我國城市道路照明工程節(jié)能方法探討

張雨玲 鄭 宇

（1．招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶400067；2．重慶交通職業(yè)學(xué)院，重慶402247）

1 問題的提出

隨著社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的日益發(fā)展，城市道路照明的建設(shè)水平已經(jīng)成為城市發(fā)展速度快慢與水平高低的重要標(biāo)志。照明工程質(zhì)量優(yōu)劣不僅影響到車輛及行人的安全與否，也關(guān)系到節(jié)能環(huán)保目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前我國道路照明能耗十分嚴(yán)重，存在的主要問題有照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)超標(biāo)、照明控制方式落后、照明節(jié)能理念有誤、照明節(jié)能措施單一等，這明顯與我國政府提出的“建設(shè)節(jié)約型社會”理念相悖。2012年3月5日，溫家寶總理向十一屆全國人大作政府工作報(bào)告時(shí)指出，2011年我國節(jié)能減排目標(biāo)沒有完成，這意味著在“十二五”規(guī)劃的未來4年，完成能源消耗、碳排放量下降的任務(wù)更加艱巨，我國節(jié)能減排形勢十分嚴(yán)峻。如前所述，我國城市道路照明是能源消耗大戶，隨著大量城市道路投入使用，道路照明的節(jié)能就顯得日益緊迫和重要。如何根據(jù)城市性質(zhì)及道路等級進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，在滿足城市道路功能性照明要求的基礎(chǔ)上最大限度節(jié)省能源已成為一個(gè)十分重要的研究課題。

2 城市道路照明工程節(jié)能方法

城市道路照明工程節(jié)能的方法很多，綜合起來節(jié)電效果較好的有尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)方案、合理選擇光源、設(shè)置無功補(bǔ)償、選擇合理的控制方式、采用電子鎮(zhèn)流器等，下面逐一進(jìn)行討論。

2．1 尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)方案

在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)城市的性質(zhì)、道路的使用功能及等級選擇相應(yīng)的照度和功率密度標(biāo)準(zhǔn)值［1］，設(shè)計(jì)前弄清城市的特性、道路的等級、路面反射率及交通狀況等。影響照明設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素有路面的平均亮度、路面亮度分布的均勻程度、采用照明器的技術(shù)指標(biāo)與眩光抑制程度、道路照明器布置的誘導(dǎo)性等，這些因素直接影響到設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣。最后在保證功能性照明要求的前提下，確定最佳的布燈間距、最合理的光源及燈具、供電路線、控制系統(tǒng)等，以最大限度地節(jié)能和節(jié)省投資，并降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

2．2 合理選擇光源

光源的節(jié)能效果主要取決于光源的光效和光衰指標(biāo)，應(yīng)綜合考慮顯色性、使用壽命、啟動(dòng)特性等因素［2］，應(yīng)盡量采用光效高、壽命長的光源。目前，道路功能性照明光源主要有金屬鹵化物燈、白熾燈、高壓鈉燈、緊湊性熒光燈等。在相同電功率下，高壓鈉燈光能量比金鹵燈高40%左右，且鈉燈的透霧性能比較好；按照同樣照度標(biāo)準(zhǔn)的道路照明要求，金鹵燈光源的電耗遠(yuǎn)高于高壓鈉燈，因此高壓鈉燈在城市道路照明工程中使用非常廣泛。隨著科技的發(fā)展，以低功耗為主要特征的LED光源技術(shù)日漸成熟，LED光源在許多大中城市已經(jīng)得到大力推廣。LED光源的特點(diǎn)是壽命長、高效、節(jié)能、安全、綠色環(huán)保。和高壓鈉燈相比，LED光源耗電量是高壓鈉燈的18．7%，新型大功率LED路燈可節(jié)約80%的電能，在照明效果上基本也可以取代路燈普遍所采用的高壓鈉燈。

太陽能路燈以太陽光為能源，白天太陽能電池板給蓄電池充電，晚上蓄電池給燈源供電，因其具有不受市電供電影響、不用開溝埋線或架空電線、安全節(jié)能無污染、只要陽光充足就可就地安裝等特點(diǎn)而受到人們的廣泛關(guān)注。因此在陽光充足等條件許可的情況下，宜盡量選用太陽能路燈做照明光源。

2．3 設(shè)置無功補(bǔ)償

城市道路照明光源多為氣體放電燈，功率因數(shù)非常低，一般為0．38～0．6［3］，電源除供給有功功率外，尚需供給無功功率。這種功率在電網(wǎng)中會造成電壓降落（感性電抗時(shí)）或電壓升高（容性電抗時(shí)）和焦耳（電阻發(fā)熱）損失，卻不能做出有效的功。由此可見，無功功率在輸電線、變壓器中的流動(dòng)會增加有功功率損耗和無功功率損耗以及電壓降；由于變壓器、高壓架空線路中電抗值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電阻值，所以無功功率的損耗比有功功率的損耗大，并且引起電壓降的主要因素是無功功率的流動(dòng)。因此，降低供電變壓器及輸送線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境勢在必行。

