城市照明节能实践与探讨

王 钧，朱继红，冯 醒

（1.苏州市城市照明管理处，苏州 215005；2.苏州市城市照明工程公司，苏州 215005）

0 引言

我国的城市照明已从单纯的道路照明发展到功能照明和景观照明并举的阶段，不少城市的景观照明设施数量迅速增长，甚至超过了功能照明的设施数量。我国2011年v照明电力消耗占总发电量的12%，其中城市照明占照明总用电比例为40%，其他建筑内照明占60%。

住建部于2011年v发布了《“十二五”城市绿色照明规划纲要》，明确提出以构建绿色生态与健康文明的城市照明光环境为目标，以保障和改善民生为加快转变城市照明发展方式的基本出发点，倡导绿色照明消费方式，在满足城市照明基本功能的前提下降低照明的单位能耗，实现城市照明发展方式的转变，可见节能减排工作已成为各方关注并需持续解决的一个重大任务。为贯彻落实《“十二五”城市绿色照明规划纲要》、《城市道路照明设计标准》和《城市夜景照明设计规程》的要求，各城市结合自身实际，在不同的发展阶段和各个环节，采用各项节能措施来实现节能减排，达到绿色照明目标。

1 城市照明节能的基本思路

道路照明设施以提高夜间道路的交通安全和保证顺利通行为目的，道路照明设施为了保证道路交通参与者的安全，必须保证在足够距离内可获得视觉信息的明亮度和必要的舒适度，同时在当前的发展环境下，景观照明已不再是可有可无的选项，而是提高市民夜间生活品质和城市整体形象的需要。

节能工作在思路上不应通过降低照明标准来达到目的，而是充分运用现代科技手段提高照明工程的设计水平。通过高效、节能的光源，提高照明器材效率，通过合理的运行维护管理来减少能源损耗，因此，节能应建立在优质高效的照明环境基础上。在各项节能技术措施已经充分应用的基础上，今后更多地要考虑管理节能，管理节能主要是通过加强城市照明设计、施工和养护管理各环节的制度建设和监管，实现全过程的管理节能，提倡综合节能和动态节能，不仅要综合利用多种节能技术，而且需把制度因素考虑在内，是技术节能的升级，不仅可针对不同情况提供不同的节能策略，更要根据环境变化和设施变化动态调整策略。

2 节能措施

2.1 直接节能措施

直接节能是通过加强能源的科学管理和推动技术进步，在满足生产和生活同等需要的条件下，直接减少能源消耗量。技术进步是直接节能的主要动力，采用先进合理的节能工艺、技术、设备、材料，直接减少电力能源消耗量，降低单位产品的能耗。在城市照明领域，直接节能可以直接反映在节电率的提高、功率密度的降低上，因此一直是节能关注的重点，各项节能措施得到广泛应用，节能工作取得了明显成效。

2.1.1 配电系统的节能

对于城市照明而言，配电系统通常是由变压器（箱式变电站）、电力线路、配电箱（柜）、配电线路组成，作为用电大户，我们主要从配电设备和配电线路两方面节能。

（1）提高功率因数。通过合理的无功功率补偿，满足电网的功率因数要求，降低配电设备及配电线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境，如选择或使用不当，可能造成配电系统电压波动，谐波增大等诸多问题。目前主要采取的方法是对高压气体放电灯（HID）电感镇流器单灯装补偿电容进行无功补偿，对于采用电子镇流器的灯具其功率因数需达0.95 以上，其余灯具要求单灯达到功率因数标准。

（2）平衡三相负荷。在设计建设阶段应优先选用三相电源供电，采用单相供电的点位应与供电部门密切配合，由其平衡三相负载。对三相供电线路，设计建设时就考虑好三相平衡，在运行阶段不随意改变三相平衡配电。

（3）合理配置配电箱和配电线路。尽量选择就近电源和负荷中心设置配电箱，配电线路在线径和配电半径上既考虑线路保护、线路损耗和末端电压，又要平衡建设成本和长期运行需要。景观照明低压配电回路按照计控箱⇨配电箱⇨景观灯回路或计控箱⇨配电箱⇨开关电源箱⇨景观灯回路方式配电。功能照明低压配电回路按照计控箱⇨路灯回路方式配电。

（4）运用调压节电控制器。当路灯达到正常工作状态后，节电器自动调整输出功率，将电压稳定在220 V，避免光源过压运行，节省了因过压造成的额外电能消耗，当后半夜街上人少车稀，对道路亮度要求不高时，节电器自动调整输出功率，降低回路电压（约205 V），从而明显地降低了电能消耗。

目前在局部电网电压过高的道路进行了应用，经现场实测，节电率在15%～20%。该技术适用在负荷较大、电源电压较高的照明系统，有利于节电投资的回收。同时尚需保证实施降压节能的照明设施，其线路末端电压不低于198 V。

