道路照明节能设计思考

李松

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年来，节能已经成为各行各业一个重要的课题，其中照明节能是其中很重要的一项内容。国家出台了《城市道路照明设计标准》（CJJ 45—2006）、《公路隧道照明设计细则》（JTG/T D70/2—01-2014）等有关道路照明方面的规范标准，其中对于照明功率密度值（LPD）、节能措施等方面都做了严格的规定。本文拟从设计的角度谈一谈有关道路照明节能的一些想法。

1 道路照明常用节能措施

结合现有技术产品的运用，道路照明节能的常用措施包含以下几个方面。

（1）采用调压技术措施

由于城市电网在下半夜时用电处于低谷，电网电压上升，加载在单灯上的电压有可能会达到240 V甚至更高。在下半夜道路车流量明显减少的情况下，不仅直接调高了灯具输出功率，而且对于灯具寿命有很大的影响。通过采用在路灯配电前端设置调压变压器，设定在下半夜时调低线路上的输出电压（一般降为180 V），以降低灯具的输出功率。

（2）调节灯具输出功率

针对常用的高压钠灯光源，可采用双功率镇流器调节灯具的输出。双功率镇流器是一种节能型的电感镇流器，它的电感量可以进行变换，从而使控制灯具的输出功率随之发生变化。上半夜路灯在额定功率下运行，到了下半夜，自动增大镇流器的电感量，使路灯的输出功率下降。

（3）其它常用节能措施

常用的节能措施还包括间隔开关路灯的方式，通过双回路供电或者通过电力载波技术，在下半夜关闭一半路灯，但在这种情况下，路面亮度纵向均匀度和路面照度均匀度也会下降，对道路行车的安全性产生一定的影响。

2 合理选择设计标准及参数

合适的照度在城市道路照明的设计工作中是首先应该重视的问题。《城市道路照明设计标准》（CJJ45—2006）规范中，明确规定了主干路、次干路、支路分别对应 30/20 lx、15/10 lx、10/8 lx的高低档平均照度设计标准。设计师须根据城市道路的性质和规模，综合安全、技术、经济分析比较，确定合适的照度要求。比如国内某城市高架环线快速路，设计时速60～80 km/h，照明设计中没有片面追求照度，更多的是考虑路面亮度纵向均匀度，选取的平均照度标准是20 lx低档值，几年运行下来，证明该设计标准是合理的、安全的。像这种动辄几十公里的城市高架环线，虽然道路设计时速高，但不存在行人及道路平交口，路面亮度纵向均匀度可能比路面平均照度更重要，合理选择路面平均照度值，不管对于前期投资、后期管护的经济性，还是对于城市照明节能，都是很有意义的。

我们知道，在城市隧道照明设计中，洞外亮度值L20（S）的大小，直接关系到隧道入口段、过渡段及出口段的亮度要求，设计师如果对于洞口环境、朝向、天空面积比、减光措施等因素考虑不充分，也不能对现场洞口亮度进行实际测量，往往把洞口亮度值设定得很高。实际上，在其条件相同的情况下，L20（S）设定为 4 000 cd/m2和 6 000 cd/m2，其设备费及年耗电量相差达30%。所以，准确选取洞口亮度值，可在较大程度上节约用电能源，节省投资。

有时候我们也碰到这种情况，设定的路面平均照度设计标注是30 lx，但选取设计参数计算下来，往往达到40 lx，甚至50 lx。设计虽然可能不超过规范允许的LPD值，但我们为什么不能通过调节设计参数尽量接近设计标准？这也是需要我们注意的问题。

3 合理设置灯具及灯杆

道路照明灯具的合理布置，首先建立在准确计算的基础上。在笔者接触过的一些项目中，部分设计利用道路照明的简化计算公式进行道路照明计算，公式中没有任何体现灯杆高度、灯具仰角、灯具配光的参数。这种简化计算，只能估算出路面平均照度，不能计算出路面照度均匀度，更莫谈规范要求的炫光限制阈值增量和环境比。从设计的角度看，这是不严谨的，利用专业软件计算可解决这一问题。

DIALUX软件是一套成熟的照明计算软件，该软件利用灯具的IES配光文件，模拟街道场景，输入各种数据，可准确对规范要求的各项参数进行检验。我们以某一条典型道路为例，说明合理设置灯具的重要性。