設(shè)置無功補(bǔ)償?shù)暮锰帲禾岣哂脩舻墓β室驍?shù)，從而提高電工設(shè)備的利用率；減少電力網(wǎng)絡(luò)的有功損耗，達(dá)到節(jié)能的目的；合理控制電力系統(tǒng)的無功功率流動(dòng)，從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平，改善電能質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)的抗干擾能力；在動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償裝置上配置適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器，可以改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，提高輸電線的輸送能力和穩(wěn)定性。

目前我國道路照明設(shè)計(jì)中采用的無功補(bǔ)償主要有2種方式：一是在路燈箱變低壓側(cè)設(shè)置集中無功功率補(bǔ)償裝置，二是在每個(gè)燈具處單獨(dú)設(shè)置補(bǔ)償裝置。路燈照明的負(fù)荷一般都呈均勻性分布，對于單相負(fù)荷供電的線路宜采用分散單燈補(bǔ)償，補(bǔ)償后燈具功率因數(shù)達(dá)到0．90以上；對于三相四線制供電的線路，考慮到今后維護(hù)和管理的方便性，可采用集中或分段補(bǔ)償方式。

2．4 選擇合理的控制方式

可以根據(jù)道路的具體情況，選擇合理的控制方式。在上半夜，道路照度水平、均勻度均按實(shí)際道路等級要求進(jìn)行；在下半夜人稀車少的路段，道路照明可以降低一個(gè)等級標(biāo)準(zhǔn)，即主干道、快速路按次干路的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，次干路按支路的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，支路按原標(biāo)準(zhǔn)的70%左右執(zhí)行。具體可以有如下幾種實(shí)現(xiàn)方法：在條件允許的情況下，可以采用雙光源燈具，在上半夜雙光源全部開啟，而在后半夜，可關(guān)掉其中一只光源；或者采用調(diào)光設(shè)備，在上半夜光源滿功率運(yùn)行，到下半夜自動(dòng)降低光源功率為原功率的50%～70%；或者在一個(gè)燈桿上安裝多個(gè)燈具，在上半夜開啟全部燈具，下半夜關(guān)閉部分燈具。

2．5 采用電子鎮(zhèn)流器

在各種氣體放電光源中均需要有電氣配件，例如鎮(zhèn)流器。鎮(zhèn)流器的自身損耗大，將產(chǎn)生較高的溫升。溫升值太高不但耗能而且影響鎮(zhèn)流器的安全使用，因此減少鎮(zhèn)流器自身能耗十分重要。舊的T12熒光燈所用的電感鎮(zhèn)流器要消耗整燈20%的電能，節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器則耗電小于10%。電感鎮(zhèn)流器具備阻抗穩(wěn)定性和伏安特性好、功率因數(shù)高、功率損耗低等特點(diǎn)。這樣才能穩(wěn)定燈泡工作電流，延長燈泡使用壽命。

電子鎮(zhèn)流器由于采用現(xiàn)代軟開關(guān)逆變技術(shù)和先進(jìn)的有源功率因數(shù)矯正技術(shù)及電子濾波措施，具有很好的電磁兼容性，降低了鎮(zhèn)流器的自身損耗（自身功耗比電感鎮(zhèn)流器節(jié)省80%以上）。新型的電子鎮(zhèn)流器只耗整個(gè)燈具2%～3%的電能。而且電子鎮(zhèn)流器自身不易損壞，還具有無頻閃、無噪聲、無聲頻共振、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。因此，電子鎮(zhèn)流器對提高道路照明系統(tǒng)能效和質(zhì)量有明顯優(yōu)勢，是新國標(biāo)推薦應(yīng)用的產(chǎn)品，也是未來發(fā)展的趨勢。

比較而言，電子鎮(zhèn)流器綜合經(jīng)濟(jì)效益高，但由于初期投資較高，在使用一年后才能逐漸顯現(xiàn)其運(yùn)行成本優(yōu)勢，因此暫時(shí)還難以被人們廣泛接受。但隨著電子技術(shù)水平的快速發(fā)展，這些問題都將陸續(xù)得到改善，電子鎮(zhèn)流器必將成為綠色照明電器而被廣泛關(guān)注和應(yīng)用。

3 結(jié)語

總之，隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市道路照明工程日益增多。城市路燈照明質(zhì)量不但影響到交通行車及行人安全，也關(guān)系到節(jié)省能源這個(gè)重大課題。做好城市道路照明工程的節(jié)能設(shè)計(jì)，對提高能源利用率、減少能源浪費(fèi)具有十分重要的意義。

［1］CJJ45—2006 城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］

［2］李君林．道路照明設(shè)計(jì)探討［J］．現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計(jì)技術(shù)，1994（2）

［3］薛宏偉，程韜波．基于IR2153的250 W高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)［J］．機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2006（4）