城市道路照明节能问题及解决方案

刘美璠

河北省唐山市路灯管理所（河北 唐山 063000）

0 引言

城市道路照明系统不仅是城市市政系统的重要组成部分，同时也是城市道路交通安全的重要影响因素。随着我国经济的不断发展和城市基础设施的持续建设，促进了道路交通的迅速发展，同时人们夜间出行需求和夜间交通流量也越来越大。城区交通的发展和变化对道路照明质量也提出了越来越高的要求。道路照明的首要目的是在夜间提供快速、安全和舒适的可见度，达到提高交通安全、提升交通运输效率的目的。同时，城市夜景也成为人们出行或者旅游所考虑的因素之一。

然而，我国是一个能源短缺的国家，相关数据显示，我国每年照明所用电量占总发电量的13%以上，其中城市道路照明所用电量约占总电量的7%～8%。因此，我国政府提出了城市道路照明建设中应同时注重照明质量和节能，提倡在道路照明中应用“绿色照明”模式，在满足行车功能和路面亮度需求的同时，还应做到合理利用资源。

1 城市道路照明节能问题

1.1 道路照明亮度与配比不当

过高的照明亮度、灯光配比效果不当均属于常见的城市道路照明节能问题。结合实际调研可以发现，不符合国家标准的照明亮度广泛存在于我国很多城市道路中，很多设计单位因过于追求照明亮度而导致设计的照明强度超标，这会影响夜间驾驶者的视觉，在浪费照明资源的同时影响道路行驶安全。灯光配比效果不当同样会影响道路使用效果，如未能全面考虑行人、驾驶员进行灯光配比，道路照明选择往往无法与灯光的实际需求相匹配等，很多问题由此出现[1]。

1.2 道路照明缺乏规范性

现阶段，主要基于行业标准和《城市道路照明设计标准》（CJJ 45—2015）进行城市道路照明设计，具体设计时需以照明功能、道路作用、道路规划为依据，包括灯杆造型、灯具颜色、灯杆高度与样式等内容。结合相关数据可以发现，由于道路照明设施要求未能统一，各地存在不同的设计和安装方式，不同城市间的照明设施不统一情况较为常见，部分城市还存在不同地区照明设施不统一的问题，不仅影响城市美观，而且不利于后期维护，必须引起重视。

1.3 控制模式不够合理

控制模式不够合理同样属于城市道路照明节能面临的问题，此类问题源于设计时未充分考虑驾驶人员的特性。道路照明中对驾驶人员的考虑可细分为开始、适应、过渡等阶段，具体设计时需考虑人体对光照的适应特征，以及远程控制系统控制带来的影响。而在实际工程中，很多城市未充分考虑驾驶人员的特性，具体照明全程采用最大零度需求的情况仍较为常见，这不仅会造成电力资源浪费，相关安全隐患也可能随之出现。

2 城市道路照明节能问题解决方案

2.1 强化设计、优选设备

为实现城市道路照明节能，解决上文提及的相关问题，需要从强化设计入手，并关注照明设备的选择。作为城市基础设施建设的重要组成部分，城市道路照明会对城市总体面貌、人们的生活起居带来深远影响，同时在很大程度上影响城市的总体形象。道路照明设计需结合道路实际，充分考虑道路需求、道路环境、未来发展等因素，并重视建设成本，以实现照明质量与建设成本控制的兼顾。另外，具体设计时还需要关注照明设备的选择，尽可能采用高效能的节能照明设备，以延长设备使用时间、降低能耗，进而提升设计的经济性与环保效益。城市道路照明常用灯具包括荧光灯、高压钠灯、LED 灯等，其中，LED 灯具有成本低、污染小、能耗少、易控制等优势，且相较于荧光灯可节约约37%的电能，这使得其被广泛用于道路照明。但值得注意的是，LED 灯也存在显色性差、不易控制等缺陷，这在设计中同样不应被忽视。此外，还需要关注路灯控制设备的优选，如动态调光、无功补偿，以更好地保障照明的使用效率及路灯的使用寿命。

2.2 充分利用客观环境

为解决城市道路照明节能问题，还应充分利用客观环境。结合相关研究和实践可以发现，在高反射的路面上或高反射建筑旁设置路灯，可实现光能的最大化利用，城市道路照明效果强化、能源节约也可同时实现。混凝土沥青路面结构作为我国公路路面结构的主要形式之一，其反射率为0.18 ～0.21，低于水泥混凝土路面的0.24 ～0.31。因此，应在保证安全的前提下尽可能地采用水泥混凝土路面，这样更能有效利用自然光。通过充分利用客观环境，在自然光环境下，驾驶员行驶的安全性才能得到更好的保障。同理，通过将路灯等照明设备设置于高反射率的建筑旁，同样可实现有效节能。

2.3 优化道路照明控制

道路照明控制的优化也有助于节能问题的解决。现阶段，我国多数城市道路照明控制方式都是定时控制或光控。定时控制需基于地理位置、天文钟实现太阳升起（落下）前30 min 的路灯熄灯与开灯控制；光控可在能见度较低的天气实现路灯的自动开启，如沙尘暴、雷阵雨等天气。为优化道路照明控制，文章建议引入智能化控制。智能化控制在劳动力节约、资源最大化分配方面优势明显，且能够基于实际情况实现实时控制，人员操作引发的不匹配效果也可得以规避。智能化控制，即可结合车流量、季节、天气、环境等因素实现室外路灯的实时控制，降低了人员手动控制的工作量，解决了手动控制与时序控制间产生的冲突问题。值得注意的是，优化道路照明控制还需要定期清洁和检查路灯。对大部分暴露在外的城市照明灯具而言，外界因素带来的影响较大，如冰雹、雾霾、雨雪，灯具在该类因素影响下很容易出现故障。因此，为保证灯具的安全稳定运行，更好地服务于城市道路照明，相关单位必须定期开展灯具检查，并保证相关问题在发现后能够及时得到处理。此外，还需要定期清洁灯具，保证灯具的照明效果和照明强度。

