮道路的形式、路面的平剖度、路面的反射率以及交通設(shè)計(jì)等，區(qū)分主干路與支道路，對行車速度與交通量進(jìn)行推算，尤其注重重要道路交叉點(diǎn)，同時(shí)，對道路周邊的情況以及氣象條件進(jìn)行考慮，在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行綜合考慮。此外，道路照明用的供電電源也要考慮，對設(shè)計(jì)照明圖紙要進(jìn)行綜合評估，如果設(shè)計(jì)圖紙存在設(shè)備選用不當(dāng)或者缺陷，要在實(shí)施前及時(shí)進(jìn)行調(diào)整與設(shè)計(jì)更換，避免由于設(shè)計(jì)不當(dāng)而造成損失和浪費(fèi)。

2.2 科學(xué)合理地選擇城市道路光源

合理進(jìn)行節(jié)約電能的照明用具與光源的選擇，這是節(jié)能問題的重要環(huán)節(jié)，進(jìn)行照明用具的選擇時(shí)，要選擇能耗低、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用低的設(shè)備，在確保照明用具發(fā)光效率高的前提下，盡量保證照明用具的顯色性與光色性好，合理使用照明用具，延長其使用壽命。同時(shí)，對配套設(shè)施的選擇也要合理，選擇與氣體放電配套的鎮(zhèn)流器，保證啟動(dòng)設(shè)備的性能。選擇合理的燈具和光源能夠最大限度節(jié)約電能，如果選擇不當(dāng)，則會(huì)造成大量的電能損耗，有的電能損失可以高達(dá)30% ～40%，由此可見，合理的光能與燈具的選擇至關(guān)重要。目前應(yīng)用比較廣泛的LED 燈具有較強(qiáng)的發(fā)光效率和使用壽命，相比于白熾燈而言，能夠節(jié)約高達(dá)80%的能耗。同時(shí)，LED 燈具有良好的節(jié)能效果，而且光通維持性好，技術(shù)性能比較穩(wěn)定，除了前期的更換費(fèi)用，后期的使用成本與維護(hù)成本比較低，現(xiàn)在各行各業(yè)被廣泛應(yīng)用，尤其在城市道路照明中已經(jīng)得到普及與推廣。

2.3 合理設(shè)置路燈開關(guān)

進(jìn)行城市道路路燈控制開關(guān)的設(shè)置，要確?？刂崎_關(guān)方便、安全合理，無論是時(shí)鐘自控還是光電自控以及微機(jī)控制，都要保證開關(guān)的時(shí)間準(zhǔn)確，這是保證路燈使用方便與安全節(jié)能的基礎(chǔ)。例如，某城市裝燈容量到13 年年底統(tǒng)計(jì)為700 kV，如果控制開關(guān)的時(shí)間不規(guī)范，提前開啟或者延遲關(guān)閉都會(huì)浪費(fèi)能源，以每天提前或者延遲5 s 來計(jì)算，一年將會(huì)浪費(fèi)2 180 kV電量。在城市道路控制開關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用自動(dòng)時(shí)間控制開關(guān)，當(dāng)夜深時(shí)車輛以及行人稀少時(shí)，可以選擇性熄滅部分開關(guān)，可以間隔熄滅，照度適當(dāng)降低些，對于道路照明并沒有太大影響，也能夠節(jié)約電能。在部分老城區(qū)或者老路段受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)水平的制約，在路燈安裝時(shí)考慮得不是很全面，存在大量浪費(fèi)能源的情況，對于這些路段可以加裝節(jié)能裝置，加裝節(jié)能裝置的路段能節(jié)能20%左右。此外，在部分電壓波動(dòng)較大的地段，當(dāng)?shù)缆氛彰髟O(shè)備較少時(shí)，電壓升高也會(huì)帶來能源浪費(fèi)，為此可以增加穩(wěn)壓器控制電源電壓來實(shí)現(xiàn)電源穩(wěn)定，也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的目的。