2.1.2 照明器具的节能

在大多数城市道路照明中，近年来逐步形成了以高压钠灯为主，金卤灯为辅，LED 灯逐步推广的新格局。背街小巷和新村小区中以节能灯为主，LED 灯试点使用；景观照明中以LED 灯为主，高压气体放电灯（HID）为辅，紧凑型荧光灯局部使用。以上城市照明主流器具其节能主要涉及光源、灯具和电器附件。在实际应用中需综合考量光源（整灯）光效、光色（色温）、光源（整灯）寿命、显色指数、配光性能、IP 等级和眩光限制等基本技术参数，以及安全性、环保性、稳定性、便利性、适用性和性价比等综合评价指标，针对不同的城市照明需求，在建设和养护阶段进行针对性选择。

（1）高压气体放电灯（HID）照明器具。在大多数城市，高压钠灯和金卤灯仍然是最主流的城市道路照明光源。高压钠灯使用时发出金白色光，具有光效高、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点，广泛应用于道路、高速公路、广场、公园、庭院照明及植物栽培。用高压钠灯替代高压汞灯，在相同照度下，可节电37%左右。金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上在放电管内添加金属卤化物，使金属原子或分子参与放电而发光的高压气体放电灯，它的特点是寿命较长、光效较高、显色性好，广泛应用于工业照明、城市亮化工程照明、商业照明、体育场馆照明等领域，用它替代高压汞灯，在相同照度条件下，可节电30%左右。目前，高压钠灯和金卤灯中都有许多高光效产品，在达到相同的照明质量的条件下功率可降低10%～15%。

镇流器可以选用变功率镇流器，变功率镇流器分为电感式和电子式，电感式是通过在镇流器内安装定时器，当开灯时间达到定时器预设时间时，增加串入电路镇流器的线圈匝数，减少回路中的电流，进而降低光源输出功率，从而达到节能的目的；电子式镇流器大多采用脉冲宽度调制（PWM）来调节回路中的电流大小达到节能目的。运行后，变功率镇流器的节电率可达20%以上。

（2）LED 照明器具。LED 作为固体光源具有节能、环保、安全、寿命长等优势，是一种符合绿色照明要求的光源，有望发展为第四代光源。在景观照明中，LED 已经广泛使用，节能效果明显，但要在道路照明等功能性照明领域完全取代传统光源，目前还受到发光光效不高，功率不大，价格较贵等方面的限制。当前苏州已在部分道路将400 W、250 W 和150 W 钠灯进行了替换试用，将根据实际使用效果和LED 光源、LED 灯具的发展状况，逐步加以推广使用。

LED 驱动电源也是节能的关键部件，好的驱动电源可延长LED 光源寿命，改善功率因数，提高整灯效率。

（3）其他照明器具。在背街小巷和新村小区中对道路照明的光照度质量要求不高，且灯间距较近，过去多使用50 W 汞灯和少量的碘钨灯、白炽灯。碘钨灯、白炽灯光效低、自身损耗大、功率因数低，汞灯含有重金属，对环境污染严重，而节能灯自身损耗小、工作电压宽、功率因数可达0.95 以上，因此已将小区和小巷内使用的50 W 汞灯全部用22 W 节能灯进行了替换。紧凑型荧光灯广泛用于室内照明和景观照明中，同样有损耗低、功率因数高等优点。

2.1.3 节能改造

我国各个城市在之前的城市照明建设时期，因受到当时的标准、技术、经济条件和重视程度、认识水平的限制，所采用的一些光源和灯具等照明设施，不满足当前国家照明能效和照明质量要求。通过各种方式筹措资金，对原有老旧或不达标设施进行了全面的改造，在满足照明质量的前提下，满足照明能效的要求是当前最切合实际的一种节能方法和手段。对于节能改造，我们遵循以下要求。

（1）照明设施节能改造与市政道路改造或街巷整治、建筑立面整治相结合。通过与其他改造、整治项目的结合，与其他改造同计划、设计、施工和竣工，一方面有利于地下隐蔽工程同步实施，另一方面保证改造、整治后照明水平有所提高，整体提升改造水平，更好服务百姓出行。对于部分照明质量和照明能效较差的设施，无法与其他设施改造同步进行，则采用专项改造方式，根据实际财力，部分争取列入年度财政专项，部分由单位自筹解决，也可采用合同能源管理方式。

（2）照明设施改造注重材料利旧，节约成本。作为照明运行部门，对于设施状况比较清楚，因而可以对照明设施的可利用部分和更换部分进行排查，根据实际情况对各种路灯基础、管线、桥架、线槽和灯柱、灯臂、灯具、电器、配电箱柜等利旧改造，提高改造的可操作性，最大限度节约材料、人力和各项成本。苏州市城市照明管理处在材料利旧方面做了许多工作，如利用淘汰下来的宫灯灯具与LED 灯相结合，既达到了节能节材的目的，又保证了路灯外形与苏州文化相协调。

