市政道路照明电气节能设计分析

石家庄市政设计研究院有限责任公司 王宇豪

1 我国市政道路照明系统的现状分析

相关调查结果证明，虽然近年来我国城镇化长期保持着高速的发展步伐，但是我国市政道路照明系统建设尚处于相对较低的基础层面。一方面存在基础设施不完善的问题，具体表现为，偏远地区夜间城市道路光线条件较差、道路照明光源故障率较高、道路照明光源保养和维护不到位等。另一方面，节能措施不科学且具有局限性，大型城市市政道路人流量和车流量大，对市政道路的光线条件要求较高，否则容易出现交通阻塞和车辆拥堵等问题，甚至会引发安全事故。

此外，根据调查显示，我国市政道路照明系统无论是大型城市还是中小型城市，无论是人流和车流密集的主干道还是人流和车流较少的支路和辅道，基本都是采用从傍晚到天亮通宵持续的照明方式，尤其在中小型城市街道午夜之后，到次日早晨9：00点这段时间内车流量和人流量少，而当到了冬季之后车流量和人流量更少，这样的照明方式不仅造成了电能浪费，还会严重降低照明光源的使用寿命，同时也会造成光源污染，与绿色节约的发展理念相违背。

随着绿色节约发展理念不断深入人心，地方政府和国家越来越重视市政道路照明系统存在的电气浪费问题，并且尝试着采取了一些节约措施，目前常见的方式包括定时开关灯、隔盏关灯、随季节变化调整开关灯时间等方式。根据实践经验发现，这些节约措施存在一定的局限性。定时开关灯无法根据城市道路人流量和车流量变化，以及季节变化临时做出调整。隔盏关灯是指前半夜所有照明光源正常工作，午夜后间隔关灯，以此达到降低照明光源工作数量，从而达到节约电气的目的。这样的节约方式虽然能够有效降低电能，但是市政街道照明采用的三相四线供电方式，前半夜照明光源全开时三相四线的四路处于全加载的状态，当隔盏关灯时三相四线的四路输出功率降低一半，会导致变压器单方向负载急剧升高，此时三相线路其中一相必须停止放电处于空载，这会直接导致三相极失去平衡，这种节约方式可行性较差。

2 市政道路照明电气节能设计的内涵和现实意义

市政道路照明系统作为城市基础设施的重要组成部分，关系着城市人口的日常生产和生活，关系着城市的规划和发展，也是展现城市精神文明面貌的名片。在全球资源短缺和环境问题日益加剧的大背景下，节约资源和保护环境是地区和国家实现可持续发展的必由之路。近年来，我国城镇化进程在快速推进的同时，市政道路照明系统存在的电气浪费问题越来越突出并且被人们所关注。

市政道路照明电气节能在当今社会节能降耗中占据着重要的地位，市政道路照明电气节能设计需要相关人员从人体视觉感官、照明电气设计、照明理念、市政道路照明需求现状和发展规划、照明电气安装位置，城市地理特点、开关灯方式等众多层面出发，综合考虑相关要素设计优化和选择科学合理的市政道路照明电气及安装方式，同时根据城市规模、人流量、车流量、地理气候特点以及季节变化等要素，实现对市政道路照明电气的细致精准控制，通过减少细小能量流失达到节约能源和延长照明光源工作寿命目的。市政道路照明电气节能设计的现实意义在于在满足人们日常照明需求、城市发展需求以及城市精神文明建设需求的基础上，有效降低市政道路照明系统的电气浪费，实现城市建设与资源和环境协调发展。

3 当前市政道路照明电气节能设计中存在的问题

3.1 相关标准和市场监管不完善，灯具质量难以保证

灯具是市政道路照明系统的硬件基础，灯具质量的优劣直接影响着市政道路照明电气节能设计工作质量。目前，我国市政道路照明灯具相关标准和法律法规不够完善，加之对灯具市场监管不够严格，导致灯具质量良莠不齐，假冒伪劣灯具普遍充斥着灯具市场，直接影响着市政道路照明系统工程建设质量和市政道路照明电气节能设计工作质量。

3.2 市政道路照明电气节能技术水平比较落后

先进的节能技术是开展市政道路照明电气节能设计的基础，目前我国该方面的技术水平比较落后，具体表现在，相关人员对市政道路照明能源消耗标准认识不足，对国外先进技术也引进较少，引进技术不能有效结合当地实际，导致市政道路照明系统节能指标达不到环保节能的标准，城市道路照明系统消耗的电能较高。其次，目前我国市政道路照明系统的自动化和智能化水平不高，市政道路照明光源不能根据照明需求变化进行自动化和智能化感知和调整。最后，由于受到太阳能转化技术不成熟以及其他因素制约导致对太阳能的利用程度不高，而且存在后期管理维护不到位的问题，造成严重的电气浪费。

