道路照明工程中利用系數(shù)法的應(yīng)用和改進(jìn)

鄭 悅

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 鄭州分院, 河南 鄭州 450001)

0 引 言

近年來,隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加速,我國(guó)城市照明的發(fā)展十分迅速,市政道路照明負(fù)荷逐年遞增,己經(jīng)成為城市能源的消費(fèi)“大戶”[1-3]。為積極落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排政策,走綠色、環(huán)保、節(jié)能的發(fā)展道路[4],就要盡可能地節(jié)約能耗,降低能源投入。因此,市政照明不僅要滿足相關(guān)規(guī)范的要求,還要實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保,這對(duì)道路照明設(shè)計(jì)提出更高的要求。

1 市政道路照明設(shè)計(jì)過程

目前,市政道路照明設(shè)計(jì)過程主要有如下方面:

(1) 明確照明需求。根據(jù)道路專業(yè)提供的道路等級(jí)、平面圖及橫斷面圖等相關(guān)資料,明確該路段的照明需求。

(2) 明確照明參數(shù)。依據(jù)CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[5]3.3章節(jié)的相關(guān)要求,確定該路段照明應(yīng)達(dá)到的路面亮度、路面照度、最小眩光值等照明參數(shù)。

(3) 確定照明及布燈方式。

① 根據(jù)道路布置情況、道路寬度,合理設(shè)置道路照明燈具的布置方式、照明間距、燈桿高度、懸挑長(zhǎng)度、燈具仰角。常規(guī)照明燈具布置有單側(cè)布置、雙側(cè)布置(交錯(cuò)、對(duì)稱)、中心對(duì)稱布置和橫向懸索布置。照明燈具的間距依據(jù)實(shí)際道路寬度、布燈方式、燈具安裝高度、懸挑長(zhǎng)度等要求,遵循CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中表5.1.3的相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

② 光源選擇及照度計(jì)算。目前,市政道路照明光源一般選用高壓鈉燈、LED燈。高壓鈉燈光效高,顯色指數(shù)Ra較低,光穿透力相對(duì)較強(qiáng);LED光源體積小,控制靈活,節(jié)能效果明顯,但光穿透力相對(duì)較弱。因此,應(yīng)視道路所在區(qū)域的實(shí)際環(huán)境來選擇照明光源,一般少霧、能見度常年較高的路段,建議采用LED光源;多霧地區(qū),建議選用高壓鈉燈。根據(jù)路燈布置方式、光源類型以及照明參數(shù)要求,通過照度計(jì)算得到每盞路燈的功率值,確定路燈功率后還需對(duì)照明功率密度值(LDP)進(jìn)行校驗(yàn)。

(4) 確定路燈控制方式。路燈照明可采用手控、光控、時(shí)光控等控制方式,傳統(tǒng)多為整段路燈奇偶控制或單側(cè)控制。目前,新型路燈控制器可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)光及單燈控制,可根據(jù)項(xiàng)目具體要求設(shè)置控制方式。

(5) 供配電設(shè)計(jì)。常用的城市道路照明供電電壓為交流380/220 V,供電電源來自市政10 kV公網(wǎng),宜設(shè)路燈專用10/0.4 kV箱式變電站為城市道路照明燈具供電,一般每隔1.6～2.0 km設(shè)1座變電站。市政道路照明低壓系統(tǒng)一般采用TN-S系統(tǒng)和TT系統(tǒng),要求任意一點(diǎn)的接地電阻≤4 Ω。

2 照度計(jì)算及工具改進(jìn)

在上述道路照明設(shè)計(jì)過程中:路段照明需求及參數(shù)相關(guān)規(guī)范中均有明確要求,路燈布置方式可根據(jù)道路具體情況合理選擇,路燈控制方式通常根據(jù)項(xiàng)目相關(guān)規(guī)劃及要求進(jìn)行配置,供配電設(shè)計(jì)也有有效且通用的設(shè)計(jì)及計(jì)算方法。只有照度計(jì)算沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方式,計(jì)算方法多且差異大,這對(duì)整個(gè)路段的照度、均勻度、眩光有直接影響,也是目前道路照明照度普遍偏高的部分原因。