2.4 減少電源照明供電半徑和線路無功損耗

在城市道路照明用電中，很大一部分都是感性負(fù)荷，電源在保證有效功率之外，還有一部分供給無功功率損耗。因?yàn)闊o功電流通過線路系統(tǒng)則使電阻造成大量的電能損失，并且還會(huì)造成一些損害，功率因數(shù)越小，電壓降低越低，能量損耗則越大。如果電力損耗增大，感性負(fù)荷則會(huì)導(dǎo)致無功電流產(chǎn)生電力損失和降低電壓，當(dāng)電壓降低的同時(shí)也會(huì)降低路燈的亮度，從而降低路燈照明的質(zhì)量。為此，有關(guān)部門則規(guī)定有用功率要控制在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)以上，同時(shí)裝設(shè)必要的電容補(bǔ)償，在電源側(cè)接入電容器組，最大程度上降低無功功率損耗，提升功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)對電量負(fù)荷的有效控制，采用不用容量移相電容組補(bǔ)償來改善功率因數(shù)。用三角形接法進(jìn)行電容組接入電源補(bǔ)償?shù)男Ч己?。對功率因?shù)補(bǔ)償進(jìn)行自動(dòng)控制，采用指令分步投合進(jìn)行控制，以感性負(fù)載功率因數(shù)進(jìn)行分步組合投入控制，同時(shí)選擇合理的電容器數(shù)量，從而保證功率因數(shù)處于正常狀態(tài)。如果照明變壓器容量選擇不合理，則會(huì)影響變壓器的負(fù)荷率，不利于電壓的穩(wěn)定，同時(shí)浪費(fèi)電源和縮短照明用具的適應(yīng)壽命。為了控制照明質(zhì)量，可以安裝節(jié)能設(shè)備，節(jié)能設(shè)備在節(jié)能的同時(shí)可以調(diào)整電壓，維護(hù)燈具的額定電壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，同時(shí)使供電半徑縮短，減少管線的截面積，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與節(jié)約資金雙重效果。

2.5 定期對城市道路的燈具和路燈系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)

城市道路路燈照明系統(tǒng)經(jīng)常在風(fēng)吹雨淋以及粉塵的條件下使用，這種環(huán)境下對路燈照明系統(tǒng)提出了很高要求，如果不對路燈系統(tǒng)進(jìn)行定期檢查，很容易引起安全隱患。尤其是對于經(jīng)久失修的路燈系統(tǒng)，不進(jìn)行檢查會(huì)引起嚴(yán)重隱患。一旦遭受強(qiáng)風(fēng)或者暴風(fēng)雨襲擊后，會(huì)出現(xiàn)桿體斷落的情況，如果有車輛或者路人經(jīng)過則后果不堪設(shè)想。由此可見，定期對路燈系統(tǒng)進(jìn)行檢查與維修是非常重要的。在城市道路的路燈系統(tǒng)檢查中，首先要對絕緣電阻進(jìn)行檢測，仔細(xì)查看系統(tǒng)是否存在安全問題，在進(jìn)行照明設(shè)備或者周邊控件更換時(shí)，要盡量選用安全節(jié)能的產(chǎn)品，選用合理的維修施工工藝，嚴(yán)格確保維修的施工質(zhì)量。有的城市路段為了提高燈具的發(fā)光效率，選用燈具時(shí)常選用安裝反光板的燈具，這種燈具在使用過程中出現(xiàn)銹蝕，反而使亮度降低。由于燈具暴露在室外，容易沾染油污或者粉塵，使玻璃透明度降低，在進(jìn)行檢測與維修時(shí)也要注意，確保燈具的正常發(fā)光，使光源產(chǎn)生的光能夠通過玻璃燈罩照射到需要的地方?？傊?，選用高效的城市道路照明用具，實(shí)現(xiàn)燈具的高亮度，并對路燈系統(tǒng)進(jìn)行定期保養(yǎng)與維修，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)，保證城市道路照明質(zhì)量，保證道路車輛運(yùn)行的方便。

3 結(jié)語

眾所周知，節(jié)約能源對于我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展至關(guān)重要，節(jié)能減排現(xiàn)在已是一項(xiàng)重要的國策，因此在城市道路照明設(shè)計(jì)中要提高對照明設(shè)計(jì)的重視力度，充分考慮到節(jié)能，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，同時(shí)保護(hù)環(huán)境，這是一項(xiàng)利國利民的重要內(nèi)容。在路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)中，選用高效的電光源和燈具，在減少成本的前提下，確保顯著的節(jié)電效果，設(shè)計(jì)出合理的照明設(shè)計(jì)方案，采用先進(jìn)節(jié)能的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)城市道路照明系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］王力. 城市道路照明節(jié)能控制技術(shù)及應(yīng)用［J］. 中國照明，2010(5).

［2］劉景華. 道路照明的布燈方案設(shè)計(jì)［J］. 價(jià)值工程，2010(2).

［3］鄭慶良. 道路路燈光源的應(yīng)用［J］. 山西建筑，2013(31).