3.3 差异化设计和控制市政道路照明系统的能力比较薄弱

我国幅员辽阔，城市数量众多且地理分布分散，各个城市的地理和气候条件以及城市规模相互之间差异较大。大型城市、中型城市、小型城市照明需求相互之间存在差异，同一城市内不同街道的照明需求不同，同一街道不同时段的照明需求也不相同。如大中型城市相比小型城市夜间人流量和车流量较高，市政道路照明需求也高；商业街、步行街等繁华街道和主干道虽然照明需求大，但是沿街商铺众多，环境光线强，对市政照明需求较小应当适当调低市政照明光源功率；相对而言，辅道和偏僻的街道由于周围环境光源较少，应当适当调高市政道路照明光源功率；同一街道午夜后人流量和车流量较少应当适当调低市政道路照明光源功率[1]。

3.4 市政道路照明电气安装设计不科学

市政道路照明光源的安装是电气节能设计的关键内容，市政道路照明光源安装设计涉及市政照明光源安装的高度、仰角和密度等方面。当前，一些城市在建设市政道路照明系统时没有充分重视市政道路照明光源安装工作，照明光源的安装高度、安装密度和安装仰角等方面设计不科学，不仅降低了市政道路照明系统的照明效果，也造成了一定的电气浪费。

4 对市政道路照明电气节能设计的思考

4.1 节能设计原则

4.1.1 因地制宜原则

在市政道路照明设计相关标准的基础上根据城市规模、发展规划、地理位置和气候特点、街道周围环境、人流量和车流量及其不同时段变化特点综合确定路面亮度、光线均匀度、诱导性、眩光等级等市政道路照明质量指标。

4.1.2 昼夜兼顾原则

在市政道路照明电气设计时应当兼顾昼夜照明需求，通过精确控制、自动控制和智能化控制等节能措施改变开关照明光源的时间和时长，到了午夜之后适当降低照明光源的输出功率或者关闭部分照明光源，以此达到降低照明光源能耗和延长照明光源使用寿命的目的。

4.1.3 科学安装原则

不同市政街道的照明需求不同，同一街道不同时间段照明需求也存在差异，因此在进行市政道路照明电气节能设计时，应当根据市政道路实际照明需求选择照明光源的种类，确定照明光源的安装高度、安装密度、安装仰角以及控制方式。

4.1.4 功能综合原则

市政道路照明系统除了具有照明功能以外还具有景观功能，因此在进行市政道路照明电气节能设计时要按照功能综合原则，兼顾市政道路照明光源多重功能，在满足城市道路照明需求的基础上营造出了良好的城市景观，达到功能与景观和谐统一。

4.1.5 经济适宜原则

随着市政道路照明技术和电气节能技术的不断发展，市政道路照明灯具的种类和功能变得越来越多样化，与此同时也带来了光源污染、能耗升高、电气浪费等问题，因此在进行市政道路照明电气节能设计时要采取经济适宜原则，在设计之初设计人员和工程技术人员要进行实地走访调研，掌握街道实际照明需求，在此基础上制定出经济合理和切实可行的设计方案。

4.2 节能设计策略

4.2.1 完善市政道路照明设计标准

照明设计标准是市政道路照明电气节能设计的重要因素，而掌握市政道路实际照度水平和照明需求是确定照明设计标准的前提条件，目前我国市政道路照明设计依据标准主要为《城市道路照明设计标准》（CJJ45—2015）。在市政道路照明工程设计之初工程技术人员应通过实地调查收集相关数据，掌握城市道路的照明等级、道路类型、路面宽度、反光度、周边环境、人车流量等道路实际情况，明确道路的实际照明需求，在此基础上针对性地开展照明设计和制定工程施工方案，这样既能满足道路照明需求，还能有效利用环境光源，也能减少电气浪费和光源污染[2]。

4.2.2 合理选择照明光源

随着近年来科技快速发展，市政道路照明灯具从以前的白炽灯为主演变的较为多样化。目前，市政照明灯具主要有高压钠灯、LED灯、陶瓷金卤灯、荧光灯等，不同灯具各有其特点。高压钠灯的优点主要是照明效率较好和成本较低，缺点是RA显色指数低；LED灯的优点主要是体积小、光线集中、亮度可调节、使用寿命长、电能消耗低、抗震性能强等，但是成本较高和散热性能较差。陶瓷金卤灯的优点主要是光线自然、RA显色指数高、尺寸小、可设计性强、配光性能好、光效较高、使用寿命长、透雾性好、光能维持率高等，缺点是成本高。基于电气节能设计理念，应优先选择高光效和节能型的照明光源，然而，市政道路种类多样，情况各异，照明需求各不相同。因此，在选择照明光源时要综合考虑灯具特点、照明需求、建设成本、管理维护能力等相关因素。