2.1 照度計(jì)算方法

2.1.1 單位容量法

單位容量法根據(jù)路燈具體配置來計(jì)算每盞燈的等效照射面積,進(jìn)而確定每盞燈的功率。

2.1.2 利用系數(shù)法

利用系數(shù)法基于傳統(tǒng)照明理論研究,是較為準(zhǔn)確的工程設(shè)計(jì)照度計(jì)算方法。根據(jù)照度的定義式[6],得到路面平均照度的計(jì)算公式:

(1)

Weff=WS-nXL

青貯飼料的乳酸菌多樣性受青貯原料種類的影響，不同原料青貯乳酸菌分類鑒定報(bào)道主要有乳桿菌、片球菌、明串珠菌、腸球菌、乳球菌、鏈球菌以及魏斯特氏菌7個(gè)屬[14-15]。試驗(yàn)分離出的4株乳酸菌用形態(tài)觀察及生理生化鑒定方法不能把這些菌株鑒定到種的水平。16S rDNA同源序列分析方法常應(yīng)用于微生物種和亞種的鑒定，當(dāng)2個(gè)鑒定種間的16S rDNA序列同源性大于97.5%，可認(rèn)為是同一種菌[16-17]。把提取的乳酸菌DNA進(jìn)行16S rDNA序列擴(kuò)增，測(cè)序結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)菌株對(duì)比，4株菌的16S rDNA 序列與參考菌株的16S rDNA 序列相似性都在99%，因此，可以認(rèn)為鑒定結(jié)果準(zhǔn)確。

XL≤0.25H

式中:Eav——路面平均照度,lm/m2;

F——路燈光源的額定光通量,lm;

Weff——路面有效寬度,m;

S——相鄰兩燈具間安裝間距,m;

WS——路面實(shí)際寬度,m;

N——路燈單側(cè)排列時(shí)取1,雙側(cè)排列時(shí)取2,在路中間排列時(shí)取0;

XL——懸挑長(zhǎng)度,燈具的光中心至鄰近一側(cè)路緣石的水平距離,通常為燈具伸出路緣石的水平距離,m;

H——燈具安裝高度,燈具的光中心至路面的垂直距離,m。

實(shí)際工程應(yīng)用中,燈具照射到路面的光通量與路燈安裝方式、布置情況、道路情況、燈具維護(hù)情況有關(guān),因此在計(jì)算F時(shí)需要引入系數(shù)矯正,包括利用系數(shù)U、維護(hù)系數(shù)、排列系數(shù),其中U為直接照在路面上的光通量與全部光源發(fā)出的光通量的比值[7]。LED路燈照明設(shè)計(jì)中利用系數(shù)U取值如表1所示。

表1 LED路燈照明設(shè)計(jì)中利用系數(shù)U取值

式(1)經(jīng)系數(shù)矯正后變?yōu)?/p>

(2)

其中,K為光損失因子,指燈具經(jīng)過一段時(shí)間工作后,照明系統(tǒng)在作業(yè)面上產(chǎn)生的平均照度與系統(tǒng)新安裝時(shí)平均照度的比值,當(dāng)燈具防護(hù)等級(jí)≥IP 65時(shí)K取0.7,當(dāng)燈具防護(hù)等級(jí)

根據(jù)式(2),可得路燈光源的額定光通量為

(3)

從以上計(jì)算過程可以看出,利用系數(shù)法計(jì)算過程較復(fù)雜,給實(shí)際工程設(shè)計(jì)帶來諸多不便。

2.2 工具改進(jìn)

針對(duì)利用系數(shù)法計(jì)算過程參數(shù)多、公式繁瑣等特點(diǎn),使用Viusal C++ 6軟件開發(fā)制作一套照度計(jì)算軟件。該軟件基于Windows的微軟基礎(chǔ)類庫框架,創(chuàng)建對(duì)話框添加列表視圖控件、編輯框控件等,將計(jì)算公式及各參數(shù)編寫到軟件中,將U放入一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)二維數(shù)組中,再通過判斷語句比較、判斷等數(shù)據(jù)操作。設(shè)計(jì)人員只需在界面中輸入或?qū)隕av、WS、H、S值,就能通過該軟件自動(dòng)查表、分析,自動(dòng)計(jì)算出所需LED燈具功率值等數(shù)值。根據(jù)光效及利用系數(shù)的不同,也可很方便地得到相應(yīng)鈉燈的功率選擇,有效降低設(shè)計(jì)人員的工作量,提高計(jì)算的準(zhǔn)確度。照度計(jì)算軟件界面如圖1所示。

