市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)分析

石家莊市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 王宇豪

1 我國(guó)市政道路照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

相關(guān)調(diào)查結(jié)果證明，雖然近年來(lái)我國(guó)城鎮(zhèn)化長(zhǎng)期保持著高速的發(fā)展步伐，但是我國(guó)市政道路照明系統(tǒng)建設(shè)尚處于相對(duì)較低的基礎(chǔ)層面。一方面存在基礎(chǔ)設(shè)施不完善的問(wèn)題，具體表現(xiàn)為，偏遠(yuǎn)地區(qū)夜間城市道路光線條件較差、道路照明光源故障率較高、道路照明光源保養(yǎng)和維護(hù)不到位等。另一方面，節(jié)能措施不科學(xué)且具有局限性，大型城市市政道路人流量和車流量大，對(duì)市政道路的光線條件要求較高，否則容易出現(xiàn)交通阻塞和車輛擁堵等問(wèn)題，甚至?xí)l(fā)安全事故。

此外，根據(jù)調(diào)查顯示，我國(guó)市政道路照明系統(tǒng)無(wú)論是大型城市還是中小型城市，無(wú)論是人流和車流密集的主干道還是人流和車流較少的支路和輔道，基本都是采用從傍晚到天亮通宵持續(xù)的照明方式，尤其在中小型城市街道午夜之后，到次日早晨9：00點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)車流量和人流量少，而當(dāng)?shù)搅硕局筌嚵髁亢腿肆髁扛?，這樣的照明方式不僅造成了電能浪費(fèi)，還會(huì)嚴(yán)重降低照明光源的使用壽命，同時(shí)也會(huì)造成光源污染，與綠色節(jié)約的發(fā)展理念相違背。

隨著綠色節(jié)約發(fā)展理念不斷深入人心，地方政府和國(guó)家越來(lái)越重視市政道路照明系統(tǒng)存在的電氣浪費(fèi)問(wèn)題，并且嘗試著采取了一些節(jié)約措施，目前常見的方式包括定時(shí)開關(guān)燈、隔盞關(guān)燈、隨季節(jié)變化調(diào)整開關(guān)燈時(shí)間等方式。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這些節(jié)約措施存在一定的局限性。定時(shí)開關(guān)燈無(wú)法根據(jù)城市道路人流量和車流量變化，以及季節(jié)變化臨時(shí)做出調(diào)整。隔盞關(guān)燈是指前半夜所有照明光源正常工作，午夜后間隔關(guān)燈，以此達(dá)到降低照明光源工作數(shù)量，從而達(dá)到節(jié)約電氣的目的。這樣的節(jié)約方式雖然能夠有效降低電能，但是市政街道照明采用的三相四線供電方式，前半夜照明光源全開時(shí)三相四線的四路處于全加載的狀態(tài)，當(dāng)隔盞關(guān)燈時(shí)三相四線的四路輸出功率降低一半，會(huì)導(dǎo)致變壓器單方向負(fù)載急劇升高，此時(shí)三相線路其中一相必須停止放電處于空載，這會(huì)直接導(dǎo)致三相極失去平衡，這種節(jié)約方式可行性較差。

2 市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和現(xiàn)實(shí)意義

市政道路照明系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，關(guān)系著城市人口的日常生產(chǎn)和生活，關(guān)系著城市的規(guī)劃和發(fā)展，也是展現(xiàn)城市精神文明面貌的名片。在全球資源短缺和環(huán)境問(wèn)題日益加劇的大背景下，節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境是地區(qū)和國(guó)家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。近年來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程在快速推進(jìn)的同時(shí)，市政道路照明系統(tǒng)存在的電氣浪費(fèi)問(wèn)題越來(lái)越突出并且被人們所關(guān)注。

市政道路照明電氣節(jié)能在當(dāng)今社會(huì)節(jié)能降耗中占據(jù)著重要的地位，市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)需要相關(guān)人員從人體視覺(jué)感官、照明電氣設(shè)計(jì)、照明理念、市政道路照明需求現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃、照明電氣安裝位置，城市地理特點(diǎn)、開關(guān)燈方式等眾多層面出發(fā)，綜合考慮相關(guān)要素設(shè)計(jì)優(yōu)化和選擇科學(xué)合理的市政道路照明電氣及安裝方式，同時(shí)根據(jù)城市規(guī)模、人流量、車流量、地理氣候特點(diǎn)以及季節(jié)變化等要素，實(shí)現(xiàn)對(duì)市政道路照明電氣的細(xì)致精準(zhǔn)控制，通過(guò)減少細(xì)小能量流失達(dá)到節(jié)約能源和延長(zhǎng)照明光源工作壽命目的。市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義在于在滿足人們?nèi)粘Ｕ彰餍枨?、城市發(fā)展需求以及城市精神文明建設(shè)需求的基礎(chǔ)上，有效降低市政道路照明系統(tǒng)的電氣浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)與資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