4.2.3 精准设计灯具布局方式和安装参数

城市道路种类多样，因此路灯布局方式也呈现多样化，常见的路灯布局方式有单侧布局、双侧布局、中心对称布局、双侧对称布局、双侧交错布局等。不同的路灯布局方式适合于不同的城市道路，单侧布局方式多用于住宅道路、支路和辅路，其他布局方式则用于城市主干道和次干道。目前，在设计路灯布设方式时主要依据《城市道路照明设计标准》（CJJ45—2015）来计算光源布局方式、安装间隔、安装高度和安装仰角。由于城市道路情况复杂且灯具种类多样，工程设计人员在进行计算设计时不能直接套用标准进行计算，而应当以标准计算结果为基础，同时结合城市道路类型、周围环境、人车流量、道路状况、照明需求等信息以及灯具种类、布局方式、安装高度、安装间隔、安装仰角等信息确定相关设计参数。随着近年来市政道路照明系统设计技术发展，DIALUX等计算机仿真设计软件逐渐应用于市政道路照明电气节能设计中，为精准化设计提供了有力支持。

4.2.4 应用光源降压—稳压—调光技术

目前，常用的隔盏关灯市政道路照明电气节能方式存在明显的弊端，可操作性不强，无法有效解决市政道路照明电气节能问题。随着科技发展光源降压—稳压—调光技术应运而生，光源降压—稳压—调光技术是一种既可以满足城市道路照明需求，又能有效减低灯具电能消耗和延长灯具使用寿命的自动化和智能化控制技术，该技术分为降压、稳压和调光三步，照明光源在前半夜正常照明，当进入后半夜自动启动调光机制，适度降低照明灯具的电压和照度，在满足道路照明需求的同时达到电气节约的目的，基于光源降压—稳压—调光技术显著的节能效果和可操作性，该技术成为市政道路照明光源发展的主流趋势[3]。

4.2.5 优化配置供电线路

市政道路照明系统供电线路常用的供电电源为10/0.4kV箱式变电站，常用的供电方式为三相四线制。市政道路照明电气节能设计中，在选择箱式变电站变压器容量时既应当充分考虑到灯具的实际载荷，也要综合考虑道路沿线信号灯、红绿灯、交通指示牌、公交车站等公共设施的容量负荷。在布设箱式变压器时，应当布设在城市电力10kV电源线路一侧，而且为了不影响人们的视线和城市面貌，应当布设在路面以外或者在高架桥底下，还要考虑自然环境对变压器的腐蚀伤害，因此为了达到电气节约目的，在选择变压器时应当选择节能型干式变压器[4-5]。其次，市政道路照明系统三相四线制三相负荷要平衡分配，380/220V线供电半径不能超过800m，低压线末端电压下降幅度不能超过额定电压的5%。此外，供电线缆以符合标准的合金线缆和铜芯线缆为宜，不能盲目追求大截面的线缆造成浪费，必要时用保护管进行保护。

4.2.6 改善灯具质量，提升灯具维护系数

灯具材质和质量，灯具维护系数直接关系着市政道路照明电气节能设计效果，因此必须重视灯具质量的节能性改进，如聚丙烯材质的灯罩能够有效抵抗紫外线，聚碳材质的灯罩抗冲击性能好，这两种材质的透明灯罩具有透光度好，光效高、光能维持率高、低眩光等优点，适用于市政道路照明节能灯具中。另一方面，随着灯具使用时间延长，灯具光源的光通量会逐渐降低，而且灯具的反射器和表面会被污染物所污染和腐蚀，造成灯具照度值逐渐降低，因此工作人员要定期做好灯具的日常维护和新型节能灯具的研发和使用。

5 结语

市政道路照明系统已经发展成为当前社会的资源消耗大户，在全球污染加剧和能源短缺问题日益严峻的时代背景下，节约能源是我国经济发展和城市建设必须面对的现实问题，对于市政道路照明系统而言，政府及市政建设管理部门必须将电气节能设计作为市政道路照明系统设计和建设的重点来抓。市政道路照明电气节能设计是一项系统性很强的工程，政府及市政建设管理部门必须对电气节能设计规划进行科学论证，在电气节能设计标准、照明光源研发创新、灯具选择、照明标准、供电线路配置、布局方式和安装位置、维护管理等各个方面融入电气节能设计理念，确保市政道路照明系统具有更强的功能性、安全性、稳定性、节能性及美观性，最终实现环境不好和能源节约从而推动我国城市健康可持续发展。