城市道路照明節(jié)能減排探討

洪曉明

城市道路照明節(jié)能減排探討

洪曉明

一、道路照明規(guī)劃實現(xiàn)節(jié)能

城市道路照明主要是滿足城市居民夜間出行和機動車夜間通行的需求，必須以保證城市公共安全為前提。城市照明首先應該實現(xiàn)夜間安全體系的重新構(gòu)建，道路照明作為室外功能照明的重要載體，對其進行科學合理、經(jīng)濟適用的規(guī)劃設計是實現(xiàn)城市照明節(jié)能減排的第一步。城市道路照明規(guī)劃涉及內(nèi)容主要包括以下幾方面：

（1）確定城市路網(wǎng)布局結(jié)構(gòu)、道路等級劃分情況；

（2）結(jié)合道路等級劃分情況，確定不同等級道路的照明標準；

（3）根據(jù)照明標準，依據(jù)相關(guān)規(guī)范標準，確定道路照明設施布局方案；

（4）根據(jù)布局方案，選擇道路照明光源類型、燈具類型等，結(jié)合光源、燈具等的相關(guān)光學參數(shù)，經(jīng)計算后，調(diào)整道路照明設施布局方案；

（5）確定照明設施布局后，進行照明負荷估算，進行照明供電系統(tǒng)方案規(guī)劃。

二、降低路面亮度（照度）節(jié)能

通常，城市道路凌晨（深夜）過后車流量、人流量都大幅度下降。因此，適當?shù)亟档土璩亢蟮恼彰髁炼瓤梢詼p小路燈耗電，實現(xiàn)節(jié)能。

為實現(xiàn)城市道路照明，上半夜保持足夠的路面照度，而在深夜降低路面照度，曾探索了多種方法。目前常用的方法有三種：

（1）采用雙光源燈具，深夜時關(guān)閉一只光源（以下簡稱措施一）；

（2）采用能在深夜自動降低光源功率的裝置（以下簡稱措施二）；

（3）關(guān)閉不超過半數(shù)的燈具，但不得關(guān)閉沿道路縱向相鄰的兩盞燈具（以下簡稱措施三）。

措施一，要求燈具為雙光源燈具，光源及相應配套電器應有兩套，即兩個鎮(zhèn)流器、兩個電容器、兩個觸發(fā)器、兩個燈泡，這勢必增加電器數(shù)量，而且采購成本和維護成本增加。雙光源燈具在深夜時關(guān)閉一只光源，目前主要有兩種方式。方式a，每根路燈接入兩回分別引自全夜燈回路和半夜燈回路的供電電纜，每套雙光源燈具內(nèi)的兩個光源分別接至不同的供電回路；控制柜內(nèi)設置光電控制器、時鐘控制器或微電腦控制器，控制全夜燈回路接觸器和半夜燈回路接觸器的開關(guān)時間，便可實現(xiàn)深夜關(guān)閉雙光源燈具中半夜燈的要求，實現(xiàn)節(jié)能；采用該方式除增加燈具內(nèi)電器外，控制柜內(nèi)需增設接觸器，而且每根路燈需增加一根電纜，成本增加24%左右（本文計算成本時，按每根路燈綜合造價1萬元計算）。方式b，在燈具內(nèi)安裝定時控制器控制，深夜時關(guān)閉其中一盞燈的供電系統(tǒng)；采用該方式，成本增加5%左右?？梢?，采用措施一建設工程造價增加較多。

措施二，要求深夜降低光源功率，可采用有載調(diào)壓變壓器和雙功率鎮(zhèn)流器。

雙功率鎮(zhèn)流器也叫變功率鎮(zhèn)流器，在保持電源電壓不變的情況下，通過降低燈電流的方法來實現(xiàn)節(jié)能。此類鎮(zhèn)流器都有兩個檔位，對應兩種容量，從而可實現(xiàn)兩種電流供電。

