城市道路照明设置与节能分析

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摘要:随着我国经济飞速发展和人民生活水平的不断提高,城市照明已经成为衡量一个城市现代化水平的重要标志。在满足城市道路照明需求的同时,大力开展节能工作已经成为当前发展的紧迫问题。

关键词:城市;道路照明;节能措施

1. 前 言

随着经济的发展和社会的进步,城市照明设施越来越引起人们的高度重视和社会各方面的关注。因为它在提高城市形象、改善城市环境同时,不可避免的带来用电费用的大幅增加,增加了各地政府的负担。因此,在不降低照明标准、满足更高的照明质量和视觉环境的前提下,城市照明的节能是必要的。

本文结合笔者自身工作实践,谈谈城市路灯照明和节能,希望能收到一些社会效益。

2. 道路照明设置

2.1道路照明主要参数计算

2.1.1 路面任一点的照度计算

路面上设置的灯具i对路面任一点P的照度可按式(1)计算:

EPi=Iγβcos3γ/H2 (1)

(1)式中,EPi为灯具i对路面上P点的照度值;Iγβ为对P点的垂直角γ和水平角β在灯具样本的配光曲线或光强中对应得值;γ为灯具i的光轴与P点光线的夹角;β为P点与光源在水平面内对应的夹角;H为灯具i的安装高度;照度计算如图1。

图1照度计算

一般在道路中,对应于一个点,同时有若干个点光源在该点投有光通量,而在道路设计照明计算时,一般只要求计算该点附近3～4盏灯具的光照叠加值,将叠加后的照度值作为该点的亮度值,如式(2):

EP=ΣEPi (2)

2.1.2 平均照度和均匀度

按灯杆宽度和路面宽度选择若干个有代表性的点,求出其中的照度值。其中必然会出现极大、极小值。利用式(3)～式(5)可计算平均照度Eav、均匀度E0和纵向均匀度E1:

Eav=(ΣEP)/n(3)

E0=Emin/Eav (4)

E1=Emin/Emax(5)

式中,n为所取采样点的个数;Emin为所取得采样点中照度最小的值;Emax为所取得采样点中照度最大的值。采样点取得越多,计算值精度就越高。

2.1.3 亮度指标的计算

由亮度系数Q0和照度换算系数P0的公式:

Q0=L/E;P0=E/L=1/Q0 (6)

式中,Q0为路面的亮度系数;P0为路面照度换算系数;L为路面某单元的亮度值;E为路面某单元的照度值。

由式(6)可得路面亮度的计算式(7):

L=Q0E=E/P0 (7)

亮度系数决定于路面的材料性质、光源、光环境和观察者相对于观察单元的位置。我国公路行业对水泥混凝土和沥青路面的P0值取为15和21;在隧道内则改取为13和22。

2.2道路照明设置

2.2.1 照度标准

照度标准是为各类场所制定的人工电气照明照度水平值,其数值一般指水平照度。多少年积累照度标准的研究,都是依据视角的研究来确定的。我国建国以来照度标准曾修订过数次,其中一项是1991年的《城市道路照明设计标准》(GJJ45-91)。

衡量照度的指标:照度的好坏除能否看清物体外,还有看清物体的难易程度,心里感觉舒适性等,衡量照度水平要综合考虑视角功能、舒适感、经络性、节能等因素。不同的社会条件,不同的地区照度水平可能存在较大的差别。如深圳地区常规做法是将设计照度标准比现行城市道路照明标准高一至两个等级要求。

照度标准是有分级的,照度级差大体为1.5倍的系数,我国的照度标准的分级如下:0.5、1、2、3、5、10、15、20、30、50～3000Lx。在城市道路照明设计时,可以选用其中的部分标准。新标准的特点:过去以工作面上最低照度为标准,现在改为工作面上平均照度为标准;过去标准是单值,新标准改为照度范围,更适合实际情况,有利于灵活运用。例如某一级照度标准为75-100-150Lx,其中值100Lx是推荐值,采用75Lx和150Lx均可。照度标准是设计时重要技术参数之一,必须贯彻执行。

2.2.2 主车道照明设置

主车道照明有杆柱式、高杆式、悬索式和高栏式等几种,通过它们的优缺点对比,采用其中的杆柱式作主车道照明比较合理。而且在实际主车道照明工程中,已被广泛采用。因为其优点颇多,在杆柱的顶端安装照明器,杆柱沿道路配置,其特点式照明器可以沿线形任意布置,并能有效地照到路面,也就是说用小光通量的光源就能满足要求,经络性、诱导性均比较好。随着灯具安装高度的增加,眩光越来越少,整个照明的舒适性相应增加,同时亮度分布面积扩大,得到同样均匀度所需灯具数量减少。根据以往的经验,气体放电灯的杆高,在10～15m是经济的。照明器的眩光和人眼的位置有关,并与照明器的垂直照度成比例,除限制照明水平方向发光强度外,灯具的安装高度也有很大影响,当安装较高时,杆的间距变大,视野内的灯数减少,产生眩光亮度的视角减少,从而使眩光减弱,为了限制眩光,表1给出了按光源光通安装灯具的最小允许高度值。可作参考。

用于主车道照明的杆柱式结构,包括杆柱、悬臂长度和悬臂仰角(即灯具安装仰角),杆柱的悬臂有单边和双边两种,一般单边悬臂杆柱安装在车道边,悬臂伸向车道,双边悬臂杆柱一般安装在车道中央绿化带,两悬臂分别伸向来往车道,有些也安装在车道边,一悬臂伸向人行道,一悬臂伸向车道。为了获得主车道合理照度和抑制眩光,保证照明质量,除优选杆柱尺寸外,对悬臂优化尺寸选定同样重要,一般悬臂外伸的长度是按灯具发光部门长度(即沿道路横断方向发光部分的长度)来决定的,CIE建议悬臂长度不能超过杆柱高度1/4,比较具体要求见表2。

