高壓鈉燈路燈控制系統(tǒng)在道路照明中應(yīng)用質(zhì)量的測量分析

楊春宇，馮 凱，張青文，梁樹英

(重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶大學(xué)山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400045)

道路照明節(jié)能問題是長期以來的研究熱點(diǎn)之一。在城市照明中，城市電網(wǎng)的負(fù)荷在不同的時間段存在著變化，如后半夜電網(wǎng)負(fù)荷僅為電網(wǎng)最高負(fù)荷的20%～40%，這導(dǎo)致后半夜的電網(wǎng)電壓升高，運(yùn)行于240 V～260 V之間，路燈的實(shí)際消耗功率升至額定值功率的1．2～1．4倍，造成了較大的能源消耗，同時過高的工作電流也會導(dǎo)致光源損壞，降低其使用壽命。在我國目前道路照明中仍采用以高壓鈉燈為主、耗費(fèi)能源較大的現(xiàn)狀下，通過何種方式進(jìn)行道路照明節(jié)能，業(yè)內(nèi)人士一直在進(jìn)行著相關(guān)研究，從控制系統(tǒng)進(jìn)行研究是一個重要方面。

道路照明控制系統(tǒng)是城市道路照明系統(tǒng)中非常重要的一個部分。目前多數(shù)城市普遍使用的道路照明控制系統(tǒng)方式較為單一，能源耗費(fèi)較大;另一方面，在道路照明方案的實(shí)施過程中，過多考慮城市形象而未能完全考慮道路路面材料、道路所在區(qū)域光環(huán)境等因素，導(dǎo)致道路路面亮度、照度等指標(biāo)普遍超過了國家標(biāo)準(zhǔn)，造成了較大的能源浪費(fèi)。這些現(xiàn)象表明，我國道路照明節(jié)能問題是值得重視的。在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)前提下，改善道路照明質(zhì)量、提高道路照明節(jié)能性能，從路燈控制系統(tǒng)方面進(jìn)行改進(jìn)仍然是一種有效途徑。

1 道路照明標(biāo)準(zhǔn)要求

我國關(guān)于道路照明有明確的技術(shù)指標(biāo)要求，中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 45－2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了現(xiàn)階段機(jī)動車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值、光源、燈具及其附屬裝置選擇、照明控制、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和措施等。

1．1 機(jī)動車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值

如表1所示，《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對不同等級道路的亮度、亮度均勻度、照度、照度均勻度、功能密度值等指標(biāo)進(jìn)行了明確規(guī)定，在道路照明設(shè)計(jì)中，這些都是需要滿足的基本內(nèi)容。

表1 機(jī)動車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值

1．2 照明控制

照明控制指通過照明控制系統(tǒng)在照明時間、功率等方面對道路照明進(jìn)行控制，《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對照明控制有如下要求:

(1)道路照明應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的地理位置和季節(jié)變化合理確定開關(guān)燈時間，并應(yīng)根據(jù)天空亮度變化進(jìn)行必要修正。宜采用光控和時控相結(jié)合的控制方式。

(2)道路照明采用集中遙控系統(tǒng)時，運(yùn)動終端宜具有在通信中斷的情況下自動開關(guān)路燈的控制功能和手動控制功能。

(3)道路照明開燈時的天然光照度水平宜為30 lx，次干路和支路宜為20 lx。

2 道路照明測量與分析

重慶某公司近期開發(fā)了一套新型高壓鈉燈道路照明控制系統(tǒng)，通過對控制系統(tǒng)的改進(jìn)，達(dá)到改善照明效果、提升道路照明節(jié)能性能的目的。重慶大學(xué)的研究人員對該系統(tǒng)的運(yùn)行路段——重慶市沙坪壩區(qū)大學(xué)城明德路使用高壓鈉燈的某路段照明狀況進(jìn)行了相關(guān)指標(biāo)的測量。

2．1 測量目的

通過對這套照明控制系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)控下道路照明質(zhì)量進(jìn)行檢測，將測試數(shù)據(jù)與國家標(biāo)準(zhǔn)比對，綜合評價該道路照明系統(tǒng)控制下的道路照明質(zhì)量與照明節(jié)能性。

2．2 測量內(nèi)容

測量采用了具有計(jì)量鑒定認(rèn)可的高精度測量儀器，嚴(yán)格按照國家相關(guān)測量標(biāo)準(zhǔn)，完成了道路照明質(zhì)量的測量工作。