（3）改造后确保照明能耗、照明质量和照明环保达标。节能改造的主要目标是实现照明能效和照明质量的双达标，因此在改造方案比较和施工图设计过程中，必须全面满足设计标准各项要求。

（4）分清轻重缓急，注重后期设施的可靠性和养护的便利性。改造的设计阶段要根据每条道路在现有条件下的功率密度确定最高灯具系统功率，经过照度计算确定功率密度达标情况下的照明质量达标水平，照明质量达标后确定合理色温下灯具光效，在保证光效下确定灯具技术要求和配电方式。同时，为使采购的材料尤其是灯具能达到预期的效果，对招投标文件和技术需要反复讨论，确保灯具质优价廉，在灯具中标后可与灯具厂商察看每条道路的现场，根据实际道路状况设计透镜或选用反光器，确保灯具配光满足每条道路的要求并保证灯具质量。

2.2 间接节能措施

间接节能是相对直接节能而言的，具体反映在除直接节能外的单位产值能耗的降低上。如建立合理的管理制度，调整经济结构，合理组织生产，节约原材料和其他消耗品，提高资源综合利用率等。

2.2.1 从制度、规划、设计等源头入手，贯彻节能理念

结合本地实际制定相应的城市照明管理办法和城市照明节能规定，为管理和执法工作提供法律依据。不断完善城市照明标准规范建设，为城市照明建设提供技术保障。坚持依法行政、依法管理，严格执行强制性条文，依法查处违反城市照明各项管理规定的违法违规行为。

完善管理机制，制定合理的管理流程，科学组织城市照明的规划、设计、建设、验收及运营维护等环节，使各参与主体协调配合，相关部门积极联动。

在设计和施工中严格按照《城市道路照明设计标准》、《城市夜景照明设计规范》和《城市道路照明工程施工及验收规程》设计和施工，逐步改变照明指标过低或过高现象。

2.2.2 维护管理

城市照明节能工作积极采用高效节能电器产品外，必须高度重视运行管理工作，通过完善管理体制切实提高节能改造的主动性和积极性。

光源和照明器的污染，将使其光通量降低，这是造成能源浪费的原因之一。制定合理高效的管理制度，及时修复故障灯，定期更换寿命到期、光通量降低的光源，节能改造养护成本较高或耗能较高的设施。而在设计时，要考虑到将来的养护管理工作，多采用维护管理容易的照明方式、照明器具和光源，可以降低设施维护的复杂度和人力物力。

2.2.3 运行控制

随着时代的发展，路灯运行控制手段也不断更新，由最早的人工控制，到时控再到光控，越来越先进智能。但随着城市化的进展，城市人口与日俱增，城市道路不断增加，路灯数量也跟着快速增长，目前的控制方式已显得捉襟见肘，而单灯控制系统和智能照明系统的出现，把城市照明控制推上了新的台阶。

（1）单灯控制系统。日常的养护维修中要投入大量的人力、物力，通过单灯控制系统可以更好地实现单灯灵活控制以利于节能，同时节约巡灯成本。目前单灯控制系统按通信方式可分为电力载波和Zigbee两种，是城市照明管理部门迫切需要的一种现代化管理平台，通过单灯控制系统可以实现过压、欠压、过流、过热检测及旁路控制功能，从而在提高管理效率同时降低运行养护成本。

（2）智能照明系统。智能照明系统的建设和应用是城市照明综合节能的趋势，通过应用先进、高效、可靠的通信技术，实现对路灯的远程集中控制与管理，具有根据交通流量自动调节照度、远程照明控制、故障自动报警、灯具线缆防盗、远程抄表、设施统筹管理等功能。建设三维地下空间数据库和可视化系统，为城市地下空间总体规划、开发建设、管线维护抢修等提供宝贵资料，提高决策水平和行动效率。智能照明系统可实时监测照明设施的运行情况，大幅节省电力资源，提升公共照明管理水平，节省维护成本。

（3）交通流量路灯控制系统。在单灯控制系统和智能照明系统的基础上，建立交通流量路灯控制系统，实现根据交通流量来控制路灯的输出功率，有的放矢，既起到节能的作用，又不影响照明质量。

3 小 结

苏州市城市照明管理处通过以上节能措施，每年的节电率都在5%以上，达到了很好的节能效果。节能要立足于科学管理和技术进步，提高电能利用率、充分发挥现有资源优势，以较少的电力创造出更多的物质财富。积极推广绿色照明，大力加强照明节约用电，切实提高照明能效，建立优质高效、经济舒适、安全可靠且与生态文明相结合的城市照明环境。

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