城市照明节能是一项系统工程

郭起宏 张少夫 吴贵才

(深圳市灯光环境管理中心，深圳518026)

1 前言

全面落实《中华人民共和国节约能源法》，大力推行“中国绿色照明工程”，提高能源利用率，建立优质、高效、经济、舒适、安全的城市照明环境，是发展经济和环境保护迫切需要解决的重要问题。

1996年在联合国开发计划署(UNDP)和全球环境基金(GEF)的资助下，由我国建设部联合有关部门发起的中国绿色照明工程取得显著成果。为扩大中国绿色照明工程的成果，建设部于2001年又继续实施了“中国绿色照明工程促进项目”，取得了显著的经济效益和社会效益。2006年，建设部组织编制了《“十一五”全国城市绿色照明工程规划纲要》，明确提出，以2005年底为基数，年城市照明节电目标5%，5年(2006—2010年)累计节电25%。十二五规划中又将城市照明节能放到重要位置。但是，从实践上看，城市绿色照明工作发展不平衡，还存在不少问题和薄弱环节，全社会节约用电、保护环境的意识有待进一步加强。

2 城市照明高耗能原因分析［1］

2.1 有些城市道路照明的规划设计不合理，布灯不合理、杆高和功率不合适、光源电器不节能的规划设计常有发生，有的造成光污染，有的又照度不够。

2.2 许多景观照明片面追求亮度，无节制地使用大功率的投光灯和泛光灯，没有研究使用节能型光源，也没有深刻理解其景观特性，没有遵循在特殊时间和特殊时段开放的原则，而是每天整晚开启。

2.3 城市道路照明直接接用市电电网，各供电点变压器的输出电压远大于额定电压220V，有的高达250V以上，使输出功率大大增加。特别是晚上12:00后正是用电低谷，电网电压升高，灯泡比上半夜更亮，而此时段的人流、车流明显减少，灯光利用率相当低。

2.5 没有重视科学管理，如没有严格按照科学合理的时间开启和关闭路灯，经常造成早开灯和晚关灯;没有定期清洗灯具，光通量的利用率大大降低。

3 城市照明节能系统的组成

城市照明节能是一个系统工程。要全面实现绿色照明，达到节能减排的目标，就需要从城市照明的规划、设计、建设及管理等四个环节系统的综合考虑，协调统一去实现。

城市照明系统由电源、供配电系统、供电线路、灯具和光源组成，从能量的流经途径来看，电能从供电点流经电缆，最后到达灯泡，节能就要从城市照明系统的各个组成部分入手，提高效率，节约能源。所以，城市照明节能就是要在规划、设计、建设及管理等四个环节对城市照明系统进行综合考虑，确保照明系统每一个组成部分均达到节能要求。

电源是整个系统的能源保障，使用清洁环保的能源，能减少温室气体的排放甚至不排放温室气体，从而最大限度地达到绿色照明及环保节能的目的。太阳能［2］、风能、地热能、潮汐能是现有最环保的能源，它们不产生温室气体。

供配电控制系统是整个系统正常运行的保障，技术先进、完善、质量可靠的供配电控制系统能很好地控制照明系统的运行，能依据本地的地理环境、光照条件、人车流状况准确地开关灯，适时地启动节能设备的运转，能提高运行效率及照明系统的使用寿命。

选择技术先进、质量可靠、高效率、节能环保的灯具(光源)是实现绿色照明的重要保证。要获得设计所要求的照明效果，达到节能环保要求，最终都需要通过使用合适的灯具(光源)来达到，因此，根据使用场合、地点、照明效果、人车流状况等要求的不同，正确地选择灯具(光源)显得非常重要。

供电线路是传输电能的通道，线径及线缆的质量对能量损耗的影响较大，因此在设计中应选择合适的线径并在施工中得到保证。

维护管理是以上措施能否发挥其效能的根本因素，再好的照明系统都需要全面且良好的维护来实现其功能。

结合现场情况和项目需求，调研论证当今传输主流技术方案的性能特点，比较分析，光纤、4G、网桥、WiFi等技术方案，详见表2。

4 供、配、送电环节节能的主要途径

4.1 在确保功能和效果的前提下，合理调整亮灯数量和时间，道路照明应全面推广半夜灯，主次干道实行双回路供电，分全夜灯回路和半夜灯回路，支路、工业区和生活区路、路幅较窄的街道可采用半夜单边亮灯方式［1］。景观照明建设范围应严格限定，严格控制使用大功率的投光灯和泛光灯，严格遵循在特殊时间和特殊时段开放的原则。

4.2 合理布局供电点，控制变压器容量，变压器采用SC11型以上节能产品，对变压器输出电压进行调档，使输出电压为额定值，若无法调低，可采用省电机进行降压节能［1］。

目前比较理想的是智能型省电机，采用微电脑控制系统，实时采集输出、输入电压信号与最佳照明电压比较，通过计算进行自动调节，从而保证输出最佳的照明系统工作电压:前半夜输出电压为额定电压，后半夜自动进入节能状态，但始端输出电压不低于200V，可实现智能照明调控、有效保护电光源、降低电能消耗的功能。

4.3 对电路进行无功集中补偿［1］。集中补偿是将电容器集中装在配电装置中，其优点是安装简单，运行可靠，利用率高，缺点是不能减少低压线路上的电压损耗和电能损耗，只能对电网起无功补偿作用，另外，必须加装放电设备。