3 城市道路照明节能改造实践

3.1 案例概况

为提升研究的实践价值，文章以某地道路节能改造工程为对象展开研究。工程涉及的变压器、灯杆、光源分别为2 201 台、171 059 基、215 039 盏，服务面积为2 350 km2，工程需要在不改变原有灯杆布局的前提下进行节能改造。

3.2 节能改造内容

该道路节能改造工程的具体内容可细分为节能光源、智能照明控制系统、半夜灯、供电线路四个部分。（1）节能光源改造涉及的无极灯、LED 灯数量分别为15 000 盏、2 000 盏，原有的250 W 高压钠灯需等量替换，250 W 高压钠灯与125 W 无极灯、100 W 的LED 拥有等同的发光效果。相较于高压钠灯，无极灯、LED 灯光源及配套灯具在能耗、光效、显色性、使用寿命等方面均具有显著优势。（2）智能照明控制系统改造需均匀安装照度监测装置共58 台，以实时监测室外环境照度，同时设置“太阳光追踪”模块，道路照明系统的精确化控制可基于监测数据实现。智能控制平台在节能、道路交通安全保障方面均可发挥积极作用。（3）半夜灯的设置需结合各道路的交通流量、等级，分两级管理半夜灯，一级半夜灯23：00 熄灭，二级半夜灯24：00 熄灭。前者主要适用于非重点地区和偏远地区且凌晨也不再恢复点亮，后者恢复点亮于早晨熄灯前90 min。（4）供电线路节能改造围绕400 基路灯变压器开展，需要在路灯回路加装智能调压设备，同时结合照明控制平台开展有载调压改造，以监测各回路电压状态。通过耗电量计量、统计报表生产，进而实现节能效果的有效统计[2]。

3.3 成本与效果分析

针对上述改造内容，文章提供了A、B、C、D 四种节能改造方案。其中，方案A 为LED 替换、无极灯替换（光源节能）；方案B 为智能调压设备器加装、变压器有载调压改造（供电节能），方案C 为亮灯模式改造、智能开关灯改造（控制节能）；方案D 为前三种方案的汇总。考虑前期费用及达到耐用年限拆除费用差异较小，文章仅分析节能改造带来的施工增量成本。A、B、C、D 四种方案的总投资分别为4 200 万元、1 733 万元、340 万元、6 273 万元。按照0.75 元/kWh 计算，LED 替换、无极灯替换、智能调压设备器加装、变压器有载调压改造、亮灯模式改造、智能开关灯改造的节能量测算分别为1.383×106kWh/a、8.646×106kWh/a、2.891×106kWh/a、1.04×105kWh/a、1.613×106kWh/a、8.399×106kWh/a。结合相关数据进行计算，可确定A、B、C、D 四种方案的经济效益分别为803.9 万元、255.5 万元、1 949.7 万元、3 009.2 万元。按照10 元/kg 的收费标准计算氮氧化物、二氧化硫、化学需氧量排污费用，12 元/kg 的标准计算氨氮排污费用，100 元/t 的标准计算二氧化碳的治理费用，同时设定二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的排放系数为2.45、0.022 31、0.019 17，可确定A、B、C、D 四种方案的节煤量分别为3 858.8 t、1 226.5 t、9 358.5 t、14 443.8 t，各方案环境效益分别为254.6万元、80.9 万元、617.5 万元、953.0 万元。

总而言之，A 方案的节能潜力、内部收益率、静态投资回收期、万元投资节能效益分别为13 558.9 kWh、10.58%、5.22 年、0.259，B 方案分别为2 650.3 kWh、3.82%、6.78 年、0.194，C 方案分别为2 599.6 kWh、573.1%、0.21年、7.546，D 方案分别为18 808.8 kWh、37.77%、2.44年、0.632。综合对比可以发现，不考虑综合改造方案时，方案C 的投资收益最好，方案B 的投资收益最差，方案A 的节能潜力最大，方案C 的节能潜力有限，由此可加深对案例道路节能改造工程的了解，城市道路照明节能改造重点也可随之明确。

3.4 经验总结

综合分析可以发现，光源节能改造属于节能改造的重点，随着LED 等节能光源的不断出现，光源节能改造的节能潜力和节能率不断提升，因此具体改造需关注亮灯率、产品质量，节能效益分配方案的合理制定也不容忽视；控制节能改造与配套灯具节能改造的关联性较强，且二者具备较高收益水平，实际改造时需关注不同厂商配备系统的兼容性以及智能控制要求，各地路灯管理部门应做好路灯控制平台的管理工作；供电系统节能改造直接关系城市道路照明的安全稳定运行，但考虑其存在收益相对较低、投资额大等特点，应以改造作为供电系统节能的主要措施[3]。一般情况下，具体的设备更换需在寿命期满后进行。

4 结论

综上所述，城市道路照明节能需关注多方面因素影响。在此基础上，文章涉及的强化设计、优选设备、充分利用客观环境等内容，则提供了可行性较高的城市道路照明节能及改造路径。为更好地实现城市道路照明节能，还应关注基于PPP 等合作方式的社会资本吸引、节能效益分配激励方式的应用，以更好地改善照明质量、实现节能减排目标。