昆山城市道路照明改造

王俊寒 上海復(fù)旦規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200433

0 引言

隨著城市化步伐的加快，道路照明的更新?lián)Q代已刻不容緩，道路照明如何優(yōu)質(zhì)高效的節(jié)能改造更是市政建設(shè)中精細(xì)化的需求。道路節(jié)能改造是一項(xiàng)長(zhǎng)久工程，在實(shí)施前期有必要投入相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和勘察等技術(shù)工作，細(xì)化到每條道路、每個(gè)點(diǎn)位不同路況的詳細(xì)方案。節(jié)能并非一味地追求降低功率、提升光效，更要從實(shí)際路況角度出發(fā)，制定相應(yīng)的合理改造計(jì)劃。LED路燈燈具需要從戶外防護(hù)性能、散熱、配光、維護(hù)等多重因素考慮，在一些景觀道路中也需要加入美觀元素，結(jié)合燈具特點(diǎn)制定新型的 LED路燈燈具造型，增強(qiáng)道路整體的美觀性。

1 建設(shè)背景

當(dāng)前，節(jié)能型照明燈具的使用已經(jīng)是我國乃至全球?qū)嵭泄?jié)能改造，提高電能應(yīng)用的重要舉措。歐洲、北美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)以法律法規(guī)的形式規(guī)定在一定年限內(nèi)全部禁用白熾燈。作為替代傳統(tǒng)光源的新一代節(jié)能環(huán)保光源，LED是目前解決照明節(jié)能的最佳選擇。

環(huán)保節(jié)能是刻不容緩的工作，為了給我們的子孫后代留下良好的生存環(huán)境，LED的發(fā)展是一個(gè)趨勢(shì)，后續(xù)應(yīng)有更加節(jié)能更加環(huán)保的新燈具不斷更迭。人類只有一個(gè)地球，保護(hù)地球是人類的天職，把經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的幸福感緊密聯(lián)系起來，體現(xiàn)光環(huán)境的舒適性、從亮化向健康光的變革，提質(zhì)增效，生態(tài)環(huán)保。

2 設(shè)施現(xiàn)狀

昆山市道路照明在2016年之前，道路照明光線昏暗、均勻度不足、道路夜間暗影較重，傳統(tǒng)的高壓鈉燈顯色指數(shù)低，光色暗黃使駕駛環(huán)境失真。

2016年，昆山市對(duì)中環(huán)內(nèi)及中環(huán)外重點(diǎn)道路照明進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改造，對(duì)之前未滿足道路照明標(biāo)準(zhǔn)的道路、未安裝路燈的市區(qū)小支路分批設(shè)計(jì)改造。通過兩年集中改造，市區(qū)道路照明需滿足城市道路照明標(biāo)準(zhǔn)，城市的主要橫縱干線道路要滿足城市交通安全需求。

在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，目前的昆山市的路燈主要使用高壓鈉燈，存在耗能高、效率低、使用壽命短、維護(hù)成本高等問題。高壓鈉燈的色溫低，只有2 000～2500K，光線向四處發(fā)射，有很大一部分光無法到達(dá)路面。并且，高壓鈉燈的顯色指數(shù)只有20～40，感覺昏暗。原來道路為了取得好的照明效果，都采用的是過度照明。一般路燈常用150 W、250 W、400 W幾種，加上鎮(zhèn)流器等配件，使得鈉燈的實(shí)際功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于燈泡的功率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，150 W高壓鈉燈的實(shí)際功耗超過220W，250W高壓鈉燈的實(shí)際功耗超過350W，400 W高壓鈉燈的實(shí)際功耗超過500 W。高壓鈉燈燈泡的設(shè)計(jì)壽命是5年（即24000h），但由于鈉燈組件鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器和電控設(shè)備等壽命影響，致使實(shí)際平均使用壽命只有5000h，運(yùn)行的維護(hù)成本非常高。高壓鈉燈在工作狀態(tài)下，燈具溫度高，突遇下雨或下雪，燈具玻璃爆裂的情況時(shí)有發(fā)生。

針對(duì)以上問題，采用LED路燈替代傳統(tǒng)光源路燈勢(shì)在必行。

3 實(shí)施建設(shè)

本次改造原則盡量不改變?cè)械臒粑徊贾?、線路等，通過一燈一替換達(dá)到節(jié)能改造目的。采用LED路燈照明后，照度達(dá)到國家道路照明標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)良好的照明效果。

排查改造道路路燈桿銹蝕情況，現(xiàn)場(chǎng)收集改造道路條件、施工環(huán)境、燈桿間距、安裝高度等信息。采用模擬燈光設(shè)計(jì)，選配合適的燈具功率和配光角度，在有條件的情況下進(jìn)行安裝試樣測(cè)量照明數(shù)據(jù)。

所有選用的LED路燈燈具需具備防水性好、散熱性佳、維護(hù)便捷等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備性能需穩(wěn)定可靠。燈具需配置單燈控制器，單燈控制器需具備遠(yuǎn)程獨(dú)立開關(guān)、調(diào)光功能，并可對(duì)電流、電壓、功率、漏電壓、電能等數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程讀取，且具備意外亮滅燈、傾斜、漏電等故障信息主動(dòng)上報(bào)。控制器與現(xiàn)有路燈控制中心系統(tǒng)需兼容匹配，實(shí)現(xiàn)管理的統(tǒng)一。

