城市道路照明节能减排探讨

洪晓明

城市道路照明节能减排探讨

洪晓明

一、道路照明规划实现节能

城市道路照明主要是满足城市居民夜间出行和机动车夜间通行的需求，必须以保证城市公共安全为前提。城市照明首先应该实现夜间安全体系的重新构建，道路照明作为室外功能照明的重要载体，对其进行科学合理、经济适用的规划设计是实现城市照明节能减排的第一步。城市道路照明规划涉及内容主要包括以下几方面：

（1）确定城市路网布局结构、道路等级划分情况；

（2）结合道路等级划分情况，确定不同等级道路的照明标准；

（3）根据照明标准，依据相关规范标准，确定道路照明设施布局方案；

（4）根据布局方案，选择道路照明光源类型、灯具类型等，结合光源、灯具等的相关光学参数，经计算后，调整道路照明设施布局方案；

（5）确定照明设施布局后，进行照明负荷估算，进行照明供电系统方案规划。

二、降低路面亮度（照度）节能

通常，城市道路凌晨（深夜）过后车流量、人流量都大幅度下降。因此，适当地降低凌晨后的照明亮度可以减小路灯耗电，实现节能。

为实现城市道路照明，上半夜保持足够的路面照度，而在深夜降低路面照度，曾探索了多种方法。目前常用的方法有三种：

（1）采用双光源灯具，深夜时关闭一只光源（以下简称措施一）；

（2）采用能在深夜自动降低光源功率的装置（以下简称措施二）；

（3）关闭不超过半数的灯具，但不得关闭沿道路纵向相邻的两盏灯具（以下简称措施三）。

措施一，要求灯具为双光源灯具，光源及相应配套电器应有两套，即两个镇流器、两个电容器、两个触发器、两个灯泡，这势必增加电器数量，而且采购成本和维护成本增加。双光源灯具在深夜时关闭一只光源，目前主要有两种方式。方式a，每根路灯接入两回分别引自全夜灯回路和半夜灯回路的供电电缆，每套双光源灯具内的两个光源分别接至不同的供电回路；控制柜内设置光电控制器、时钟控制器或微电脑控制器，控制全夜灯回路接触器和半夜灯回路接触器的开关时间，便可实现深夜关闭双光源灯具中半夜灯的要求，实现节能；采用该方式除增加灯具内电器外，控制柜内需增设接触器，而且每根路灯需增加一根电缆，成本增加24%左右（本文计算成本时，按每根路灯综合造价1万元计算）。方式b，在灯具内安装定时控制器控制，深夜时关闭其中一盏灯的供电系统；采用该方式，成本增加5%左右。可见，采用措施一建设工程造价增加较多。

措施二，要求深夜降低光源功率，可采用有载调压变压器和双功率镇流器。

双功率镇流器也叫变功率镇流器，在保持电源电压不变的情况下，通过降低灯电流的方法来实现节能。此类镇流器都有两个档位，对应两种容量，从而可实现两种电流供电。

一般地，从开灯至夜晚12点，流过镇流器的电流为全电流，夜晚12点之后（即深夜），流过镇流器的电流为全电流的60%左右。因电源电压不变，在COSΦ基本不变的前提下，根据公式P=U×I×COSΦ，可知P与I成正比变化，光源功率也降至原功率的60%左右。采用此种节能方式时，变功率镇流器内配置一套控制器以实现功率变化，而且按目前市场上已有的变功率镇流器性能要求，触发器和补偿电容都应与之配套，以保证技术上的完整性。

按目前市场报价，变功率镇流器的价格较普通电感式镇流器的价格稍高一些，成本增加约为单根路灯造价的1%左右，其造价增加较措施一和措施三来说都是较低的。

措施三，要求深夜时间隔亮灯，要达到这一效果可以有多种方式，就不一一赘述。

根据以上比较分析可知，采用措施二中的变功率镇流器是最优的。既可有效节能，又满足道路照明的功能要求，需要增加的建设工程造价仅1%左右，幅度很小。

三、工程案例

凯旋路为金华市城市主干路（图1），其照明设计参数如下（均为维持值）：平均亮度：Lav=2.0cd/m2；总亮度均匀度：Uo≥0.4；平均照度：Eav=30lx；均匀度：UE≥0.4；阈值增量：TI(%)≤10；照明功率密度值（LPD）（W/m2）：1.00（车道数≥6条）。交会区照明设计参数如下（均为维持值）：平均照度:Eav=30lx；均匀度：UE≥0.4；非机动车道、人行道照度不小于5lx。

图1 路灯标准横断面

1.光源对比选择

本次设计主要考虑高压钠灯与LED灯两种光源的选择。参数对比见表1

表1 高压钠灯与LED灯主要技术参数对比表

LED灯具有寿命长，节能，维护费用低，显色性强，能还原事物的本来面貌等特点，符合现在提倡的节能减排的环保理念。高压钠灯色温较低，为暖色性光线，在大雾天气，所散发出的光线穿透性强，从设计到施工各方面的技术已经相当成熟。

在缺点方面，高压钠灯不够环保，使用寿命短，维护费高。LED灯价格较高、光效较低，行业标准不完善，质量参差不齐。

综上考虑本次路灯设计照明灯具选用LED新型光源、半截光型灯具。光源、电源等一体化安装在灯壳内。灯具防护等级不小于IP65，色温均不高于4000K，灯具发光效率不低于100W/lm，L70指标不低于20000H。

2.照明设置

采用双臂LED路灯，两侧非机动车道分隔带内对称布置，杆高10米/8米，功率为180W/60W，纵向间距30米左右均匀设置。

3.节能措施

（1）选择灯具时，在满足灯具相关标准以及光强发布和眩光限制要求的前提下，选择发光效率高、衰减慢、反射率好、显色性合适、使用寿命长的照明光源和灯具，提高道路照明照度值和景观照明效果，降低运行维护成本。灯具效率不低于70%。

（2）道路照明灯具实行半夜节能运行方式，在不影响道路安全及社会治安的前提下，在车流量较少的下半夜期间，通过限流方式，降低道路照明灯具的光源输出功率，达到节能目的。

（3）根据道路线形及断面，合理布设箱式变电站及灯具，缩短低压供电线路的长度，达到降低线路损耗。变压器选择时选用损耗较低的环氧树脂浇注变压器，达到节能目的。

（4）灯具防护等级不低于IP55，维护系数不低于0.7。

（5）严格控制照明功率密度值（LPD）。

（6）变压器负载率控制在50%～70%之间。

（作者单位：上海市政工程设计研究总院集团浙江市政设计院有限公司）