道路照明節(jié)能設計思考

李松

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年來，節(jié)能已經成為各行各業(yè)一個重要的課題，其中照明節(jié)能是其中很重要的一項內容。國家出臺了《城市道路照明設計標準》（CJJ 45—2006）、《公路隧道照明設計細則》（JTG/T D70/2—01-2014）等有關道路照明方面的規(guī)范標準，其中對于照明功率密度值（LPD）、節(jié)能措施等方面都做了嚴格的規(guī)定。本文擬從設計的角度談一談有關道路照明節(jié)能的一些想法。

1 道路照明常用節(jié)能措施

結合現(xiàn)有技術產品的運用，道路照明節(jié)能的常用措施包含以下幾個方面。

（1）采用調壓技術措施

由于城市電網(wǎng)在下半夜時用電處于低谷，電網(wǎng)電壓上升，加載在單燈上的電壓有可能會達到240 V甚至更高。在下半夜道路車流量明顯減少的情況下，不僅直接調高了燈具輸出功率，而且對于燈具壽命有很大的影響。通過采用在路燈配電前端設置調壓變壓器，設定在下半夜時調低線路上的輸出電壓（一般降為180 V），以降低燈具的輸出功率。

（2）調節(jié)燈具輸出功率

針對常用的高壓鈉燈光源，可采用雙功率鎮(zhèn)流器調節(jié)燈具的輸出。雙功率鎮(zhèn)流器是一種節(jié)能型的電感鎮(zhèn)流器，它的電感量可以進行變換，從而使控制燈具的輸出功率隨之發(fā)生變化。上半夜路燈在額定功率下運行，到了下半夜，自動增大鎮(zhèn)流器的電感量，使路燈的輸出功率下降。

（3）其它常用節(jié)能措施

常用的節(jié)能措施還包括間隔開關路燈的方式，通過雙回路供電或者通過電力載波技術，在下半夜關閉一半路燈，但在這種情況下，路面亮度縱向均勻度和路面照度均勻度也會下降，對道路行車的安全性產生一定的影響。

2 合理選擇設計標準及參數(shù)

合適的照度在城市道路照明的設計工作中是首先應該重視的問題?！冻鞘械缆氛彰髟O計標準》（CJJ45—2006）規(guī)范中，明確規(guī)定了主干路、次干路、支路分別對應 30/20 lx、15/10 lx、10/8 lx的高低檔平均照度設計標準。設計師須根據(jù)城市道路的性質和規(guī)模，綜合安全、技術、經濟分析比較，確定合適的照度要求。比如國內某城市高架環(huán)線快速路，設計時速60～80 km/h，照明設計中沒有片面追求照度，更多的是考慮路面亮度縱向均勻度，選取的平均照度標準是20 lx低檔值，幾年運行下來，證明該設計標準是合理的、安全的。像這種動輒幾十公里的城市高架環(huán)線，雖然道路設計時速高，但不存在行人及道路平交口，路面亮度縱向均勻度可能比路面平均照度更重要，合理選擇路面平均照度值，不管對于前期投資、后期管護的經濟性，還是對于城市照明節(jié)能，都是很有意義的。

我們知道，在城市隧道照明設計中，洞外亮度值L20（S）的大小，直接關系到隧道入口段、過渡段及出口段的亮度要求，設計師如果對于洞口環(huán)境、朝向、天空面積比、減光措施等因素考慮不充分，也不能對現(xiàn)場洞口亮度進行實際測量，往往把洞口亮度值設定得很高。實際上，在其條件相同的情況下，L20（S）設定為 4 000 cd/m2和 6 000 cd/m2，其設備費及年耗電量相差達30%。所以，準確選取洞口亮度值，可在較大程度上節(jié)約用電能源，節(jié)省投資。

有時候我們也碰到這種情況，設定的路面平均照度設計標注是30 lx，但選取設計參數(shù)計算下來，往往達到40 lx，甚至50 lx。設計雖然可能不超過規(guī)范允許的LPD值，但我們?yōu)槭裁床荒芡ㄟ^調節(jié)設計參數(shù)盡量接近設計標準？這也是需要我們注意的問題。

3 合理設置燈具及燈桿

道路照明燈具的合理布置，首先建立在準確計算的基礎上。在筆者接觸過的一些項目中，部分設計利用道路照明的簡化計算公式進行道路照明計算，公式中沒有任何體現(xiàn)燈桿高度、燈具仰角、燈具配光的參數(shù)。這種簡化計算，只能估算出路面平均照度，不能計算出路面照度均勻度，更莫談規(guī)范要求的炫光限制閾值增量和環(huán)境比。從設計的角度看，這是不嚴謹?shù)?，利用專業(yè)軟件計算可解決這一問題。

DIALUX軟件是一套成熟的照明計算軟件，該軟件利用燈具的IES配光文件，模擬街道場景，輸入各種數(shù)據(jù)，可準確對規(guī)范要求的各項參數(shù)進行檢驗。我們以某一條典型道路為例，說明合理設置燈具的重要性。

