道路照明節(jié)能設(shè)計(jì)方式的探討

來瑞鵬（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津　300051）

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道路照明節(jié)能設(shè)計(jì)方式的探討

來瑞鵬（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051）

1　概述

隨著我國城市化建設(shè)的不斷深入，城市道路建設(shè)也不斷增速。道路越來越多、越來越寬，對道路照明的要求也隨之提高。不但要為各種車輛的駕駛?cè)藛T以及行人創(chuàng)造良好的視覺環(huán)境，還對照明提出了節(jié)能降耗、實(shí)施綠色照明的要求。節(jié)約電能是節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境最有效的措施。當(dāng)前對照明節(jié)能控制最有效的方法就是按時(shí)開關(guān)燈、午夜后降低光源功率和關(guān)閉少部分燈具。

在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)提出多種符合照明標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析比較，從中選出技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理又節(jié)約能源的最佳方案。

2　節(jié)能設(shè)計(jì)

目前從道路照明設(shè)計(jì)來說，節(jié)能設(shè)計(jì)主要從三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：采取合理的布燈方式；采用高效節(jié)能的光源及電氣；在照明系統(tǒng)上增加節(jié)能控制設(shè)備及改變控制方式。

2.1合理布燈方式

影響照明效果有諸多因素：布燈形式、安裝高度、安裝間距、挑臂長度、仰角大小等等，這些都是影響照明效果的技術(shù)因素。對于道路照明設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)人員按照《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》去設(shè)計(jì)，燈具功率滿足規(guī)范中的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)道路的等級，道路橫斷面形式、寬度及照明要求，布燈方式不會相差很多。下面通過一個(gè)工程實(shí)例來對比說明。

圖1　路燈設(shè)計(jì)方案一橫斷面示意圖

方案一：如圖1所示，主線道路照明采用路燈沿道路雙側(cè)對稱布置，燈桿高度為14m，懸挑長度為2.5m，仰角12°，燈桿間距為30m左右；燈具采用截光型，光源采用400W高壓鈉燈。輔道及立交匝道道路照明采用路燈沿道路單側(cè)布置，燈桿高度為10m，懸挑長度為1.5m，仰角10°，燈桿間距為30m左右；燈具采用半截光型，光源采用150W高壓鈉燈。主干道平均照度達(dá)到34.02Lx。功率密度0.95W/m2。輔道平均照度達(dá)到18.2Lx。功率密度0.61W/m2。如圖1所示。

圖2路燈設(shè)計(jì)方案二橫斷面示意圖

方案二：如圖2所示，主線道路照明采用路燈沿道路雙側(cè)對稱布置，燈桿高度為15m，懸挑長度為2.5m，仰角12°，燈桿間距為47m左右；燈具采用半截光型，光源采用600W高壓鈉燈。輔道及立交匝道道路照明采用路燈沿道路單側(cè)布置，燈桿高度為10m，懸挑長度為1.5m，仰角10°，燈桿間距為30m左右；燈具采用半截光型，機(jī)動車道光源采用150W高壓鈉燈。主干道平均照度達(dá)到31.7Lx。功率密度0.91W/m2。輔道平均照度達(dá)到18.2Lx。功率密度0.61W/m2。

兩個(gè)方案均符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但是相比較筆者推薦方案二。因?yàn)榉桨付捎冒虢毓鉄艟?、燈桿加高，間距加大，燈桿投資減少，每公里燈具功率降低，視覺效果也優(yōu)于方案一，發(fā)光效率明顯要高。方案一燈桿過密，不美觀，并且投資及燈具功率相對較高。

2.2采用高效節(jié)能的光源及電氣

光源節(jié)能主要取決于它的發(fā)光效率，但也不能單純從光效出發(fā)，也應(yīng)根據(jù)顯色指數(shù)、使用壽命、啟動特性、價(jià)格等因素綜合考慮，合理應(yīng)用。

傳統(tǒng)路燈光源大都采用高壓鈉燈光源，它具有光效高、透霧性好，適合做路燈光源。但高壓鈉燈360度發(fā)光，光損失大的缺點(diǎn)造成了能源的浪費(fèi)。傳統(tǒng)的電感式高壓鈉燈鎮(zhèn)流器已被電子式高壓鈉燈鎮(zhèn)流器取代。電子式鎮(zhèn)流器的功耗大約只有光源的10%，這也是節(jié)能行之有效的一個(gè)好方式。不同截光型及不同廠家的燈具有不同的配光曲線、效率。當(dāng)然選擇時(shí)要盡量選擇有實(shí)力的品牌廠家的產(chǎn)品。

