城市道路照明節(jié)能設計分析

鄭燕親

摘 要：節(jié)能是國家發(fā)展經(jīng)濟的一項長遠戰(zhàn)略方針，綜合利用并節(jié)約能源可以促進我國國民經(jīng)濟的綠色發(fā)展。在城市發(fā)展過程中，道路照明的節(jié)能設計是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。本文從光源選擇、變壓器設備選擇、智能控制等方面入手，分析城市道路照明的節(jié)能設計。

關鍵詞：道路照明;節(jié)能設計;智能控制;城市

中圖分類號：TU113.666文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）17-0109-03

Analysis on Energy-Saving Design of Urban Road Lighting

ZHENG Yanqin

（Xiamen Municipal Engineering Design Institute Co.， Ltd.，Xiamen Fujian 361000）

Abstract： Energy conservation is a long-term strategic policy for the state's economic development， comprehensive utilization and energy conservation can promote the green development of China's national economy. In the process of urban development， the energy-saving design of road lighting is an important way to achieve energy-saving and emission reduction. This paper analyzes the energy-saving design of urban road lighting from the aspects of light source selection， transformer equipment selection and intelligent control.

Keywords： road lighting;energy-saving design;intelligent control;city

城市道路照明可以為車輛駕駛員及路上行人提供一個良好的可視環(huán)境，進而為人們夜間出行創(chuàng)造安全感和舒適感。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市化建設不斷推進，城市道路照明需求越來越多，其能耗隨之大幅提升。因此，道路照明節(jié)能也是設計人員必須考慮的關鍵問題。新時代，必須全面貫徹和落實習近平生態(tài)文明思想，以合理利用能源、提高效率為核心，樹立節(jié)能理念，轉變發(fā)展方式，調(diào)整基礎服務設施結構，強化科技創(chuàng)新，加快構建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的基礎服務生產(chǎn)方式和消費模式，促進基礎設施建設又好又快發(fā)展?；诖耍疚囊詮B門市大嶝大橋道路照明設計為例，分析城市道路照明常用的節(jié)能措施。

1 工程概況

現(xiàn)狀大嶝大橋跨徑布置為（4×35）m+（5×35）m+（40+3×60+40）m+（5×35）m+（5×35）m，橋梁規(guī)模為大橋。主要建設內(nèi)容為對現(xiàn)狀大嶝大橋兩側進行橋梁拼寬改造，車行道由雙向6車道提升至雙向8車道，并在橋梁兩側新增人行道，滿足兩岸慢行連通需求，拼寬后的橋梁全寬由原來的26 m增至43 m。項目路線全長約為1.26 km，其中，橋梁拼寬改造段為931 m，道路等級為城市主干道，主線設計速度為60 km/h，輔道設計速度為40 km/h。

2 道路照明節(jié)能設計

2.1 道路照明節(jié)能概述

實行節(jié)能措施的前提是保障城市道路照明質(zhì)量，達到城市道路照明目的。要結合道路等級，依據(jù)相關設計規(guī)范，確定合理的道路照明節(jié)能設計方案，有目的地選取各項設計參數(shù)，在降低能耗、提高能源利用率、節(jié)約能源的同時，使照明效果最優(yōu)。

2.2 設計標準

本項目道路照明設計執(zhí)行《城市道路照明設計標準》（CJJ 45—2015），該標準給出了亮度、照度兩套評價系統(tǒng)及相應的評價指標和數(shù)值，設計時主要以照度評價系統(tǒng)為準。首先應根據(jù)規(guī)劃進行分析，并與住房和城鄉(xiāng)建設部門、交通管理部門溝通，確定道路等級，根據(jù)道路重要性合理確定照度標準;進行計算分析，擬定設計方案;綜合考慮節(jié)能與投資經(jīng)費開支情況，采用節(jié)能的高效光源;最后進行多方案綜合經(jīng)濟比較分析，從中找出最佳照明設計方案。大嶝大橋道路等級定位為城市主干道，根據(jù)《城市道路照明設計標準》（CJJ 45—2015），確定其設計參數(shù)，如表1所示[1]。

2.3 光源節(jié)能

在選擇光源時，以滿足道路功能照明為基礎，結合景觀照明要求，通過比較傳統(tǒng)高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、高頻無極熒光燈和發(fā)光二極管（LED）燈的主要技術指標（見表2），本項目確定照明光源均采用LED燈。

目前，國家號召節(jié)能減排，提倡綠色照明，LED光源具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、免維護、易控制等諸多優(yōu)勢，大功率LED產(chǎn)品的應用有比較大的潛能。綜合考慮照明質(zhì)量要求和節(jié)能環(huán)保等因素，本項目采用LED燈。

2.4 變壓器節(jié)能

作為道路照明供配電系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，變壓器的設備能效值對于系統(tǒng)整體的能效影響比較大。本次設計遵循以下原則，達到變壓器節(jié)能的目的。