3 當(dāng)前市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

3.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)監(jiān)管不完善，燈具質(zhì)量難以保證

燈具是市政道路照明系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，燈具質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)工作質(zhì)量。目前，我國(guó)市政道路照明燈具相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)不夠完善，加之對(duì)燈具市場(chǎng)監(jiān)管不夠嚴(yán)格，導(dǎo)致燈具質(zhì)量良莠不齊，假冒偽劣燈具普遍充斥著燈具市場(chǎng)，直接影響著市政道路照明系統(tǒng)工程建設(shè)質(zhì)量和市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)工作質(zhì)量。

3.2 市政道路照明電氣節(jié)能技術(shù)水平比較落后

先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)是開展市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，目前我國(guó)該方面的技術(shù)水平比較落后，具體表現(xiàn)在，相關(guān)人員對(duì)市政道路照明能源消耗標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識(shí)不足，對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)也引進(jìn)較少，引進(jìn)技術(shù)不能有效結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，導(dǎo)致市政道路照明系統(tǒng)節(jié)能指標(biāo)達(dá)不到環(huán)保節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，城市道路照明系統(tǒng)消耗的電能較高。其次，目前我國(guó)市政道路照明系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化水平不高，市政道路照明光源不能根據(jù)照明需求變化進(jìn)行自動(dòng)化和智能化感知和調(diào)整。最后，由于受到太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化技術(shù)不成熟以及其他因素制約導(dǎo)致對(duì)太陽(yáng)能的利用程度不高，而且存在后期管理維護(hù)不到位的問(wèn)題，造成嚴(yán)重的電氣浪費(fèi)。

3.3 差異化設(shè)計(jì)和控制市政道路照明系統(tǒng)的能力比較薄弱

我國(guó)幅員遼闊，城市數(shù)量眾多且地理分布分散，各個(gè)城市的地理和氣候條件以及城市規(guī)模相互之間差異較大。大型城市、中型城市、小型城市照明需求相互之間存在差異，同一城市內(nèi)不同街道的照明需求不同，同一街道不同時(shí)段的照明需求也不相同。如大中型城市相比小型城市夜間人流量和車流量較高，市政道路照明需求也高；商業(yè)街、步行街等繁華街道和主干道雖然照明需求大，但是沿街商鋪眾多，環(huán)境光線強(qiáng)，對(duì)市政照明需求較小應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)低市政照明光源功率；相對(duì)而言，輔道和偏僻的街道由于周圍環(huán)境光源較少，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)高市政道路照明光源功率；同一街道午夜后人流量和車流量較少應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)低市政道路照明光源功率[1]。

3.4 市政道路照明電氣安裝設(shè)計(jì)不科學(xué)

市政道路照明光源的安裝是電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，市政道路照明光源安裝設(shè)計(jì)涉及市政照明光源安裝的高度、仰角和密度等方面。當(dāng)前，一些城市在建設(shè)市政道路照明系統(tǒng)時(shí)沒(méi)有充分重視市政道路照明光源安裝工作，照明光源的安裝高度、安裝密度和安裝仰角等方面設(shè)計(jì)不科學(xué)，不僅降低了市政道路照明系統(tǒng)的照明效果，也造成了一定的電氣浪費(fèi)。

4 對(duì)市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的思考

4.1 節(jié)能設(shè)計(jì)原則

4.1.1 因地制宜原則

在市政道路照明設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上根據(jù)城市規(guī)模、發(fā)展規(guī)劃、地理位置和氣候特點(diǎn)、街道周圍環(huán)境、人流量和車流量及其不同時(shí)段變化特點(diǎn)綜合確定路面亮度、光線均勻度、誘導(dǎo)性、眩光等級(jí)等市政道路照明質(zhì)量指標(biāo)。

4.1.2 晝夜兼顧原則

在市政道路照明電氣設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)兼顧晝夜照明需求，通過(guò)精確控制、自動(dòng)控制和智能化控制等節(jié)能措施改變開關(guān)照明光源的時(shí)間和時(shí)長(zhǎng)，到了午夜之后適當(dāng)降低照明光源的輸出功率或者關(guān)閉部分照明光源，以此達(dá)到降低照明光源能耗和延長(zhǎng)照明光源使用壽命的目的。