對已安裝這套照明控制系統(tǒng)的道路進(jìn)行現(xiàn)場照明質(zhì)量測量，分別測取光源在額定功率時和降低功率后的道路照明指標(biāo)。測量指標(biāo)為路面照度和路面亮度，并由此計(jì)算出路面平均照度、路面平均亮度、照度總均勻度、亮度總均勻度、車道中心線縱向亮度均勻度及照明功率密度值。

2．3 測量方法

按照國標(biāo)GB/T 5700—2008《照明測量方法》和行標(biāo)CJJ 45—2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定，以兩燈桿間距所在路面為被測區(qū)域(由于被測四車道道路兩側(cè)布燈對稱，故只選擇單側(cè)同向兩車道進(jìn)行測量)，測點(diǎn)布置采用四點(diǎn)法，道路狀況及測點(diǎn)布置如圖1、圖2所示。采用0．1°視場角的LM—3型亮度計(jì)和XYI—Ⅲ型照度計(jì)，將亮度計(jì)置于測點(diǎn)60 m外，分別對額定電流和改變電流(降功率)條件下的路面亮度和路面照度進(jìn)行逐點(diǎn)測取，并由測量數(shù)據(jù)計(jì)算出各照明設(shè)計(jì)指標(biāo)。

圖1 道路狀況及測點(diǎn)布置平面示意圖

2．4 道路照明測量數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果分析

對采用該道路照明控制系統(tǒng)的重慶市沙坪壩區(qū)大學(xué)城明德路(機(jī)動車主干道)的高壓鈉燈道路照明進(jìn)行了現(xiàn)場測量，測量是在額定功率和降低功率兩種照明條件下進(jìn)行的，其測量數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果及測量場景記錄見圖3和表2、表3、表4。

圖2 道路狀況及測點(diǎn)布置剖面示意圖

圖3 道路現(xiàn)場測試照片

表2 光源額定功率時的道路照明測量數(shù)據(jù)

續(xù)表

表3 改變光源電流(降功率)后的道路照明測量數(shù)據(jù)

表4 測量現(xiàn)場場景信息

3 測量結(jié)果分析

表5和表6分別列出了兩種照明狀態(tài)下的道路照明測量原始數(shù)據(jù)及照明質(zhì)量評價指標(biāo)。由表5可知，當(dāng)光源保持額定功率時，其路面照度、路面亮度及照明功率密度值嚴(yán)重超標(biāo)，照度、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度均大于國家標(biāo)準(zhǔn)值。表6為降低功率后的道路照明檢測及計(jì)算結(jié)果，此時光源功率為200 W。路面照度、路面亮度滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，照明功率密度值略大于標(biāo)準(zhǔn)值。照度、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度大于國家標(biāo)準(zhǔn)值。

表5 額定功率下的道路照明實(shí)測值與標(biāo)準(zhǔn)值比較列表

表6 降低功率狀態(tài)下的道路照明實(shí)測值與標(biāo)準(zhǔn)值比較列表

4 小結(jié)

對這套新研發(fā)的照明控制系統(tǒng)運(yùn)作下道路照明質(zhì)量實(shí)測進(jìn)行分析論證，得出如下結(jié)論:當(dāng)400 W高壓鈉燈保持額定功率時，雖然路面照度、亮度總均勻度、縱向亮度均勻度均滿足且大于國家標(biāo)準(zhǔn)，但路面平均照度、路面平均亮度及照明功率密度值嚴(yán)重超標(biāo)。利用新型照明控制系統(tǒng)將單燈功率降至166 W，此時測量并計(jì)算獲得的路面平均照度、路面平均亮度、照明功率密度值均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且路面照度、亮度總均勻度、縱向亮度均勻度均高于國家標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)以上現(xiàn)場實(shí)測與數(shù)據(jù)分析可知，采用新型照明控制系統(tǒng)的照明方案在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對道路照明要求的同時，通過控制系統(tǒng)降低光源功率可以較大程度地達(dá)到節(jié)約電能的目的，能夠帶來較大的社會效益，具有良好的實(shí)踐可行性。說明在道路照明節(jié)能方面，改進(jìn)控制系統(tǒng)仍然是一種有效的途徑。

［1］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ45—2006城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006

［2］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5700－2008照明測量方法［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009