城市道路照明電氣設(shè)計節(jié)能問題探究

張偉寧

摘要：城市道路可供城市內(nèi)交通運(yùn)輸及行人使用，便于居民生活、工作及文化娛樂活動，并承擔(dān)著城市內(nèi)外交通銜接、交流的重要功能。道路照明是道路交通的重要組成部分。在夜間，良好的照明效果能保證道路交通的安全、高效的運(yùn)行，有利于治安管理、防止犯罪活動，創(chuàng)建舒適的生活環(huán)境。

關(guān)鍵詞：城市道路;電氣設(shè)計;道路照明

引言

道路照明的合理化及人性化設(shè)計，對提升城市的人文環(huán)境，增加居民的幸福感，以及維護(hù)城市的面貌有著重要的作用。合理的燈光照明設(shè)計能為人們提供更為安全、舒適及節(jié)能的交通與生活環(huán)境。本文從標(biāo)準(zhǔn)、光源、節(jié)能等方面出發(fā)，簡要闡述道路照明設(shè)計中的設(shè)計要點。

1、照度標(biāo)準(zhǔn)及路燈布置

《城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45-2015）中對各種等級的城市道路和公路的照度、亮度、功率密度等作了詳細(xì)規(guī)定，并作了高低兩檔標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計時可視道路等級及城市的發(fā)展水平進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選取。

常規(guī)桿式照明時燈桿布置主要有以下幾種方式：

單側(cè)布置，適合較窄的道路。優(yōu)點：誘導(dǎo)性好，造價低。但亮度均勻度較低。

雙側(cè)交錯布置，燈具按之字形交替排列在道路兩側(cè)，適合中等寬度的道路。優(yōu)點：亮度總均勻度較好。缺點：誘導(dǎo)性不佳，對景觀稍有影響。

雙側(cè)對稱布置，適合較寬道路。優(yōu)點：亮度總均勻度較好。

中心對稱布置，適合于有中間分車帶（綠化帶）的道路，光利用率高，視角誘導(dǎo)性好，但由于燈桿處于道路中間，突出在人們的視覺中，影響景觀。目前城市景觀要求日益提高，中心對稱布燈方式應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

2、光源選擇

20世紀(jì)60年代以來，高壓納燈以其高光效，長壽命的特點成為了各等級道路路燈光源的首選。但自21世紀(jì)初期，光效理高、壽命更長、光色質(zhì)量以及光線光譜理好的發(fā)光二極管（LED）光源已經(jīng)在逐步取代高壓鈉燈。

幾種道路照明常用光源的對比：

由于高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈光源全向出光，且光源體積較大，采用光學(xué)二次配光造成成大量的光源浪費(fèi)，其利用系數(shù)不大于0.5。一般，僅能維持在0.25至0.4之間。在單側(cè)布燈、中間對稱布燈方案中，道路有效寬度與燈桿高度之比值在0.7～1之間，其利用系數(shù)僅能達(dá)到0.3左右。

而Led光源體積較小，且光能的輻射方向均為單向，在其前裝設(shè)具有二次光學(xué)分配的透鏡時，可以使射出的光束控制在不同的輻射角度，使得光通盡量射至道路路面。由于二次光學(xué)分配器的使用，使LED燈具有了極大提升利用系數(shù)的空間。

另外按光源的使用壽命考慮，LED光源相對于高壓鈉燈及陶瓷金鹵燈光源有著明顯優(yōu)勢。所以發(fā)光效率較高、損耗低、壽命長及綠色節(jié)能的LED成為城市道路照明光源的首選。

3、照明供電及控制方式

城市道路照明電源一般為三級負(fù)荷，根據(jù)管理模式的不同可以分片區(qū)或者路段設(shè)置路燈專用變壓器。

路燈的控制主要采用無線遠(yuǎn)程集中控制、經(jīng)緯時間控制器控制和就地手動控制三種方式結(jié)合的方案。一般情況下采用經(jīng)緯時間器按照工程所在地理位置及季節(jié)按照預(yù)設(shè)的方式進(jìn)行控制并通過遠(yuǎn)程通信在后臺讀取路燈的工作狀態(tài);無線遠(yuǎn)程集中控制不僅能夠?qū)γ總€燈進(jìn)行單獨(dú)的控制，還能對工程范圍內(nèi)的燈具作統(tǒng)一控制，以營造鮮明的照明效果。手動控制方式則主要在路燈或相關(guān)設(shè)備檢修時使用。