2.4.1 設備選型。由于道路照明白天斷電、夜間通電的運行特點，其專用變壓器的空載工作時長比一般大于50%，選用經(jīng)濟、合理、節(jié)能型的變壓器也是節(jié)能設計的一項重要內(nèi)容。本項目選用節(jié)能的S13-M系列高效變壓器，減少損耗，降低運行成本[2]。

2.4.2 負載率。為減少變壓器損耗，通常需要保證變壓器在高效率下工作[3]。本項目通過計算用電負荷大小，合理配置變壓器的容量，使變壓器能夠高效地運行，從而節(jié)省電能。本項目采用路燈箱式變電站，可以為本項目道路及周圍道路照明、景觀照明、廣告燈箱、交通信號燈及公安監(jiān)控等用電提供電源。變壓器的負荷情況如表3所示。

經(jīng)計算，變壓器負荷功率為169.65 kW，變壓器負載率為71.43%。實踐表明，變壓器的長期負載率是額定容量的50%～70%時最合適，在此條件下，電能損耗最小。

2.4.3 無功補償。配電變壓器的效率不僅隨著輸送有功功率的變化而變化，還隨著負荷功率因數(shù)的變化而變化。功率因數(shù)不得低于0.9，通常功率因數(shù)低時，變壓器效率相應降低，應對變壓器進行無功補償，提高功率因數(shù)，這樣可以大大減少無功功率在變壓器上的傳輸，從而減少變壓器上的損耗，這種方法節(jié)能效果顯著[4]。當功率因數(shù)較低時，通常采用就地電容補償或者減少感性負載運行。本項目在變壓器低壓側設置集中功率因數(shù)補償裝置，補償后功率因數(shù)應大于0.9。提高電壓質(zhì)量，減低線路損失，提高了變壓器的利用率。

2.5 控制節(jié)能

2.5.1 智能控制。路燈控制柜內(nèi)安裝智能控制系統(tǒng)，降低下半夜照明功耗。據(jù)調(diào)查，各城市道路的年平均照明時間為4 380 h，而每天22：00以后，道路上車少人稀，即便是繁華街道，00：00—06：00，道路上也罕見行人和車輛。低交通流量的道路仍然保持大交通流量時的設計照明亮度，顯然是對電能的巨大浪費。

本項目可采用計算機智能控制技術進行照明調(diào)控，這是當今國際上流行的路燈節(jié)能控制技術。該技術充分考慮了城市道路照明的時間狀況，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法，對路燈電壓及照度進行動態(tài)智能化管理。其基本思路為：在繁忙時段，控制路燈保持標準的照度;而午夜時分，道路上人少車稀時，開始自動調(diào)整電壓，通過對用電電壓的智能控制，減少后半夜因城市整體用電減少所引起的電壓偏高而造成的大量電能浪費。該技術主要采用后半夜調(diào)整電壓、調(diào)暗路燈的方法大幅降低電耗。本項目路燈均為全夜燈，每日00：00以后，光源功率降至全功率的70%。

2.5.2 本項目降低電能消耗的計算。本項目共設置113盞路燈，具體信息如表4所示。全年路燈運行時間為4 380 h，則全年總耗電量約為33 164.7 kW·h/a，折標準煤40.946 t/a。

經(jīng)計算，不采用節(jié)能措施的年耗電量為333 164.7 kW·h，采用節(jié)能措施的年耗電量（智能照明控制系統(tǒng)的工作時間按00：00—06：00考慮）為292 317.8 kW·h。通過采取上述降低電能消耗的措施，可實現(xiàn)年電耗量降低40 846.9 kW·h的節(jié)能效果，至評價期末總計節(jié)省電能消耗816 938.1 kW·h，折合節(jié)省標準煤100.402 t[5]。

2.6 其他節(jié)能措施

路燈采用三相四線制照明線路，用跳接法配線，使三相負荷均衡分配，用電均衡，降低線損。選用良好導電率的銅芯電纜作為照明導線，達到降損節(jié)能的目的。路燈管理部門要加強對燈具的維護管理，每年清洗燈具不少于兩次，以確保燈具維護系數(shù)達到0.7。

3 結語

城市道路照明節(jié)能涉及整個項目的全過程，需要從規(guī)劃設計、營運管理等方面入手。在確保照明符合相關標準的前提下，嚴格遵守功率密度值控制原則，選用節(jié)能環(huán)保材料，提高光源效率，并借助先進的科學技術，實現(xiàn)智能控制，為城市道路照明的節(jié)能減排提供有效支持。

參考文獻：

[1]住房和城鄉(xiāng)建設部.城市道路照明設計標準：CJJ 45—2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2]蔡浩.綠色建筑節(jié)能變壓器的選型[J].江蘇建筑，2018（1）：112-114.

[3]劉華.道路照明節(jié)能技術探討[J].照明工程學報，2010（6）：109-111.

[4]常宏.10 kV配電變壓器節(jié)能經(jīng)濟運行措施探討[J].節(jié)能環(huán)保，2013（8）：22.

[5]國家市場監(jiān)督管理總局，國家標準化管理委員會.綜合能耗計算通則：GB/T 2589—2020[J].北京：中國標準出版社，2020.