改造實(shí)施依據(jù)CJJ 45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中機(jī)動(dòng)車道照明標(biāo)準(zhǔn)值，見表1[1]。

表1 機(jī)動(dòng)車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值[1]

4 青陽北路改造

青陽北路是昆山市區(qū)主干道路，是南北進(jìn)出城區(qū)的主要交通道路。主路為雙向4車道，原在使用老舊250 W+150 W高壓鈉燈照射，色溫為2 845 K，道路實(shí)測(cè)最大照度為7.9 lx，最小照度為1.2 lx，平均照度僅4.2lx，均勻度0.28。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)道路基本無亮度，僅靠周邊商業(yè)環(huán)境光反射辨別道路，整體道路昏暗已經(jīng)嚴(yán)重影響交通安全，更談不上滿足道路照明標(biāo)準(zhǔn)。改造前鈉燈道路照明效果和實(shí)測(cè)照度數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 改造前鈉燈道路照明效果和照度分布圖

為改善城市環(huán)境，青陽北路路燈改造迫在眉睫，在2017年優(yōu)先對(duì)青陽北路道路路燈進(jìn)行改造，將原有老舊低光效的高壓鈉燈全部更換為新的高光效節(jié)能型配光LED燈具，色溫為3 015 K，機(jī)動(dòng)車道燈具功率130W，非機(jī)動(dòng)車道燈具功率90W。改造后LED道路照明效果和實(shí)測(cè)新LED路燈照度數(shù)據(jù)如圖2所示，其中最大照度為52.1 lx，最小照度為25.2 lx，平均照度為37.8 lx，均勻度提高到0.67。

圖2 改造后LED道路照明效果和照度分布圖

本次改造單柱路燈節(jié)能180 W，占比45%，照度提升33.6 lx，提升比800%，均勻度提升0.39，提升比 139%。路燈改造大大提升了青陽北路道路昏暗狀況，新路燈采用新的配光角度以配合交叉布燈方式，不僅滿足道路照度均勻度，道路照度也超過招標(biāo)時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)先進(jìn)路燈標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際運(yùn)行中，利用單燈控制技術(shù)改變路燈運(yùn)行功率，實(shí)現(xiàn)二次節(jié)能，延長(zhǎng)燈具壽命。單柱路燈節(jié)省了近45%的電能，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保高效的昆山路燈改造的設(shè)計(jì)原則。

5 前進(jìn)東路改造

前進(jìn)東路作為昆山市區(qū)重要主干道路，原在使用老舊400 W+250 W高壓鈉燈色溫為2 853 K。前進(jìn)東路主路為雙向6車道，改造前道路實(shí)測(cè)最大照度為21.2lx，最小照度為3.2 lx，平均照度僅11.6 lx，均勻度0.28，與城市道路照明標(biāo)準(zhǔn)快速路、主干路平均照度20/30lx、均勻度最小值0.4相差甚遠(yuǎn)。改造前鈉燈道路照明效果和實(shí)測(cè)照度數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 改造前鈉燈道路照明效果和照度分布圖

前進(jìn)東路未能滿足車輛駕駛員及行人良好的視覺環(huán)境，對(duì)交通安全和交通效率造成影響。為方便市民生活，創(chuàng)造美好城市環(huán)境，在2018年對(duì)前進(jìn)東路道路路燈進(jìn)行改造，將原有腐銹強(qiáng)度不高的燈臂全部更換新的燈臂。燈具更換為高光效寬路面配光的 LED燈具，色溫為3010K。機(jī)動(dòng)車道燈具功率220W，非機(jī)動(dòng)車道燈具功率120 W，頂部LED裝飾燈具功率3W。改造后LED道路照明效果和實(shí)測(cè)新LED路燈照度數(shù)據(jù)如圖4所示，其中最大照度為53.6 lx，最小照度為25.0lx，平均照度為36.7lx，均勻度提高到0.68。

本次改造單柱路燈節(jié)能310 W，占比47%，照度提升25.1 lx，提升比216%，均勻度提升0.4，提升比142%。路燈改造改變了原來前進(jìn)東路照度低、視覺感差的狀況，新路燈不僅改善了道路照度均勻度，也節(jié)省了近47%的電能，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保高效的昆山路燈改造的設(shè)計(jì)原則。

圖4 改造后LED道路照明效果和照度分布圖

6 馬鞍山路改造

馬鞍山路是昆山市區(qū)重要主干道路，是中心城市至陽澄湖的景觀大道。原有路燈樣式是具有景觀特色的叉臂式燈型，白天效果美觀，但夜間道路照度及均勻度卻不能滿足照明標(biāo)準(zhǔn)。原舊路燈采用鈉燈照射，色溫為2200K。改造前鈉燈道路照明效果和實(shí)測(cè)照度數(shù)據(jù)如圖5所示，其中最大照度為49.0 lx，最小照度為3.9 lx，平均照度為22.3 lx，均勻度僅0.18。