4.1.3 科學(xué)安裝原則

不同市政街道的照明需求不同，同一街道不同時(shí)間段照明需求也存在差異，因此在進(jìn)行市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)市政道路實(shí)際照明需求選擇照明光源的種類，確定照明光源的安裝高度、安裝密度、安裝仰角以及控制方式。

4.1.4 功能綜合原則

市政道路照明系統(tǒng)除了具有照明功能以外還具有景觀功能，因此在進(jìn)行市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)要按照功能綜合原則，兼顧市政道路照明光源多重功能，在滿足城市道路照明需求的基礎(chǔ)上營(yíng)造出了良好的城市景觀，達(dá)到功能與景觀和諧統(tǒng)一。

4.1.5 經(jīng)濟(jì)適宜原則

隨著市政道路照明技術(shù)和電氣節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，市政道路照明燈具的種類和功能變得越來(lái)越多樣化，與此同時(shí)也帶來(lái)了光源污染、能耗升高、電氣浪費(fèi)等問(wèn)題，因此在進(jìn)行市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)要采取經(jīng)濟(jì)適宜原則，在設(shè)計(jì)之初設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員要進(jìn)行實(shí)地走訪調(diào)研，掌握街道實(shí)際照明需求，在此基礎(chǔ)上制定出經(jīng)濟(jì)合理和切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。

4.2 節(jié)能設(shè)計(jì)策略

4.2.1 完善市政道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的重要因素，而掌握市政道路實(shí)際照度水平和照明需求是確定照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提條件，目前我國(guó)市政道路照明設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要為《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45—2015）。在市政道路照明工程設(shè)計(jì)之初工程技術(shù)人員應(yīng)通過(guò)實(shí)地調(diào)查收集相關(guān)數(shù)據(jù)，掌握城市道路的照明等級(jí)、道路類型、路面寬度、反光度、周邊環(huán)境、人車流量等道路實(shí)際情況，明確道路的實(shí)際照明需求，在此基礎(chǔ)上針對(duì)性地開展照明設(shè)計(jì)和制定工程施工方案，這樣既能滿足道路照明需求，還能有效利用環(huán)境光源，也能減少電氣浪費(fèi)和光源污染[2]。

4.2.2 合理選擇照明光源

隨著近年來(lái)科技快速發(fā)展，市政道路照明燈具從以前的白熾燈為主演變的較為多樣化。目前，市政照明燈具主要有高壓鈉燈、LED燈、陶瓷金鹵燈、熒光燈等，不同燈具各有其特點(diǎn)。高壓鈉燈的優(yōu)點(diǎn)主要是照明效率較好和成本較低，缺點(diǎn)是RA顯色指數(shù)低；LED燈的優(yōu)點(diǎn)主要是體積小、光線集中、亮度可調(diào)節(jié)、使用壽命長(zhǎng)、電能消耗低、抗震性能強(qiáng)等，但是成本較高和散熱性能較差。陶瓷金鹵燈的優(yōu)點(diǎn)主要是光線自然、RA顯色指數(shù)高、尺寸小、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、配光性能好、光效較高、使用壽命長(zhǎng)、透霧性好、光能維持率高等，缺點(diǎn)是成本高?；陔姎夤?jié)能設(shè)計(jì)理念，應(yīng)優(yōu)先選擇高光效和節(jié)能型的照明光源，然而，市政道路種類多樣，情況各異，照明需求各不相同。因此，在選擇照明光源時(shí)要綜合考慮燈具特點(diǎn)、照明需求、建設(shè)成本、管理維護(hù)能力等相關(guān)因素。

4.2.3 精準(zhǔn)設(shè)計(jì)燈具布局方式和安裝參數(shù)

城市道路種類多樣，因此路燈布局方式也呈現(xiàn)多樣化，常見的路燈布局方式有單側(cè)布局、雙側(cè)布局、中心對(duì)稱布局、雙側(cè)對(duì)稱布局、雙側(cè)交錯(cuò)布局等。不同的路燈布局方式適合于不同的城市道路，單側(cè)布局方式多用于住宅道路、支路和輔路，其他布局方式則用于城市主干道和次干道。目前，在設(shè)計(jì)路燈布設(shè)方式時(shí)主要依據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45—2015）來(lái)計(jì)算光源布局方式、安裝間隔、安裝高度和安裝仰角。由于城市道路情況復(fù)雜且燈具種類多樣，工程設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)不能直接套用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，而應(yīng)當(dāng)以標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合城市道路類型、周圍環(huán)境、人車流量、道路狀況、照明需求等信息以及燈具種類、布局方式、安裝高度、安裝間隔、安裝仰角等信息確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。隨著近年來(lái)市政道路照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展，DIALUX等計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)軟件逐漸應(yīng)用于市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中，為精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)提供了有力支持。