该道路为城市地面主干路，机动车道平均照度值按30 lx设计标准。采用12 m/10 m高路灯，挑臂1m，灯具仰角8°，灯杆两侧对称布置，间距35m。光源采用高光效高压钠灯，截光型灯具，灯具维护系数为0.7。其中图1是我们经常在道路上看到的路灯布置形式：250 W高压钠灯照向机动车道，150 W高压钠灯照向人非道路。这种方式看似合理，其实未必。如果我们按照图1、图2来布置路灯，把灯具IES文件及设计参数导入场景模拟计算后（采用DIALUX计算软件，国内知名品牌灯具配光文件，下同），可得到表1的结果对比。

从表1可看出，照向机动车道的250W高压钠灯已经能满足人非的照明需求，照向机非的150W高压钠灯其实不需要设置，其仅起到增强人非道路照度的作用，而结果又远远高于规范的要求。我们知道，人非道路对于功率密度值是没有要求的，虽然这种设计不违反规范，但我们费尽心思考虑各种节能方式，却忽略了最基本的节能方式，即减少不必要的照明灯具。

表1 不同灯具布置照度计算结果对比

有时，合理设置灯杆的位置，对于节能也是有意义的。现在很多道路设计中，为了美化城市环境，会在机非分隔带或者人行道上种植树木，这也导致了日后树木可能会对道路照明造成较大的影响，形成大片暗区。这时候，我们应与相关专业充分沟通，综合各种条件，合理设置灯杆的位置，尽量避免不利情况的产生。

4 LED灯用于道路照明是否节能

当每个人说到LED照明的时候，一个关键词就是“节能环保”，确实，LED作为一种新型光源，具有光效高、寿命长、显色性好等特点。但是，经常有产品供应厂商宣称LED路灯比高压钠灯节能30%，甚至说节能50%。这种说法是否真实，还是以计算作为依据来分析比较。将图1及图2中的250W高光效高压钠灯替换为260W的LED光源，将图1中的150W高光效高压钠灯替换为70W的LED光源，其余条件相同，计算结果如表2。

综合表1及表2不难看出，260 W的LED路灯相对于250W高光效高压钠灯，对于机动车道侧的照明节能意义其实是有限的，在人非道路侧不设置照明灯具的情况下，LED灯对于机非道的照明还不能满足规范要求。为什么会这样呢？事实上，LED灯的光效大约为100 lm/W，灯具效率85%～90%，高光效高压钠灯的光效能达到130 lm/W，灯具效率约为70%～75%。对比之下，两者的效果是差不多的。由于LED光源方向性强的特点，大部分的光照向机动车道地面，但这也导致了机非道路的照度就不足了。本来一套高压钠灯灯具能解决人非及机动车道的照明，换成LED灯就得两套了，这也进一步增加了投资。

表2 替换为LED灯具计算结果对比

5 LED灯用于城市隧道照明节能意义

对于节能设计，其实是个相对的概念。由于城市隧道照明一般对于显色性有要求，较少采用高压钠灯作为隧道基本照明光源。较多采用LED灯和荧光灯作为隧道基本照明光源，相对于荧光灯，LED灯不管是光效还是灯具效率，均比后者高，其节能效果是显而易见的。

另外，由于隧道加强照明需根据洞外亮度、车流量、天文时间等数据实时调整输出，LED灯相比其它光源有无可比拟的优势，通过电力载波或通讯技术，可根据各类参数实现LED灯0%～100%无极调光输出。但高压钠灯由于电压过低时的自熄现象，常采用回路控制的方式进行加强照明的8级调光。这种控制方式弊端也很明显，高压钠灯启动慢，往往几分钟才能达到正常光通量输出，熄灭后在十几分钟后才能重新启动。这就大大延长了调光周期，不能实时根据室外亮度及其它参数及时作出调整。另外，这种控制方式所需的电缆回路多，进一步增加投资和维护成本。

6 结语

道路照明节能设计中，不能局限于满足照明功率密度值的要求。除采用各类节能技术外，还需要合理选取各种参数，在精确计算的前提下，合理设置灯具及灯杆，将节能设计进一步优化。

LED灯作为新型光源，其优点和缺点是显而易见的。经过上文中的计算和分析，相对高光效高压钠灯，LED灯在道路上的节能效果较有限。由于LED灯可控性强，在隧道照明中具有较大优势，且避免了LED灯透雾性差的缺点。所以笔者对一般道路，特别是较宽的主干路对于LED路灯的使用持保留态度。在城市隧道照明中推荐使用LED灯作为照明光源。

LED光源近年来发展迅速，其价格也在逐步下降，但还存在散热、光衰问题，另外LED灯具的标准化、模块化的程度也不足，这些都是进一步需要解决的问题。