另外LED照明作為一種較新技術(shù)正迅猛發(fā)展，越來越多地應(yīng)用于各種照明領(lǐng)域中。它具有效率高、使用壽命長、顯色性好、驅(qū)動特性好、響應(yīng)速度快、抗震能力高等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在的控制技術(shù)可以任意控制LED燈的發(fā)光強(qiáng)度、顏色、燈具組合等。一個(gè)LED路燈要達(dá)到普通高壓鈉燈的亮度，所需功率只是傳統(tǒng)光源的1/2左右（這種說法只是廠家的指標(biāo)）。采用此光源可節(jié)省大量能耗。光效廠家稱可達(dá)到140lm/W或更高。實(shí)際了解到的數(shù)據(jù)是大約能達(dá)到100lm/W?？俊耙曈X理論”來提高照度的說法也很難成立。LED有它的缺點(diǎn)，主要是指向性（普遍形式是在燈具內(nèi)，在一個(gè)幾乎是平板的安裝面上，安裝上矩陣式的LED，這種設(shè)計(jì)方式是不可能得到良好的燈具配光的）、發(fā)熱大、光衰、單燈功率小等。現(xiàn)有的廠家稱單燈已能做到600W，實(shí)際是將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件集中在一起。這樣會造成更大的發(fā)熱量，嚴(yán)重影響到半導(dǎo)體元器件。散熱就需要增大散熱片，這樣燈具重量、體積也相應(yīng)增大，將帶來一系列問題。當(dāng)前每公里的電纜造價(jià)，LED燈要低于高壓鈉燈。但LED燈具相對造價(jià)高，LED燈桿安裝密度要高于高壓鈉燈。綜合來看，兩種光源造價(jià)相差不大。城市道路的主干路較少采用LED，而支路、小區(qū)內(nèi)、景觀、隧道、廣告等廣泛采用。當(dāng)前現(xiàn)階段國家還沒有LED燈的設(shè)計(jì)規(guī)范，大部分都是企業(yè)自己的指標(biāo)，選用依據(jù)性差。但隨著LED產(chǎn)品的不斷完善，光效的提高、有效的散熱措施等，筆者認(rèn)為LED將是今后的發(fā)展方向，逐步替代傳統(tǒng)照明產(chǎn)品的趨勢是必然的。

圖3　LED路燈晚間照明實(shí)際效果圖

圖3是LED路燈晚間照明實(shí)際效果照片?？梢钥闯鯨ED燈光源指向性很強(qiáng)，只有燈下較亮。均勻度較差。關(guān)于LED燈做為路燈光源的相關(guān)論述，基本上屬于“一家之言”。對此行業(yè)內(nèi)還有很多爭議，并無統(tǒng)一結(jié)論性意見。實(shí)景照片上LED路燈不是非常成功的例子，也不具有代表性。

燈具首先要滿足使用功能及照明質(zhì)量的要求，其次還有光學(xué)特性、眩光控制、造價(jià)、效率、運(yùn)行費(fèi)用、外觀（是否與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)）、耐腐蝕性（沿海地區(qū)）等特殊要求。另外要對照明電路進(jìn)行無功補(bǔ)償。減少照明光源的無功功率，降低照明線路的電能損耗。補(bǔ)償方式有兩種，其一是單燈補(bǔ)償，其二是集中補(bǔ)償。單燈補(bǔ)償是在燈具內(nèi)根據(jù)不同光源功率，在每盞燈上并聯(lián)不同值的電容器。集中補(bǔ)償是將電容器集中放于箱變或配電間內(nèi)?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)一般都同時(shí)考慮單燈補(bǔ)償與集中補(bǔ)償。

2.3照明系統(tǒng)上加節(jié)能控制設(shè)備及改變控制方式

此方式是節(jié)能的重點(diǎn)，也是討論現(xiàn)階段節(jié)能最為行之有效、可行的方式。

2.3.1智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)在對氣體放電燈實(shí)施自如調(diào)控的同時(shí)，可節(jié)能約30%左右，使光源及附件的壽命延長，實(shí)現(xiàn)照明最優(yōu)化的控制。圖4為典型帶節(jié)能器的路燈系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要有以下幾個(gè)方面的功能：

（1）軟啟動穩(wěn)壓功能

啟動電源為200V，避免高電壓、大電流直接沖擊燈具，可消除40%的燈具啟動浪涌。實(shí)時(shí)穩(wěn)壓，無論是220V穩(wěn)壓狀態(tài)還是節(jié)能狀態(tài)，都能保證輸出電壓精度在2%之間。解決了夜間過電壓照明造成的能源浪費(fèi)，有效地延長氣體放電燈的壽命，從而直接減少了燈泡的維修更換成本。