圖5 改造前鈉燈道路照明效果和照度分布圖

舊路燈是內(nèi)嵌式筒燈光源，該燈具因反射器限制，導(dǎo)致燈具配光失衡形成中間暗區(qū)，整體觀測(cè)猶如黑色斑馬紋，視覺感極差。馬鞍山路路燈燈具特殊，改造過程中既需保證原有白天的景觀效果，又能實(shí)現(xiàn)夜間的照明標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)難題在路燈設(shè)計(jì)中進(jìn)行了十幾次模擬中得到解決。初設(shè)3款路燈配光及樣式，在大批量生產(chǎn)前進(jìn)行安裝試樣，并實(shí)測(cè)照度后最終選取了1款路燈燈具定型。新燈具保留了原有路燈樣式和底部的透明罩，基本與原舊路燈樣式和尺寸一致。

馬鞍山路原路燈建設(shè)將近十年，路燈桿表面漆面斑斑駁駁，燈臂鋼絲繩老化腐銹，燈臂的連接處也出現(xiàn)不同程度的腐蝕。在2018年改造計(jì)劃中，將原有老舊燈臂全部更換成新的燈臂，設(shè)計(jì)人員和昆山路燈所協(xié)同合作，梳查全線近10 km燈臂規(guī)格，整合設(shè)計(jì)新的燈臂替換原有3種不同規(guī)格燈臂，做成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以便后期維護(hù)。改造后的路燈為L(zhǎng)ED，色溫為3040K。改造后LED道路照明效果和實(shí)測(cè)新LED路燈照度數(shù)據(jù)如圖6所示，其中最大照度為65.1 lx，最小照度為21.0 lx，平均照度為38.3 lx，均勻度提高到0.55。

圖6 改造后LED道路照明效果和照度分布圖

本次改造單柱路燈節(jié)能120 W，占比37%，照度提升16 lx，提升比 71%，均勻度提升 0.37，提升比205%。改造后道路不再有斑馬紋，整體亮度也提升很多，同時(shí)也保持了白天的特色景觀效果。

7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

中環(huán)內(nèi)及中環(huán)外重點(diǎn)道路橫縱主干線前進(jìn)路、蕭林路、合興路、長(zhǎng)江路、青陽路、周市高新區(qū)等各支路共計(jì)64條道路，改造路燈10 263盞。

本次改造全部使用了高光效LED路燈產(chǎn)品，光效達(dá)120 lm/W以上。綜合每盞節(jié)能型LED路燈代替高壓鈉燈，可以節(jié)省運(yùn)行功率46%，節(jié)能比例對(duì)比如圖7所示。

圖7 節(jié)能比例對(duì)比

根據(jù)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，每節(jié)約1度電，就相當(dāng)于節(jié)省了0.327 kg煤的能耗和4 L凈水，同時(shí)還減少了0.96 kg CO2和0.03 kg SO2的排放。使用1 000度電的“碳足跡”是960 kg，需要栽植2.6棵樹進(jìn)行“碳中和”。

按改造路燈10263盞計(jì)，共計(jì)節(jié)能942.7kW，以每天開啟11h計(jì)，共計(jì)節(jié)能10369.6kW/d，全年節(jié)能約378.49×104kW·h。按市政用電0.74元/度計(jì)，每年度共節(jié)省電費(fèi)約280.08萬元。年度能耗對(duì)比如圖8所示。

圖8 年度能耗對(duì)比

經(jīng)過兩年來的路燈節(jié)能改造，部分道路新增了路燈后，總體的電費(fèi)支出成下降趨勢(shì)。年度用電量對(duì)比如圖9所示。

綜上所述，LED路燈在保持合理亮度的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能，減輕昆山城市電網(wǎng)壓力，從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益等多方面的共贏。

圖9 年度用電量對(duì)比

8 結(jié)語

昆山市中心城區(qū)及中環(huán)外主要道路過去一直存在老舊路燈結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料老化過時(shí)、維修費(fèi)用高昂等問題，違背了節(jié)能減排的環(huán)保理念。歷經(jīng)2年約1萬盞路燈改造后，大大提升了中心城區(qū)及通往區(qū)鎮(zhèn)主道路的夜間照明環(huán)境。本次改造總投資3 500萬元，分兩年逐步實(shí)施，其中燈具改造投資占81%，燈桿、基礎(chǔ)及電纜等更換占19%。本次改造將原老舊高壓鈉燈、金鹵燈燈具更換為最新節(jié)能型LED燈具，改善了一些小支路無路燈的現(xiàn)狀，刷新及更換了新的路燈桿，大大提高了市民夜間出行環(huán)境。

本次路燈改造一方面響應(yīng)了國家提倡的“綠色照明、節(jié)能環(huán)?！钡奶?hào)召；另一方面在改善夜間照明水平的同時(shí)，節(jié)約了大量的電費(fèi)，有效減少了政府財(cái)政支出，提升了城市夜景環(huán)境。