城市路灯照明系统节能的探讨

摘　要：本文分析了城市道路照明节能的必要性，通过合理照度、布灯间距、光源选择、供电路线、控制系统等方面的节能设计，从而提高能源利用效率，减少不必要的能源浪费，达到节约能源的目的。

关键词：道路照明 照明工程设计 节能
　　国家建设部、发改委在《关于加强城市照明管理促进节约用电工作的意见》的通知中，指出“大力推广节能技术，提高电能利用效率；严格按照照明设计标准规范进行照明设施的建设，不得超标准建设；新建、改建照明项目必须采用科学的照明设计方法，推广采用高效照明电器产品和节能控制技术。”等以上规则。随着我国经济建设的高速发展，社会城市化建设突飞猛进，因此，与之相匹配的城市道路照明的改造和新建工程也急剧骤增。但是伴随而来的是能耗的大幅度提高，特别是近年来能源价格大幅度提升，使电力耗费成为负担。因此，路灯的节能必然成为一种趋势。
一、城市道路照明工程设计与节能
　　城市道路照明的目的是为驾驶员和行人创造一个良好的视看环境，使人们安全、迅速、舒适地到达目的地；以及为了减少对人身及财产的犯罪行为发生。城市的人行道上一般是行人较多，所以城市主要道路照明不但要照亮车行道路面，而且还要适当照亮人行道，而且使半柱面照度达到标准要求，这样有利于迅速发现人或动物横穿道路等潜在的不安全因素。
　　设计是节能的源头。城市照明工程设计应由专业设计人员进行，在设计时应严格遵循道路的性质、功能对照相应的照度和能耗密度标准，确定最节能的布灯间距、光源、供电路线、控制系统等等。这就要求道路照明工程师不但有良好的职业责任感，较全面的技术素质，能掌握科学的照明设计方法。设计人员在进行道路照明设计时，在保证照明的效果，达到城市道路照明的目的前提下，做到最大限度地节能和节省投资，并降低运行维护费用。
二、合适的照度
合适的照度，是我们在道路照明节电工作中首先需要重视的问题。它包括两个方面。其一是为所设计的道路选择合适的照度标准；其次，是采用适当的计算及设计方式，实现合适的照度。我们不难观察到，国内不少城市道路照度偏高，既增加了路灯照明的耗电，也削弱了道路两侧景观照明的效果。
　　 不可否认，相对于我国沿海一些近年来交通发展较快、经济较发达城市，由于其出行时间延长、交通量大、交通情况复杂，其中的照度标准要求偏低。但我们也不应过分的选择较大的照度。应根据《城市道路照明设计标准》以及我们工程中的实践，合理选择标准的照度。具体工程中,可视道路所在城市的性质和规模、交通信号的完善程度、道路与周边环境分隔状况在规范中高档值与低挡值之间合理选取照度标准。
　　照度标准确定后，如何进行照度计算,是设计师们头疼的问题。常规的利用系数法计算粗糙，且无法确定均匀度。手工逐点计算法计算精度虽高，但需要收集大量的灯具资料，计算工作量也很大。以上两种计算方式在工程实践中均不适用。笔者建议,目前已有多家国内外灯具厂家编制了照明计算软件，计算中虽然只能对相对应厂家生产的灯具进行照度计算，但对于路灯系统设计还是有相当的参考意义。建议在设计中选择一到两家的软件对照度进行计算，从而快速方便地确定灯具布置形式、杆高、路灯间距、光源容量，实现合适的照度，避免或减少路灯系统设计的盲目性。
三、采取合理的布灯间距
　　路灯的布灯间距是否适当直接关系到照明的效果。安装间距对节能尤为重要，尽可能加大安装间距。
　　如采用双侧对称布置，间距30米时，每公里66个灯，如250w，按每亮灯10小时，每公里耗电量为66*250*0.001*365*10=60225kwh(不计镇流器损耗)；若间距为40米时，每公里50个灯，耗电量为50*250*0.001*365*10=45625kwh，每公里就节约14600度电，假设全国以每年新增城市道路 2.5万公里计算，就可节省电力3.65亿KWh，并可节省灯具杆投资 20亿元(每杆以5000元计)，相当可观。当然，这是经计算满足标准的前提下并未考虑道路交叉口和隔离带分段而影响间距布置。从上可看出，在满足标准的前提下，布灯间距对节能非常大的意义。