一般地，從開燈至夜晚12點，流過鎮(zhèn)流器的電流為全電流，夜晚12點之后（即深夜），流過鎮(zhèn)流器的電流為全電流的60%左右。因電源電壓不變，在COSΦ基本不變的前提下，根據(jù)公式P=U×I×COSΦ，可知P與I成正比變化，光源功率也降至原功率的60%左右。采用此種節(jié)能方式時，變功率鎮(zhèn)流器內(nèi)配置一套控制器以實現(xiàn)功率變化，而且按目前市場上已有的變功率鎮(zhèn)流器性能要求，觸發(fā)器和補償電容都應與之配套，以保證技術(shù)上的完整性。

按目前市場報價，變功率鎮(zhèn)流器的價格較普通電感式鎮(zhèn)流器的價格稍高一些，成本增加約為單根路燈造價的1%左右，其造價增加較措施一和措施三來說都是較低的。

措施三，要求深夜時間隔亮燈，要達到這一效果可以有多種方式，就不一一贅述。

根據(jù)以上比較分析可知，采用措施二中的變功率鎮(zhèn)流器是最優(yōu)的。既可有效節(jié)能，又滿足道路照明的功能要求，需要增加的建設工程造價僅1%左右，幅度很小。

三、工程案例

凱旋路為金華市城市主干路（圖1），其照明設計參數(shù)如下（均為維持值）：平均亮度：Lav=2.0cd/m2；總亮度均勻度：Uo≥0.4；平均照度：Eav=30lx；均勻度：UE≥0.4；閾值增量：TI(%)≤10；照明功率密度值（LPD）（W/m2）：1.00（車道數(shù)≥6條）。交會區(qū)照明設計參數(shù)如下（均為維持值）：平均照度:Eav=30lx；均勻度：UE≥0.4；非機動車道、人行道照度不小于5lx。

圖1 路燈標準橫斷面

1.光源對比選擇

本次設計主要考慮高壓鈉燈與LED燈兩種光源的選擇。參數(shù)對比見表1

表1 高壓鈉燈與LED燈主要技術(shù)參數(shù)對比表

LED燈具有壽命長，節(jié)能，維護費用低，顯色性強，能還原事物的本來面貌等特點，符合現(xiàn)在提倡的節(jié)能減排的環(huán)保理念。高壓鈉燈色溫較低，為暖色性光線，在大霧天氣，所散發(fā)出的光線穿透性強，從設計到施工各方面的技術(shù)已經(jīng)相當成熟。

在缺點方面，高壓鈉燈不夠環(huán)保，使用壽命短，維護費高。LED燈價格較高、光效較低，行業(yè)標準不完善，質(zhì)量參差不齊。

綜上考慮本次路燈設計照明燈具選用LED新型光源、半截光型燈具。光源、電源等一體化安裝在燈殼內(nèi)。燈具防護等級不小于IP65，色溫均不高于4000K，燈具發(fā)光效率不低于100W/lm，L70指標不低于20000H。

2.照明設置

采用雙臂LED路燈，兩側(cè)非機動車道分隔帶內(nèi)對稱布置，桿高10米/8米，功率為180W/60W，縱向間距30米左右均勻設置。

3.節(jié)能措施

（1）選擇燈具時，在滿足燈具相關(guān)標準以及光強發(fā)布和眩光限制要求的前提下，選擇發(fā)光效率高、衰減慢、反射率好、顯色性合適、使用壽命長的照明光源和燈具，提高道路照明照度值和景觀照明效果，降低運行維護成本。燈具效率不低于70%。

（2）道路照明燈具實行半夜節(jié)能運行方式，在不影響道路安全及社會治安的前提下，在車流量較少的下半夜期間，通過限流方式，降低道路照明燈具的光源輸出功率，達到節(jié)能目的。

（3）根據(jù)道路線形及斷面，合理布設箱式變電站及燈具，縮短低壓供電線路的長度，達到降低線路損耗。變壓器選擇時選用損耗較低的環(huán)氧樹脂澆注變壓器，達到節(jié)能目的。

（4）燈具防護等級不低于IP55，維護系數(shù)不低于0.7。

（5）嚴格控制照明功率密度值（LPD）。

（6）變壓器負載率控制在50%～70%之間。

（作者單位：上海市政工程設計研究總院集團浙江市政設計院有限公司）