（2）節(jié)能

智能照明控制系統(tǒng)的節(jié)能功能在于，由選定的智能控制器發(fā)出指令，可設(shè)定不同的照明亮度，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段，不同照度，進(jìn)行分段節(jié)能。如：

時(shí)間設(shè)定：開機(jī)時(shí)間、關(guān)機(jī)時(shí)間；節(jié)能開始時(shí)間、節(jié)能關(guān)閉時(shí)間。

電壓設(shè)定：額定電壓、節(jié)能電壓。

（3）時(shí)控器

時(shí)控器可以是天文鐘、光控繼電器、可編程序控制器、時(shí)間發(fā)生器等。常用的是天文鐘，控制器內(nèi)嵌專業(yè)天文軟件，計(jì)算出一年每天的日出、日落時(shí)間，精確控制路燈的開關(guān)。智能控制器成本相對較高，半夜降壓也有一定的局限性。

圖4　典型帶節(jié)能器的路燈系統(tǒng)圖

2.3.2半夜減光

半夜減光是下半夜減少照明功率或減少照明燈具數(shù)量的措施。

（1）變功率：有的廠家的燈具內(nèi)自帶變功率功能。目前變功率鎮(zhèn)流器常用規(guī)格有400W/250W、250W/150W、150W/100W和100W/70W等，功率調(diào)整幅度在30%～40%，節(jié)電效果顯著，而且對路燈運(yùn)行影響小，是目前應(yīng)用在高壓鈉燈上效果較好的節(jié)電方式之一。但要統(tǒng)一控制所有燈具同時(shí)減光，需要多敷設(shè)一根控制纜。

（2）減少燈具：如機(jī)動車側(cè)設(shè)置兩套燈具，非機(jī)動車側(cè)設(shè)置一套燈具。下半夜時(shí)可減少一套機(jī)動車側(cè)的燈具，非機(jī)動車側(cè)的燈具也可以關(guān)掉。這種方法使得路燈照明均勻度不變、照度降低。控制簡單，投資少，見效快。

圖5　路燈控制接線圖

圖5所示的路燈控制接線圖是向道路兩側(cè)布線。三套開關(guān)對應(yīng)于全夜燈和半夜燈。這種接線簡單，不需額外增加電纜。按正常接線，無需增加設(shè)備，就可達(dá)到半夜減光目的。但也有缺點(diǎn)，開關(guān)接線處較混亂，需詳細(xì)核對接線。

圖6　帶接觸器的路燈控制接線圖

圖6是筆者設(shè)計(jì)中采用的接線方式。這種接線需要增加接觸器，但接線清晰。

以上兩種接線方式，均存在某相不平衡的問題。如果道路短，功率小，某相不平衡相差只有1/4。如果道路長，箱變較多，需要盡可能地進(jìn)行平均分配，使某相的不平衡可以忽略不計(jì)。在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中，很難做到三相完全平衡。

3　結(jié)語

以上是設(shè)計(jì)工作中遇到的幾種節(jié)能設(shè)計(jì)形式?，F(xiàn)階段半夜減少照明功率或減少照明燈具數(shù)量的方法，是最有效的節(jié)能措施。當(dāng)然一個(gè)好的設(shè)計(jì)也包括：合理選擇電纜截面，電纜截面大，壓降小、線損小，但投資高，附件成本提高，施工成本也相對提高。此外還需正確選擇變壓器容量等等。隨著技術(shù)的進(jìn)步、光源的發(fā)展以及控制的方式改進(jìn)，在設(shè)計(jì)中合理地綜合利用各種節(jié)能措施，路燈照明節(jié)能的效果將是非?？捎^的。

來瑞鵬（1963-），男，天津人，高級工程師?，F(xiàn)就職于天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，主要從事電氣與自控設(shè)計(jì)工作。

摘要：道路照明節(jié)能設(shè)計(jì)，主要從三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：采取合理的布燈方式、采用高效節(jié)能的光源及電氣、在照明系統(tǒng)上加節(jié)能控制設(shè)備及改變控制方式。文中給出了半夜燈的具體接線。

關(guān)鍵詞：節(jié)能設(shè)計(jì)；智能控制系統(tǒng)；半夜減光

Discussion on Energy-saving Design on Road-lighting

Abstract:Currently from energy-saving design on road-lighting,there are three basic areas to achieve the design requirements,(1)to apply reasonable lighting layout design;(2)to apply energy-saving lighting source and device;(3)to apply power-control devices on lighting system to improve energy saving.This article provides the detail connection method for mid-night lighting.

Key words:Energy-saving design; Intelligent control system; Midnight light

作者簡介

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1003-0492(2016)02-0083-03

中圖分類號：TP273