4.2.4 應(yīng)用光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)

目前，常用的隔盞關(guān)燈市政道路照明電氣節(jié)能方式存在明顯的弊端，可操作性不強(qiáng)，無(wú)法有效解決市政道路照明電氣節(jié)能問(wèn)題。隨著科技發(fā)展光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)是一種既可以滿足城市道路照明需求，又能有效減低燈具電能消耗和延長(zhǎng)燈具使用壽命的自動(dòng)化和智能化控制技術(shù)，該技術(shù)分為降壓、穩(wěn)壓和調(diào)光三步，照明光源在前半夜正常照明，當(dāng)進(jìn)入后半夜自動(dòng)啟動(dòng)調(diào)光機(jī)制，適度降低照明燈具的電壓和照度，在滿足道路照明需求的同時(shí)達(dá)到電氣節(jié)約的目的，基于光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)顯著的節(jié)能效果和可操作性，該技術(shù)成為市政道路照明光源發(fā)展的主流趨勢(shì)[3]。

4.2.5 優(yōu)化配置供電線路

市政道路照明系統(tǒng)供電線路常用的供電電源為10/0.4kV箱式變電站，常用的供電方式為三相四線制。市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中，在選擇箱式變電站變壓器容量時(shí)既應(yīng)當(dāng)充分考慮到燈具的實(shí)際載荷，也要綜合考慮道路沿線信號(hào)燈、紅綠燈、交通指示牌、公交車站等公共設(shè)施的容量負(fù)荷。在布設(shè)箱式變壓器時(shí)，應(yīng)當(dāng)布設(shè)在城市電力10kV電源線路一側(cè)，而且為了不影響人們的視線和城市面貌，應(yīng)當(dāng)布設(shè)在路面以外或者在高架橋底下，還要考慮自然環(huán)境對(duì)變壓器的腐蝕傷害，因此為了達(dá)到電氣節(jié)約目的，在選擇變壓器時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇節(jié)能型干式變壓器[4-5]。其次，市政道路照明系統(tǒng)三相四線制三相負(fù)荷要平衡分配，380/220V線供電半徑不能超過(guò)800m，低壓線末端電壓下降幅度不能超過(guò)額定電壓的5%。此外，供電線纜以符合標(biāo)準(zhǔn)的合金線纜和銅芯線纜為宜，不能盲目追求大截面的線纜造成浪費(fèi)，必要時(shí)用保護(hù)管進(jìn)行保護(hù)。

4.2.6 改善燈具質(zhì)量，提升燈具維護(hù)系數(shù)

燈具材質(zhì)和質(zhì)量，燈具維護(hù)系數(shù)直接關(guān)系著市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)效果，因此必須重視燈具質(zhì)量的節(jié)能性改進(jìn)，如聚丙烯材質(zhì)的燈罩能夠有效抵抗紫外線，聚碳材質(zhì)的燈罩抗沖擊性能好，這兩種材質(zhì)的透明燈罩具有透光度好，光效高、光能維持率高、低眩光等優(yōu)點(diǎn)，適用于市政道路照明節(jié)能燈具中。另一方面，隨著燈具使用時(shí)間延長(zhǎng)，燈具光源的光通量會(huì)逐漸降低，而且燈具的反射器和表面會(huì)被污染物所污染和腐蝕，造成燈具照度值逐漸降低，因此工作人員要定期做好燈具的日常維護(hù)和新型節(jié)能燈具的研發(fā)和使用。

5 結(jié)語(yǔ)

市政道路照明系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)前社會(huì)的資源消耗大戶，在全球污染加劇和能源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)峻的時(shí)代背景下，節(jié)約能源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市建設(shè)必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，對(duì)于市政道路照明系統(tǒng)而言，政府及市政建設(shè)管理部門必須將電氣節(jié)能設(shè)計(jì)作為市政道路照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)的重點(diǎn)來(lái)抓。市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的工程，政府及市政建設(shè)管理部門必須對(duì)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行科學(xué)論證，在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、照明光源研發(fā)創(chuàng)新、燈具選擇、照明標(biāo)準(zhǔn)、供電線路配置、布局方式和安裝位置、維護(hù)管理等各個(gè)方面融入電氣節(jié)能設(shè)計(jì)理念，確保市政道路照明系統(tǒng)具有更強(qiáng)的功能性、安全性、穩(wěn)定性、節(jié)能性及美觀性，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境不好和能源節(jié)約從而推動(dòng)我國(guó)城市健康可持續(xù)發(fā)展。