圖1 照度計(jì)算軟件界面

3 工程實(shí)例

3.1 項(xiàng)目情況

某段市政道路改建工程中需要為路段機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車及人行道的功能照明進(jìn)行設(shè)計(jì),道路總寬為58.5 m,形式為人行道(4.0 m)+綠化帶(2.5 m)+非機(jī)動(dòng)車道(7 m)+側(cè)分帶(3.75)+機(jī)動(dòng)車道(11.5 m)+機(jī)動(dòng)車道(11.5 m)+側(cè)分帶(3.75)+非機(jī)動(dòng)車道(7 m)+綠化帶(2.5 m)+人行道(4.0 m),該地區(qū)少霧,常年能見度較好。

3.2 明確該路段照明參數(shù)

該路段為城市主干路,依據(jù)CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的道路照明標(biāo)準(zhǔn)值,對(duì)于機(jī)動(dòng)車道,路面平均亮度為2.0 cd/m2,路面平均照度為30 lx,總均勻度≥0.4,照度均勻度≥0.3,眩光限制閾值增量≤10%;對(duì)于非機(jī)動(dòng)車道及人行道,路面平均照度為15 lx。

3.3 確定照明及布燈方式

根據(jù)道路形式及現(xiàn)有條件,確定燈桿立于非側(cè)分帶內(nèi),采用雙臂路燈,機(jī)動(dòng)車道為雙側(cè)對(duì)稱布置,非機(jī)動(dòng)車道及人行道為單側(cè)布置。燈桿高為12 m,燈具安裝高度為12 m,燈具間距約為30 m,懸挑長(zhǎng)度為2 m,燈具安裝角度為10°。

3.4 照度計(jì)算

(1) 單位容量法。根據(jù)具體布燈情況,計(jì)算得到機(jī)動(dòng)車道照射面積為345 m2,非機(jī)動(dòng)及人行道照射面積為405 m2。根據(jù)單位容量經(jīng)驗(yàn)值,確定30 lx機(jī)動(dòng)車道的路燈功率為0.8 W/m2;15 lx非機(jī)動(dòng)車道的路燈功率為0.4 W/m2。因此,機(jī)動(dòng)車道選擇280 W的LED 燈具,非機(jī)動(dòng)車道選擇180 W的LED燈具。檢驗(yàn)LDP值后,可滿足主干道1.0 W/m2的要求。

(2) 利用系數(shù)法。機(jī)動(dòng)車道,Eav=30 lx,WS=26.75 m,S=30 m,H=12 m;非機(jī)動(dòng)車道及人行道,Eav=15 lx,WS=15.3 m,S=30 m。將以上參數(shù)分別輸入計(jì)算軟件中,得到機(jī)動(dòng)車道側(cè)的F=16 071 lm,非機(jī)動(dòng)側(cè)的F=10 687 lm。選取目前市面上80 lm/W的LED燈具,得出機(jī)動(dòng)車道可選擇200 W的LED燈具,非機(jī)動(dòng)車道選擇150 W的LED燈具。檢驗(yàn)LDP值后表明,可滿足主干道1.0 W/m2的要求。

4 結(jié) 語

對(duì)于同一工程項(xiàng)目,在相同的道路燈具布置方案下,照度計(jì)算通過單位容量法和利用系數(shù)法都能得到相應(yīng)的路燈功率配置方案。對(duì)比兩種計(jì)算方法可知,單位容量法計(jì)算簡(jiǎn)單,但過于依賴設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),缺少理論依據(jù),而當(dāng)今燈具市場(chǎng)發(fā)展迅速,燈具性能日趨優(yōu)良,該方法越發(fā)顯得保守;利用系數(shù)法在滿足規(guī)范要求的前提下,燈具的配置方案更加節(jié)能、合理,雖然計(jì)算過程較繁復(fù),但通過改進(jìn)計(jì)算工具能有效提高計(jì)算效率。

收稿日期：2018-04-26