道路照明节能设计方式的探讨

来瑞鹏（天津市市政工程设计研究院，天津　300051）



道路照明节能设计方式的探讨

来瑞鹏（天津市市政工程设计研究院，天津300051）

1　概述

随着我国城市化建设的不断深入，城市道路建设也不断增速。道路越来越多、越来越宽，对道路照明的要求也随之提高。不但要为各种车辆的驾驶人员以及行人创造良好的视觉环境，还对照明提出了节能降耗、实施绿色照明的要求。节约电能是节约能源，保护环境最有效的措施。当前对照明节能控制最有效的方法就是按时开关灯、午夜后降低光源功率和关闭少部分灯具。

在设计人员进行照明设计时，应提出多种符合照明标准要求的设计方案，进行综合技术、经济分析比较，从中选出技术先进、经济合理又节约能源的最佳方案。

2　节能设计

目前从道路照明设计来说，节能设计主要从三个方面来实现：采取合理的布灯方式；采用高效节能的光源及电气；在照明系统上增加节能控制设备及改变控制方式。

2.1合理布灯方式

影响照明效果有诸多因素：布灯形式、安装高度、安装间距、挑臂长度、仰角大小等等，这些都是影响照明效果的技术因素。对于道路照明设计，如果设计人员按照《城市道路照明设计标准》去设计，灯具功率满足规范中的节能标准，根据道路的等级，道路横断面形式、宽度及照明要求，布灯方式不会相差很多。下面通过一个工程实例来对比说明。

图1　路灯设计方案一横断面示意图

方案一：如图1所示，主线道路照明采用路灯沿道路双侧对称布置，灯杆高度为14m，悬挑长度为2.5m，仰角12°，灯杆间距为30m左右；灯具采用截光型，光源采用400W高压钠灯。辅道及立交匝道道路照明采用路灯沿道路单侧布置，灯杆高度为10m，悬挑长度为1.5m，仰角10°，灯杆间距为30m左右；灯具采用半截光型，光源采用150W高压钠灯。主干道平均照度达到34.02Lx。功率密度0.95W/m2。辅道平均照度达到18.2Lx。功率密度0.61W/m2。如图1所示。

图2路灯设计方案二横断面示意图

方案二：如图2所示，主线道路照明采用路灯沿道路双侧对称布置，灯杆高度为15m，悬挑长度为2.5m，仰角12°，灯杆间距为47m左右；灯具采用半截光型，光源采用600W高压钠灯。辅道及立交匝道道路照明采用路灯沿道路单侧布置，灯杆高度为10m，悬挑长度为1.5m，仰角10°，灯杆间距为30m左右；灯具采用半截光型，机动车道光源采用150W高压钠灯。主干道平均照度达到31.7Lx。功率密度0.91W/m2。辅道平均照度达到18.2Lx。功率密度0.61W/m2。

两个方案均符合设计规范要求，但是相比较笔者推荐方案二。因为方案二采用半截光灯具、灯杆加高，间距加大，灯杆投资减少，每公里灯具功率降低，视觉效果也优于方案一，发光效率明显要高。方案一灯杆过密，不美观，并且投资及灯具功率相对较高。

2.2采用高效节能的光源及电气

光源节能主要取决于它的发光效率，但也不能单纯从光效出发，也应根据显色指数、使用寿命、启动特性、价格等因素综合考虑，合理应用。

传统路灯光源大都采用高压钠灯光源，它具有光效高、透雾性好，适合做路灯光源。但高压钠灯360度发光，光损失大的缺点造成了能源的浪费。传统的电感式高压钠灯镇流器已被电子式高压钠灯镇流器取代。电子式镇流器的功耗大约只有光源的10%，这也是节能行之有效的一个好方式。不同截光型及不同厂家的灯具有不同的配光曲线、效率。当然选择时要尽量选择有实力的品牌厂家的产品。

另外LED照明作为一种较新技术正迅猛发展，越来越多地应用于各种照明领域中。它具有效率高、使用寿命长、显色性好、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高等优点。现在的控制技术可以任意控制LED灯的发光强度、颜色、灯具组合等。一个LED路灯要达到普通高压钠灯的亮度，所需功率只是传统光源的1/2左右（这种说法只是厂家的指标）。采用此光源可节省大量能耗。光效厂家称可达到140lm/W或更高。实际了解到的数据是大约能达到100lm/W。靠“视觉理论”来提高照度的说法也很难成立。LED有它的缺点，主要是指向性（普遍形式是在灯具内，在一个几乎是平板的安装面上，安装上矩阵式的LED，这种设计方式是不可能得到良好的灯具配光的）、发热大、光衰、单灯功率小等。现有的厂家称单灯已能做到600W，实际是将多个半导体发光元件集中在一起。这样会造成更大的发热量，严重影响到半导体元器件。散热就需要增大散热片，这样灯具重量、体积也相应增大，将带来一系列问题。当前每公里的电缆造价，LED灯要低于高压钠灯。但LED灯具相对造价高，LED灯杆安装密度要高于高压钠灯。综合来看，两种光源造价相差不大。城市道路的主干路较少采用LED，而支路、小区内、景观、隧道、广告等广泛采用。当前现阶段国家还没有LED灯的设计规范，大部分都是企业自己的指标，选用依据性差。但随着LED产品的不断完善，光效的提高、有效的散热措施等，笔者认为LED将是今后的发展方向，逐步替代传统照明产品的趋势是必然的。