四、路灯光源的选择
　　目前，路灯照明所采用光源的主要类型有：金属卤化物灯、高压钠灯、白炽灯、紧凑性荧光灯等。在相同的电功率下，高压钠灯光能量比金卤灯高40%左右，且钠灯的透雾性能比较好；按照同样照度标准的道路照明要求，金卤灯光源的电耗多于高压钠灯。因此高压钠灯在城市道路照明工程中使用非常广泛。
　　随着科学的发展，LED光源的技术成熟，LED光源在许多大中城市大力推广应用。LED光源的特点是长寿命、高效、节能、安全、绿色环保。据专家介绍，和高压钠灯相比，新型大功率LED路灯可节约80%的电能，在照明效果上基本也可以取代路灯普遍所采用的高压钠灯。
　　LED光源耗电量是高压钠灯的18.7%，可节约80%以上的电能。
　　高压钠灯更换成本和维护费用是LED路灯5倍。可见LED路灯不但能比高压钠灯节能，且更换成本和维护费用节省的多。所以，LED光源在城市道路照明方面的广泛应用，必将是大势所趋。
五、供电路线设计
　　路灯工程的特点是线路较长，线路上的电流不一定很大。路灯配电回路供电半径长一般达800米，随灯具与供电端距离的增加，电压逐渐下降，若线路设计不当，有可能出现远端电压不能满足光源所需正常维持电压；解决线路压降问题的方法就是安装补偿电容。
　　目前国内城市道路照明工程设计中采用的电容补偿方式有两种：一是在路灯电源处集中补偿，二是在灯具处分散补偿。采用路灯电源处集中补偿方式，并不能减少低压配线的耗电；采用单灯分散补偿，无疑减少了路灯电源至路灯灯具这一段线路上产生的损耗，将起到较好的节电效果。
　　路灯采用的光源，基本是气体放电灯，其功率因数相当低，一般在0.40～0.6，从而使回路电流大，在线路上产生的损耗相当可观。电容补偿后单灯功率因数不小于0.80。但标准中并没有明确是在路灯电源处集中补偿，还是在灯具处分散补偿。目前国内城市路灯系统采用的电容补偿方式两种均有。由于路灯设施是均匀分布在道路纵向两侧，由路灯电源至路灯灯具的低压配线较长，道路照明系统产生的损耗主要发生在这一段。采用路灯电源处集中补偿方式，并不能减少低压配线的耗电。而采用单灯分散补偿，无疑减少了路灯电源至路灯灯具 这一段线路上产生的损耗，将起到较好的节电效果。
据测算，对一条道路上安装的100 盏 250W 高压钠灯进行电容器无功补偿，将功率因数由0.44提高至0.80，结果供电电流由补偿前的300A降低至141A，工作电流下降了大约一半，表明该照明系统通过无功补偿为供电电源系统腾出了一半的容量空间，使电源设备能够再发挥相当数量的供电潜能。
　　另一方面，由于照明系统供电线路上减少了一百多安培电流的徒劳往返，必将大幅减少线路上的电压损耗和功率损耗，同时也降低了线缆的温升，可谓一举多得。
　　六、控制系统与节能
　　多年以来，我国路灯的管理和控制手段主要采取以下手段：开关灯采取时控方式；故障巡检依靠人工巡查的方式。随着城市的扩大，路灯数量的迅速增长，这种控制方式在故障实时监控处理、按需控制、节能等方面已越来越不能适合城市发展。
　　无线监控路灯控制系统应用计算机网络、超短波通讯、数据传递、大屏幕投影等技术，组成具有无线遥控、遥测、遥讯和数据信息处理等功能。它实现了在总控制室和各道路分控制站之间，用数据的形式通过无线电的方式，对各路灯控制箱进行监视、测量和控制，实现路灯监控的智能化管理。可对大中城市城区路灯进行准确的遥控开关灯，避免因早开或晚关造成的能源浪费。
七、结束语
　　城市道路照明是城市夜景照明的一个重要组成部分，并且作为城市最基本的构成要素之一，是展示城市形象的最直观的场所。城市道路照明工程的节能设计，对提高能源利用效率，减少不必要的能源浪费，有很重大的意义。
参考文献：
[1] 建筑照明设计标准（GB50034-2004）.
[2] 照明设计手册.北京照明学会照明设计专业委员会编.
[3] 刘洪娟.道路照明与节能[J].《山西建筑》2002；28(2)