道路照明工程中利用系数法的应用和改进

郑 悦

(中铁第五勘察设计院集团有限公司 郑州分院, 河南 郑州 450001)

0 引 言

近年来,随着城镇化进程不断加速,我国城市照明的发展十分迅速,市政道路照明负荷逐年递增,己经成为城市能源的消费“大户”[1-3]。为积极落实国家节能减排政策,走绿色、环保、节能的发展道路[4],就要尽可能地节约能耗,降低能源投入。因此,市政照明不仅要满足相关规范的要求,还要实现节能环保,这对道路照明设计提出更高的要求。

1 市政道路照明设计过程

目前,市政道路照明设计过程主要有如下方面:

(1) 明确照明需求。根据道路专业提供的道路等级、平面图及横断面图等相关资料,明确该路段的照明需求。

(2) 明确照明参数。依据CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》[5]3.3章节的相关要求,确定该路段照明应达到的路面亮度、路面照度、最小眩光值等照明参数。

(3) 确定照明及布灯方式。

① 根据道路布置情况、道路宽度,合理设置道路照明灯具的布置方式、照明间距、灯杆高度、悬挑长度、灯具仰角。常规照明灯具布置有单侧布置、双侧布置(交错、对称)、中心对称布置和横向悬索布置。照明灯具的间距依据实际道路宽度、布灯方式、灯具安装高度、悬挑长度等要求,遵循CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》中表5.1.3的相关要求进行设计。

② 光源选择及照度计算。目前,市政道路照明光源一般选用高压钠灯、LED灯。高压钠灯光效高,显色指数Ra较低,光穿透力相对较强;LED光源体积小,控制灵活,节能效果明显,但光穿透力相对较弱。因此,应视道路所在区域的实际环境来选择照明光源,一般少雾、能见度常年较高的路段,建议采用LED光源;多雾地区,建议选用高压钠灯。根据路灯布置方式、光源类型以及照明参数要求,通过照度计算得到每盏路灯的功率值,确定路灯功率后还需对照明功率密度值(LDP)进行校验。

(4) 确定路灯控制方式。路灯照明可采用手控、光控、时光控等控制方式,传统多为整段路灯奇偶控制或单侧控制。目前,新型路灯控制器可实现无极调光及单灯控制,可根据项目具体要求设置控制方式。

(5) 供配电设计。常用的城市道路照明供电电压为交流380/220 V,供电电源来自市政10 kV公网,宜设路灯专用10/0.4 kV箱式变电站为城市道路照明灯具供电,一般每隔1.6～2.0 km设1座变电站。市政道路照明低压系统一般采用TN-S系统和TT系统,要求任意一点的接地电阻≤4 Ω。

2 照度计算及工具改进

在上述道路照明设计过程中:路段照明需求及参数相关规范中均有明确要求,路灯布置方式可根据道路具体情况合理选择,路灯控制方式通常根据项目相关规划及要求进行配置,供配电设计也有有效且通用的设计及计算方法。只有照度计算没有统一的设计方式,计算方法多且差异大,这对整个路段的照度、均匀度、眩光有直接影响,也是目前道路照明照度普遍偏高的部分原因。

2.1 照度计算方法

2.1.1 单位容量法

单位容量法根据路灯具体配置来计算每盏灯的等效照射面积,进而确定每盏灯的功率。

2.1.2 利用系数法

利用系数法基于传统照明理论研究,是较为准确的工程设计照度计算方法。根据照度的定义式[6],得到路面平均照度的计算公式:

(1)

Weff=WS-nXL

青贮饲料的乳酸菌多样性受青贮原料种类的影响，不同原料青贮乳酸菌分类鉴定报道主要有乳杆菌、片球菌、明串珠菌、肠球菌、乳球菌、链球菌以及魏斯特氏菌7个属[14-15]。试验分离出的4株乳酸菌用形态观察及生理生化鉴定方法不能把这些菌株鉴定到种的水平。16S rDNA同源序列分析方法常应用于微生物种和亚种的鉴定，当2个鉴定种间的16S rDNA序列同源性大于97.5%，可认为是同一种菌[16-17]。把提取的乳酸菌DNA进行16S rDNA序列扩增，测序结果与标准菌株对比，4株菌的16S rDNA 序列与参考菌株的16S rDNA 序列相似性都在99%，因此，可以认为鉴定结果准确。

XL≤0.25H

式中:Eav——路面平均照度,lm/m2;

F——路灯光源的额定光通量,lm;

Weff——路面有效宽度,m;

S——相邻两灯具间安装间距,m;

WS——路面实际宽度,m;