4.4 利用太阳能供电［2］。太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，当前的单晶硅电池产品的光电转换效率已达16%，但价格较高，只应用于某些特殊场合，多晶硅光伏电池产品的光电转换效率约为13%，因成本相对单晶硅电池较低，较多地应用于照明产品。目前，太阳能供电系统的成本通常相当于4～5年的供电收入，这大大影响了其推广应用。2007年硅谷公司已研究出纳米太阳能生产技术，将一层吸收光能的纳米涂料喷到只有铝箔厚薄的金属上，以类似印刷的方法生产太阳能电池，可将太阳能板的价格缩减至目前的10%，该产品的问世为以后大规模地应用太阳能奠定了基础，太阳能照明也必将得到飞跃式的发展。风光互补的太阳能路灯也正在不断完善中［2］。

4.5 减少供电线路上的损耗［1］。一方面，按公式S=I/In［式中S为电缆截面积(mm2)，I为路灯负荷电流(A)，In为经济电流密度(A/mm2)］选择电缆截面，使电阻为合理值，从而减小线损。另一方面，保证变压器三相用电基本平衡，因为三相电流不平衡时，将增大线路损耗。

5 用电环节节能的主要途径

5.1 选用发光效率高的光源。光源的节能主要取决于它的发光效率，但光源的选用不能单纯从光效出发，而就根据它们其他性能如显色指数、使用寿命、启动特性等综合考虑，合理运用。

首先在道路照明中大力推广高压钠灯、金属卤化物灯和节能灯。根据使用环境、照明效果的不同要求、人车流状况、显色性的不同要求，正确合理地选用高效节能、绿色环保的光源是节能的关键。选用时应根据视觉工作的要求，在综合考虑光源技术经济指标时，尽量采用高光效、长寿命、低污染的光源，以获得长期运行的经济效益及保证使用人的视觉要求。

其次是积极试用和谨慎推广LED路灯［3］。LED路灯是近年才快速发展的光源，据最新资料，冷白光LED的光效在实验室已达193 lm/W，蓝光LED的光效能达305 lm/W，理论上寿命达10万小时。但是LED用于道路照明处于刚刚起步的阶段，实际使用中存在亮度不够、照度不均匀、光线穿透力不强、温升较大、光衰较快、电器元件易坏而使整个灯具报废等问题。LED在照明领域具有非常广泛的应用前景，必将取代传统的照明光源，但必须先解决以下问题:提高发光效率(lm/W)、解决散热问题、降低成本、提高显色性［3］。

再次是积极试用检测其他高效节能光源如无极灯。无极灯具有光效较高、寿命长、显色性高等特点，可用于小区照明、室内不便维护的地方、长度较短且通风良好的隧道、酒店、大型建筑大堂照明等，可以减少维护量、提高照明质量。但因无极灯的光波波长的原因，其光线的穿透力不强，因而其在道路照明上的应用受到很大限制。

5.2 选用优质高效的灯具［1］。灯具性能(主要是灯具的效率和配光)的好坏对节能具有非常重要的意义。灯具效率是在规定条件下照明灯具发射的光通L与灯具内的全部光源在灯具外点燃时发射的总光通S之比，用“η”表示，即η=L/S，一般来说，η同灯罩材料的反射比与透射比成正比，敞开式灯具的效率取决于灯具开口面积S0与反射面积S的比值及反射罩的形状，S0/S愈大愈好。因此，选择灯具应考虑以下几个方面:(1)应有较高的利用系数，(2)合理选择灯具的配光，(3)优先选用块板式灯具，(4)尽量选用具有高保持率的灯具。

5.3 选择节能高效的电器［1］。电子镇流器与电感式镇流器比较，具有如下优点:电感式镇流器自身能耗为灯泡的10%～15%，电子镇流器本身能耗极低，可以明显地减小工作电流，大大节省了电能，且电子镇流器启动性能好，功率因数高。但该产品至今未得到普及的原因主要是自身温升使电子元器件性能不稳定，且寿命不长。目前有厂家已推出了变功率镇流器，它能根据道路使用状况而调节功率，达到较高的节能效果。

5.4 对感性镇流器实行单灯电容补偿。单灯补偿就是在每盏灯上并联一个电容量适当的电容器进行补偿，既减少照明电路的无功功率，也能降低低压照明线路上的电能损耗和电压损耗，同时，因为线路电流降低，可选用较小截面的导线。单灯补偿的经验值:250W、400W高压钠灯补偿电容器电容值分别为30μF、50μF。

6 管理环节节能的主要途径

6.1 严格控制道路照明亮灯时间。如利用“三遥”监控系统使开、关灯时间更科学、更合理，避免电力浪费［4］。据测算，三遥监控比传统控制方式节电约2%。景观照明按要求亮灯，减少景观照明亮灯时间。

6.2 通过维护管理达到节能的目的。如定期对灯具、控制设备进行清扫及维护，并清洗灯罩，以保证0.65以上的维护系数，保证光通量的利用率。

6.3 对达到额定寿命的光源电器进行及时更换，以免让光源电器在超出其额定寿命的低光通、高损耗的情况下运行，不仅达不到照明质量，还浪费能源。

7 结论

城市照明节能是一项系统工程，要全面实现绿色照明，达到节能减排的目标，就需要从城市照明的规划、设计、建设及管理等四个环节系统的综合考虑，协调统一去实现。在照明设计和建设中确定合适的照明标准，根据照明环境、使用人群、不同功能和背景亮度等来确定照明标准，不能因为节能而该意降低照明标准，牺牲照明效果，也不能为追求亮度而浪费能源。

［1］郭起宏.城市灯光的节能研究［J］.节能.2002(9):30～31.

［2］郭起宏，贺孝田.太阳能应用于道路照明的若干瓶颈问题研究［J］.中国照明电器.2010.(11):6～9.

［3］郭起宏，高京泉，贺孝田.LED道路照明若干技术瓶颈问题研究——基于与高压钠灯的比较［J］.照明工程学报.2010.21(1):64～68.

［4］郭起宏.城市景观灯光系统控制技术［J］.中国照明电器.2003.(4):16～18.