某水利工程道路照明的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊學(xué)沛

在確定一條道路上需要多少燈具，燈具類型選擇之前，首先要確定所要設(shè)計(jì)工程中的道路類型和等級，并據(jù)此提供相應(yīng)的照明設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合所在水利工程實(shí)際，就車速、車流量、交通構(gòu)成、不同類型交通車道隔離狀況、道路交匯區(qū)分布密度、周圍環(huán)境的亮度情況等多個方面，進(jìn)行實(shí)地考察，將每個因素定量化，并在燈具選擇時體現(xiàn)綠色、節(jié)能、環(huán)保照明理念，以實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約、環(huán)境友好和照明品質(zhì)的目標(biāo)。

1.根據(jù)道路等級選擇燈具

1.1 計(jì)算依據(jù)

根據(jù)道路的交通功能和對周圍居住的百姓的服務(wù)功能等。道路的劃分主要可以歸納為以下5 種類型包括：快速路、主干路、次干路、支路、居住區(qū)道路。

工程為水庫堤頂路照明設(shè)計(jì)，堤頂路總長度為10530m。根據(jù)實(shí)際情況調(diào)查，堤頂路為兩個大型村鎮(zhèn)之間的連接路，在功能上可劃分為次干路。

1.2 平均照度計(jì)算公式

道路照明工程為燈具均勻分布的戶外照明情況，在計(jì)算平均照度的時候一般采用利用系數(shù)法，利用該方法計(jì)算的結(jié)果比較準(zhǔn)確。

利用系數(shù)曲線法，計(jì)算公式為Eav=ΦUKN/SW。

道路照度計(jì)算公式：

式中：

Eav—路面上的平均照度，lx；Φ—光源光通量，lm；

U—利用系數(shù)，根據(jù)燈具安裝高度、懸臂長度和仰角，從《照明設(shè)計(jì)手冊》P407,燈具利用系數(shù)曲線圖中查得，（此次計(jì)算取0.6）；

K—維護(hù)系數(shù)，（室外環(huán)境，維護(hù)系數(shù)為0.65）；

N—光源數(shù)量；

S—道路寬度；

W—燈桿間距。

1.3 平均照度計(jì)算過程

根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45-2015）4.1.1 次干路和支路可選擇高壓鈉燈、發(fā)光二極管或陶瓷金屬鹵化物等。設(shè)計(jì)選用發(fā)光二極管（LED）燈光源。僅計(jì)算路面平均照度及照明功率密度。

光源光通量根據(jù)選用的燈具廠家提供的數(shù)據(jù)：35WLED 路燈取3150lm；燈具利用系數(shù)，LED 燈取0.6；維護(hù)系數(shù)，LED 燈取0.65。

機(jī)動車道路寬度6m，路燈采用兩側(cè)對稱布置，間距25m，路燈間距25m。

機(jī)動車道照度（次干路）

1.4 功率密度計(jì)算

計(jì)算公式：

LPD—照明功率密度;

∑P—裝設(shè)光源的功率和鎮(zhèn)流器；

S—道路面積。

機(jī)動車及人行道道路功率密度計(jì)算：

2.照明節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)概述

我國早在上世紀(jì)九十年代就已經(jīng)開始準(zhǔn)備啟動綠色照明的計(jì)劃，并隨后正式制定推出了《中國綠色照明工程實(shí)施方案》，又在21 世紀(jì)初期由聯(lián)合國計(jì)劃開發(fā)署和聯(lián)合國的環(huán)境基金（GEF），協(xié)同中國制定了“十五”期間綠色照明的實(shí)施計(jì)劃，中國的綠色照明事業(yè)發(fā)展有了明顯的進(jìn)步，并取得了顯著成效。近年來，綠色照明的標(biāo)準(zhǔn)體系也在不斷的進(jìn)步完善。

設(shè)計(jì)是實(shí)施綠色照明的關(guān)鍵因素和重要環(huán)節(jié)，必須給予高度的重視。整體方案都是在設(shè)計(jì)中確定的，合理選擇照明器材是實(shí)現(xiàn)綠色照明的有效方法。在滿足同照度要求時，節(jié)能型燈具（如LED 燈）的耗能僅為普通白熾燈的十分之一，且LED 燈的有效使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于白熾燈的壽命。