N——路灯单侧排列时取1,双侧排列时取2,在路中间排列时取0;

XL——悬挑长度,灯具的光中心至邻近一侧路缘石的水平距离,通常为灯具伸出路缘石的水平距离,m;

H——灯具安装高度,灯具的光中心至路面的垂直距离,m。

实际工程应用中,灯具照射到路面的光通量与路灯安装方式、布置情况、道路情况、灯具维护情况有关,因此在计算F时需要引入系数矫正,包括利用系数U、维护系数、排列系数,其中U为直接照在路面上的光通量与全部光源发出的光通量的比值[7]。LED路灯照明设计中利用系数U取值如表1所示。

表1 LED路灯照明设计中利用系数U取值

式(1)经系数矫正后变为

(2)

其中,K为光损失因子,指灯具经过一段时间工作后,照明系统在作业面上产生的平均照度与系统新安装时平均照度的比值,当灯具防护等级≥IP 65时K取0.7,当灯具防护等级

根据式(2),可得路灯光源的额定光通量为

(3)

从以上计算过程可以看出,利用系数法计算过程较复杂,给实际工程设计带来诸多不便。

2.2 工具改进

针对利用系数法计算过程参数多、公式繁琐等特点,使用Viusal C++ 6软件开发制作一套照度计算软件。该软件基于Windows的微软基础类库框架,创建对话框添加列表视图控件、编辑框控件等,将计算公式及各参数编写到软件中,将U放入一个浮点数二维数组中,再通过判断语句比较、判断等数据操作。设计人员只需在界面中输入或导入Eav、WS、H、S值,就能通过该软件自动查表、分析,自动计算出所需LED灯具功率值等数值。根据光效及利用系数的不同,也可很方便地得到相应钠灯的功率选择,有效降低设计人员的工作量,提高计算的准确度。照度计算软件界面如图1所示。

图1 照度计算软件界面

3 工程实例

3.1 项目情况

某段市政道路改建工程中需要为路段机动车道、非机动车及人行道的功能照明进行设计,道路总宽为58.5 m,形式为人行道(4.0 m)+绿化带(2.5 m)+非机动车道(7 m)+侧分带(3.75)+机动车道(11.5 m)+机动车道(11.5 m)+侧分带(3.75)+非机动车道(7 m)+绿化带(2.5 m)+人行道(4.0 m),该地区少雾,常年能见度较好。

3.2 明确该路段照明参数

该路段为城市主干路,依据CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》规定的道路照明标准值,对于机动车道,路面平均亮度为2.0 cd/m2,路面平均照度为30 lx,总均匀度≥0.4,照度均匀度≥0.3,眩光限制阈值增量≤10%;对于非机动车道及人行道,路面平均照度为15 lx。

3.3 确定照明及布灯方式

根据道路形式及现有条件,确定灯杆立于非侧分带内,采用双臂路灯,机动车道为双侧对称布置,非机动车道及人行道为单侧布置。灯杆高为12 m,灯具安装高度为12 m,灯具间距约为30 m,悬挑长度为2 m,灯具安装角度为10°。

3.4 照度计算

(1) 单位容量法。根据具体布灯情况,计算得到机动车道照射面积为345 m2,非机动及人行道照射面积为405 m2。根据单位容量经验值,确定30 lx机动车道的路灯功率为0.8 W/m2;15 lx非机动车道的路灯功率为0.4 W/m2。因此,机动车道选择280 W的LED 灯具,非机动车道选择180 W的LED灯具。检验LDP值后,可满足主干道1.0 W/m2的要求。

(2) 利用系数法。机动车道,Eav=30 lx,WS=26.75 m,S=30 m,H=12 m;非机动车道及人行道,Eav=15 lx,WS=15.3 m,S=30 m。将以上参数分别输入计算软件中,得到机动车道侧的F=16 071 lm,非机动侧的F=10 687 lm。选取目前市面上80 lm/W的LED灯具,得出机动车道可选择200 W的LED灯具,非机动车道选择150 W的LED灯具。检验LDP值后表明,可满足主干道1.0 W/m2的要求。

4 结 语

对于同一工程项目,在相同的道路灯具布置方案下,照度计算通过单位容量法和利用系数法都能得到相应的路灯功率配置方案。对比两种计算方法可知,单位容量法计算简单,但过于依赖设计人员的设计经验,缺少理论依据,而当今灯具市场发展迅速,灯具性能日趋优良,该方法越发显得保守;利用系数法在满足规范要求的前提下,灯具的配置方案更加节能、合理,虽然计算过程较繁复,但通过改进计算工具能有效提高计算效率。

收稿日期：2018-04-26