表2杆柱悬臂外伸部分光度选择表

悬臂倾斜角度(即灯具安装倾角)选择,应当重视车道和人行道照明器的光通分配,必须使车道和人行道有相同的宽度,因而照明器尽量采用水平安装。因为倾角较大时,会增加眩光,慢车道和人行道的亮度降低。实践证明,悬臂倾角可以作成5°或15°,一般选在5°以下合理。倾角过大,虽然车道侧的照明利用率增加,但人行道的照明利用率则下降。

3. 城市道路照明的节能措施

城市路灯照明节能的渠道方法很多,综合起来节电效果较好的有光源合理选择、先进的设计、控制系统合理、提高功率因数和定期维护等几项,分述如下:

3.1光源的选择

选用节约电能的光源和灯具,是节电的重要内容,所以要选择经济性好,消耗电能和投资、维护费用低、发光效率高、寿命长、光色和显色性好、光通量高、气体放电等配套的镇流器,启动设备等性能要好的光源。如表3可以参考:

光源和灯具的合理选择,对节约电能影响很大,如选择不当,电能损失可高达30～40%,反之,就可以大大节约资金。

光源的发展大约分为三代:白炽灯为第一代,荧光灯和高压汞灯为第二代,高压钠灯为第三代。从4可见,高压钠灯的发光效率和寿命最高,效率是高压汞灯的2～2.3倍,寿命是4～4.8倍,效率是白炽灯5.6～11倍,寿命是16～24倍。用高压的钠灯取代白炽灯,可节约电能80%以上,代替高压汞灯可节电60%。同时高压钠灯还具有结构牢固、抗绣蚀能力强,技术性能稳定、光通维持性好,维护系数高、透光性强等优点。所以高压钠灯已成为被广泛采用的光源,城市路灯照明已大量采用。

3.2合理的道路照明设计

道路照明设计应遵循国家的规范和标准,设计前要做好调研工作,调研道路的种类、路线形式、道路平剖面、路面反射率和交通情况,区别主干及分支道路、管理形式,推算交通量与行车速度。特别要注意重要交叉点,人行横道的附近情况,其次调查道路周围有关情况、气象条件、供电电源等。重视影响道路照明设计质量的主要因素:①路面的平均亮度;②路面亮度分布的均匀程度;③采用照明器的技术指标与眩光抑制程度;④道路照明器布置的诱导性等。合理的道路照明设计十分重要,如果图纸有缺陷或设备选择不当,都会造成损失,损失就造成浪费。

3.3控制路灯的设置更合理

控制路灯的开关,要控制方便、准确和安全,不管采用人工、时钟自控、光电自控或微机控制的启闭时间都要准确,这是可以节电的一个方面。以某市为例,装灯容量从97年底统计为700kW,如果控制路灯启闭时间不精确,提前亮灯或延迟熄灯都会浪费电能。以每天少亮灯5min计算,每年可以节电2180kWh;采用自动时间控制开关控半夜灯和长夜灯,当夜深行人、车辆少时,自动控制路灯熄灭一半(照度是适当降低些,但不影响道路照明正常使用),亦可以节约电能;在老的路灯照明线路上,因历史原因,当初可能未考虑节能或考虑得不全面,可以在原来的线路加装节能装置,据测试可以节电20%左右;在某些电压波动较大的线路,当用电设备少时,电压升高,不利节能,可以考虑增加稳压器控制电源电压达到稳定,同样可以收到节能效果。控制路灯节能例子很多,难于尽举。

3.4降低照明线路无功损耗和缩小供电半径

现在随着供电质量不断提高,电网电压日趋稳定正常,而到下半夜当用电明显减少时,供电电压升高较多,则照明用电量的功耗也随之上升。这样不但缩短了光源的寿命,也增加了不必要的能量消耗。现在有关单位研制了一种节能器,安装在照明线路内,能按照用户设置的电压值自动投入运行,当电网电压低于设置电压时,负载电压直接由电网供电,节能器不参加工作,当电网电压高于设置电压时,节能器自动投入工作,电网电压经节能器降压供给负载,使照明设备始终在额定电压下运行。而且,节能器本身功率损耗极小,这也节省了照明设备的电能消耗。

3.5路灯系统和灯具定期维护

灯具的造形、结构形式是由使用场合决定的,为提高灯具的发光效率,很多灯具在制造时都增装了反光板。在灯具使用过程中,反光板会锈蚀减少反射率,降低亮度;灯具玻璃会粘上粉尘、油污等,降低玻璃的透明度。所以对灯具要定期检修,力求保持正常发光效率。灯具能发挥其照明作用,就是把光源产生的光通量透过玻璃灯罩,照射到需要的地方,灯具发光效率就光源光通量的利用率,任何灯具的光源的光通量及反射光板的反射效果,其总发光效率总是小于1,如果同一种功率的光源,一种使用在高效灯具上,光通量利用可达70～80%;另一种使用在低效率的灯具上,光通量只能利用40～50%。那么使用在低效率灯具就浪费电能。所以说明选用高效灯具,定期检修路灯系统,是节能和保证城市道路照明质量有效措施。

4. 结束语

节约能源是加速我国经济发展的一项重要政策,希望城市道路照明设计部门的各级领导和设计人员能高度重视。对节电从设计方案阶段开始,考虑技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境等因素,通过必要的正确计算,合理选择电气设备及其控制方式。有效推广和合理采用节能高效产品,采用高效电光源、灯具和先进控制方式,尽量在不增加或少增加投资的前提下取得显著的节电效果,设计出技术先进、节能高效的城市道路照明优良工程。