該道路為城市地面主干路，機動車道平均照度值按30 lx設計標準。采用12 m/10 m高路燈，挑臂1m，燈具仰角8°，燈桿兩側對稱布置，間距35m。光源采用高光效高壓鈉燈，截光型燈具，燈具維護系數(shù)為0.7。其中圖1是我們經常在道路上看到的路燈布置形式：250 W高壓鈉燈照向機動車道，150 W高壓鈉燈照向人非道路。這種方式看似合理，其實未必。如果我們按照圖1、圖2來布置路燈，把燈具IES文件及設計參數(shù)導入場景模擬計算后（采用DIALUX計算軟件，國內知名品牌燈具配光文件，下同），可得到表1的結果對比。

從表1可看出，照向機動車道的250W高壓鈉燈已經能滿足人非的照明需求，照向機非的150W高壓鈉燈其實不需要設置，其僅起到增強人非道路照度的作用，而結果又遠遠高于規(guī)范的要求。我們知道，人非道路對于功率密度值是沒有要求的，雖然這種設計不違反規(guī)范，但我們費盡心思考慮各種節(jié)能方式，卻忽略了最基本的節(jié)能方式，即減少不必要的照明燈具。

表1 不同燈具布置照度計算結果對比

有時，合理設置燈桿的位置，對于節(jié)能也是有意義的?，F(xiàn)在很多道路設計中，為了美化城市環(huán)境，會在機非分隔帶或者人行道上種植樹木，這也導致了日后樹木可能會對道路照明造成較大的影響，形成大片暗區(qū)。這時候，我們應與相關專業(yè)充分溝通，綜合各種條件，合理設置燈桿的位置，盡量避免不利情況的產生。

4 LED燈用于道路照明是否節(jié)能

當每個人說到LED照明的時候，一個關鍵詞就是“節(jié)能環(huán)保”，確實，LED作為一種新型光源，具有光效高、壽命長、顯色性好等特點。但是，經常有產品供應廠商宣稱LED路燈比高壓鈉燈節(jié)能30%，甚至說節(jié)能50%。這種說法是否真實，還是以計算作為依據(jù)來分析比較。將圖1及圖2中的250W高光效高壓鈉燈替換為260W的LED光源，將圖1中的150W高光效高壓鈉燈替換為70W的LED光源，其余條件相同，計算結果如表2。

綜合表1及表2不難看出，260 W的LED路燈相對于250W高光效高壓鈉燈，對于機動車道側的照明節(jié)能意義其實是有限的，在人非道路側不設置照明燈具的情況下，LED燈對于機非道的照明還不能滿足規(guī)范要求。為什么會這樣呢？事實上，LED燈的光效大約為100 lm/W，燈具效率85%～90%，高光效高壓鈉燈的光效能達到130 lm/W，燈具效率約為70%～75%。對比之下，兩者的效果是差不多的。由于LED光源方向性強的特點，大部分的光照向機動車道地面，但這也導致了機非道路的照度就不足了。本來一套高壓鈉燈燈具能解決人非及機動車道的照明，換成LED燈就得兩套了，這也進一步增加了投資。

表2 替換為LED燈具計算結果對比

5 LED燈用于城市隧道照明節(jié)能意義

對于節(jié)能設計，其實是個相對的概念。由于城市隧道照明一般對于顯色性有要求，較少采用高壓鈉燈作為隧道基本照明光源。較多采用LED燈和熒光燈作為隧道基本照明光源，相對于熒光燈，LED燈不管是光效還是燈具效率，均比后者高，其節(jié)能效果是顯而易見的。

另外，由于隧道加強照明需根據(jù)洞外亮度、車流量、天文時間等數(shù)據(jù)實時調整輸出，LED燈相比其它光源有無可比擬的優(yōu)勢，通過電力載波或通訊技術，可根據(jù)各類參數(shù)實現(xiàn)LED燈0%～100%無極調光輸出。但高壓鈉燈由于電壓過低時的自熄現(xiàn)象，常采用回路控制的方式進行加強照明的8級調光。這種控制方式弊端也很明顯，高壓鈉燈啟動慢，往往幾分鐘才能達到正常光通量輸出，熄滅后在十幾分鐘后才能重新啟動。這就大大延長了調光周期，不能實時根據(jù)室外亮度及其它參數(shù)及時作出調整。另外，這種控制方式所需的電纜回路多，進一步增加投資和維護成本。

6 結語

道路照明節(jié)能設計中，不能局限于滿足照明功率密度值的要求。除采用各類節(jié)能技術外，還需要合理選取各種參數(shù)，在精確計算的前提下，合理設置燈具及燈桿，將節(jié)能設計進一步優(yōu)化。

LED燈作為新型光源，其優(yōu)點和缺點是顯而易見的。經過上文中的計算和分析，相對高光效高壓鈉燈，LED燈在道路上的節(jié)能效果較有限。由于LED燈可控性強，在隧道照明中具有較大優(yōu)勢，且避免了LED燈透霧性差的缺點。所以筆者對一般道路，特別是較寬的主干路對于LED路燈的使用持保留態(tài)度。在城市隧道照明中推薦使用LED燈作為照明光源。

LED光源近年來發(fā)展迅速，其價格也在逐步下降，但還存在散熱、光衰問題，另外LED燈具的標準化、模塊化的程度也不足，這些都是進一步需要解決的問題。