2.2 設(shè)計(jì)要求

近年來，LED 燈具的照明技術(shù)發(fā)展迅速，使用LED 燈具制作的路燈，具有效能高、壽命長、響應(yīng)速度快、顯色指數(shù)高，更適合采用太陽能光伏技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，是城市綠色照明的重要進(jìn)步。

當(dāng)燈具采用發(fā)光二極管時，應(yīng)符合下列規(guī)定：一是燈具的功率因數(shù)應(yīng)大于等于0.9。二是燈具效能應(yīng)滿足下表的要求：見表1。三是在標(biāo)稱工作狀態(tài)下，燈具在持續(xù)工作3000h 的光源光通量維持率≥96%，燈具持續(xù)工作6000h 的光通量≥92%。四是燈具的電源模組應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《燈的控制裝置第14 部分：LED 模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求》GB19510.14 的要求，且可現(xiàn)場替換，替換后的等級不應(yīng)降低。五是燈具防護(hù)等級≥IP65。六是燈具電源應(yīng)通過國家強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證。

2.3 太陽能板功率及蓄電池容量計(jì)算

太陽能不僅因?yàn)樗乾F(xiàn)今最清潔的能源，還由于其取之不盡的特點(diǎn)，符合如今綠色照明的要求，積極利用太陽能源，開發(fā)利用可再生能源，實(shí)現(xiàn)綠色照明的目標(biāo)，具有重要意義。近年來，在國家的大力支持下，太陽能發(fā)電，太陽能照明發(fā)展迅速，應(yīng)用場景也越來越廣泛。

工程選用太陽能燈具功率為35W/臺，供電電壓為DC24V。根據(jù)實(shí)際需求要求燈具每天100%全功率使用時間為4h，50%半功率使用時間為4h，并且能夠在連續(xù)一周陰雨天氣時提供穩(wěn)定的電能輸出，在計(jì)算太陽能發(fā)電板的功率及儲能電池容量時要同時滿足燈具功率和工作時間的需求。

經(jīng)查詢該地區(qū)年平均日照時間為5h 左右，最佳傾角為Φ+4。

路燈每天的耗電量=（全功率×工作時間+半功率×工作時間）/電壓。

P=（35×4+35/2×4）/24=8.75（Ah），蓄電池容量（Ah）=路燈每天耗電量×陰雨天數(shù)/0.85/0.6（0.85 為蓄電池充電效率，0.6 為蓄電池放電深度）。

C=8.75×5/0.85/0.6=85.8（Ah）根據(jù)蓄電池規(guī)格可選擇兩塊12V/96Ah 蓄電池，為LED 路燈提供DC24V 供電電壓。

太陽能板功率=路燈每天的耗電量/0.85×1.5×17.5/年平均日照時間（0.85 為蓄電池的充電效率、17.5 為太陽能板輸出電壓、1.5 為太陽能組件綜合利用系數(shù)，包括太陽能組件類型修正系數(shù)、當(dāng)?shù)仄骄照諘r間、安裝傾角修正系數(shù)，太陽能組件表面污染修正系數(shù)，太陽能組件裝換效率等）。

Wp=8.75/0.85×1.5×17.5/5=54（W）取整數(shù)為60W。根據(jù)太陽能板規(guī)格選擇兩塊17.5V/60W 太陽能板。

3.結(jié)語

從燈具選擇和綠色照明兩方面行討論，在實(shí)際設(shè)計(jì)中還有很多方面需要研究注意，例如燈具選擇除了光源選擇外，在燈具外形選擇是還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厝宋?、歷史、環(huán)境等因素多方面進(jìn)行考慮，綠色照明也遠(yuǎn)不止是推廣應(yīng)用節(jié)能燈，還要合理地規(guī)劃照明時間、照明地點(diǎn)。我國的照明設(shè)計(jì)由于起步較晚，且大多數(shù)由電氣設(shè)計(jì)人員兼作照明設(shè)計(jì)工作，在設(shè)計(jì)中難免研究不深、不夠標(biāo)準(zhǔn)，所以我們更要認(rèn)真深入學(xué)習(xí)，在設(shè)計(jì)時綜合考量、不斷完善。