4、道路照明接地系統(tǒng)

TN-S系統(tǒng)和TT系統(tǒng)在道路照明配電系統(tǒng)都較為常見，主要是根據(jù)城市管理要求，選擇相應(yīng)的接地系統(tǒng)。但應(yīng)根據(jù)規(guī)范配套相應(yīng)的保護(hù)電器。

5、道路照明節(jié)能措施

照明領(lǐng)域的能源消耗在總的能源消耗中占了相當(dāng)大的比例。節(jié)約能源和提高照明質(zhì)量是當(dāng)今非常重要的課題，而且已引起國際組織的重視。照明用電作為電力消費(fèi)的重要部分，目前已占到電力消費(fèi)10%左右，并且隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，照明用電將會不斷增長，城市道路照明、城市夜景照明、城市亮化工程等所消費(fèi)的電力在照明用電中的比重越來越大。節(jié)約能源對國家持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重要性不言而喻。有效的照明節(jié)能設(shè)計可以極大程度地降低照明能耗，提高市政道路照明系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益，是創(chuàng)建節(jié)約型社會的一個有效突破口。

以下簡要?dú)w納了幾種城市道路照明的節(jié)能措施。

（1）選用光效高的光源以及光輸出比高的的燈具：

如前文所述，高壓鈉燈、陶瓷金鹵燈與LED燈的使用效率對比，光源光效上LED比高壓鈉燈高約30%，而LED燈具比普通燈具利用率提高了約50%。故總體利用上，LED對節(jié)能環(huán)保具有較為突出的作用。

（2）深夜關(guān)閉部分燈具

路段上車流、人流在后半夜較少，這時路燈系統(tǒng)就不需要仍然以前半夜的照度運(yùn)行。目前我國的道路照明行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推薦采用全夜燈、半夜燈的方式。工程實踐中，在以高壓鈉燈等氣體放電燈為路燈光源時，主要采用以下兩種方式實現(xiàn)全夜燈、半夜燈。

其一是采取后半夜降壓、降流措施得以實現(xiàn)。由于以高壓鈉燈為代表的氣體放電燈需要一定的電網(wǎng)維持電壓，這一電壓約為180V，低于維持電壓，則高壓鈉燈會熄滅。因此，降壓空間有限，節(jié)電效果亦有限。

其二是采取關(guān)閉半數(shù)燈具的方式。對于路燈交錯布置方式、對稱布置方式，關(guān)閉半數(shù)燈具的方式使得路面照度均勻度下降，但勉強(qiáng)可行。而對于單側(cè)布置方式，照度均勻度將嚴(yán)重下降，對交通安全造成很大影響，從工程角度無法接受。

對于Led燈具，可以輕而易舉的通過延時控制電路，在進(jìn)入后半夜后，關(guān)閉燈具內(nèi)半數(shù)Led組件或者通過其電源模塊降低工作電流，從而達(dá)到降功率運(yùn)行的目的，從而實現(xiàn)全/半夜燈控制方式。既節(jié)能，又基本不影響均勻度。

（3）應(yīng)用智能分時段降壓調(diào)光技術(shù)

采用經(jīng)緯時間器按照工程所在地理位置及季節(jié)按照預(yù)設(shè)的方式進(jìn)行控制，減少夏令時的亮燈時間，從而實現(xiàn)節(jié)能。

（4）采用補(bǔ)償系統(tǒng)

LED燈具功率因數(shù)在0.9以上，不需要單獨(dú)補(bǔ)償。但是氣體放電燈（如高壓鈉燈等）功率因數(shù)較低，每套路燈均單獨(dú)設(shè)置電容補(bǔ)償，單燈功率因數(shù)均不低于0.9;箱變處設(shè)集中補(bǔ)償，補(bǔ)償后功率因數(shù)不小于0.93。

3 結(jié) 語

道路照明設(shè)施是城市中重要的設(shè)施之一，為促進(jìn)我國城市事業(yè)的發(fā)展，美化道路和改善照明設(shè)施，增強(qiáng)道路照明的使用功能和景觀效果，是我國城市道路發(fā)展的目標(biāo)。對照明設(shè)施及設(shè)備采取有效的接地保護(hù)，同時注意對電纜標(biāo)志的保護(hù)問題，可減少照明事故的發(fā)生，更有效地延長道路照明設(shè)施的使用壽命，促進(jìn)我國的城市設(shè)施建設(shè)和維護(hù)管理水平進(jìn)一步發(fā)展。

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