图3　LED路灯晚间照明实际效果图

图3是LED路灯晚间照明实际效果照片。可以看出LED灯光源指向性很强，只有灯下较亮。均匀度较差。关于LED灯做为路灯光源的相关论述，基本上属于“一家之言”。对此行业内还有很多争议，并无统一结论性意见。实景照片上LED路灯不是非常成功的例子，也不具有代表性。

灯具首先要满足使用功能及照明质量的要求，其次还有光学特性、眩光控制、造价、效率、运行费用、外观（是否与周围环境协调）、耐腐蚀性（沿海地区）等特殊要求。另外要对照明电路进行无功补偿。减少照明光源的无功功率，降低照明线路的电能损耗。补偿方式有两种，其一是单灯补偿，其二是集中补偿。单灯补偿是在灯具内根据不同光源功率，在每盏灯上并联不同值的电容器。集中补偿是将电容器集中放于箱变或配电间内。现在设计一般都同时考虑单灯补偿与集中补偿。

2.3照明系统上加节能控制设备及改变控制方式

此方式是节能的重点，也是讨论现阶段节能最为行之有效、可行的方式。

2.3.1智能控制系统

智能控制系统在对气体放电灯实施自如调控的同时，可节能约30%左右，使光源及附件的寿命延长，实现照明最优化的控制。图4为典型带节能器的路灯系统。控制系统主要有以下几个方面的功能：

（1）软启动稳压功能

启动电源为200V，避免高电压、大电流直接冲击灯具，可消除40%的灯具启动浪涌。实时稳压，无论是220V稳压状态还是节能状态，都能保证输出电压精度在2%之间。解决了夜间过电压照明造成的能源浪费，有效地延长气体放电灯的寿命，从而直接减少了灯泡的维修更换成本。

（2）节能

智能照明控制系统的节能功能在于，由选定的智能控制器发出指令，可设定不同的照明亮度，实现不同时段，不同照度，进行分段节能。如：

时间设定：开机时间、关机时间；节能开始时间、节能关闭时间。

电压设定：额定电压、节能电压。

（3）时控器

时控器可以是天文钟、光控继电器、可编程序控制器、时间发生器等。常用的是天文钟，控制器内嵌专业天文软件，计算出一年每天的日出、日落时间，精确控制路灯的开关。智能控制器成本相对较高，半夜降压也有一定的局限性。

图4　典型带节能器的路灯系统图

2.3.2半夜减光

半夜减光是下半夜减少照明功率或减少照明灯具数量的措施。

（1）变功率：有的厂家的灯具内自带变功率功能。目前变功率镇流器常用规格有400W/250W、250W/150W、150W/100W和100W/70W等，功率调整幅度在30%～40%，节电效果显著，而且对路灯运行影响小，是目前应用在高压钠灯上效果较好的节电方式之一。但要统一控制所有灯具同时减光，需要多敷设一根控制缆。

（2）减少灯具：如机动车侧设置两套灯具，非机动车侧设置一套灯具。下半夜时可减少一套机动车侧的灯具，非机动车侧的灯具也可以关掉。这种方法使得路灯照明均匀度不变、照度降低。控制简单，投资少，见效快。

图5　路灯控制接线图

图5所示的路灯控制接线图是向道路两侧布线。三套开关对应于全夜灯和半夜灯。这种接线简单，不需额外增加电缆。按正常接线，无需增加设备，就可达到半夜减光目的。但也有缺点，开关接线处较混乱，需详细核对接线。

图6　带接触器的路灯控制接线图

图6是笔者设计中采用的接线方式。这种接线需要增加接触器，但接线清晰。

以上两种接线方式，均存在某相不平衡的问题。如果道路短，功率小，某相不平衡相差只有1/4。如果道路长，箱变较多，需要尽可能地进行平均分配，使某相的不平衡可以忽略不计。在现实设计中，很难做到三相完全平衡。

3　结语

以上是设计工作中遇到的几种节能设计形式。现阶段半夜减少照明功率或减少照明灯具数量的方法，是最有效的节能措施。当然一个好的设计也包括：合理选择电缆截面，电缆截面大，压降小、线损小，但投资高，附件成本提高，施工成本也相对提高。此外还需正确选择变压器容量等等。随着技术的进步、光源的发展以及控制的方式改进，在设计中合理地综合利用各种节能措施，路灯照明节能的效果将是非常可观的。

来瑞鹏（1963-），男，天津人，高级工程师。现就职于天津市市政工程设计研究院，主要从事电气与自控设计工作。

摘要：道路照明节能设计，主要从三个方面来实现：采取合理的布灯方式、采用高效节能的光源及电气、在照明系统上加节能控制设备及改变控制方式。文中给出了半夜灯的具体接线。

关键词：节能设计；智能控制系统；半夜减光

Discussion on Energy-saving Design on Road-lighting

Abstract:Currently from energy-saving design on road-lighting,there are three basic areas to achieve the design requirements,(1)to apply reasonable lighting layout design;(2)to apply energy-saving lighting source and device;(3)to apply power-control devices on lighting system to improve energy saving.This article provides the detail connection method for mid-night lighting.

Key words:Energy-saving design; Intelligent control system; Midnight light

作者简介

文献标识码：B

文章编号：1003-0492(2016)02-0083-03

中图分类号：TP273