城市道路照明节能概述

城市道路照明节能概述绿色照明内涵包括高效、节能、环保、安全、舒适等指标。“高效、节能和环保”意味着消耗较少的电能获得足够的照明，从而减少电厂的温室气体排放，达到环保的目的。“安全、舒适”指保障照明需求、光照清晰柔和、及不产生有害射线和眩光等有害光照，不产生光污染；“安全”是指系统照明对社会无危害性和照明系统本身运行的可靠性。路灯节能领域不断发展和完善，结合各个城市照明系统特点，主要节能措施可包括以下几个方面：一、线路设施改造路灯配电线路的改造主要是调整三相负载，使用电负荷平衡，进而降低线损；科学地设置功率因数补偿点，保证线路功率因数符合当地电力部门规定指标；合理设置系统重复接地装置，在使用金属灯杆的照明系统中，一般每隔300～400米设置一处重复接地装置，以确保用电设备的安全可靠；除了线路本身的改造之外照明系统电源的配置也是极为重要的，路灯照明系统用电应当合理选用专用变压器，而且科学设置变压器高压侧调压档位在合理位置。使用公用变压器供电的照明系统应当合理选择路灯设施接火点。对于道路整体改造项目，在条件允许的情况下，对有需要的路段铺设双回路电缆，采用半夜灯隔盏亮的方法，结合人们的生活习惯和活动规律，科学的控制半夜灯工作，不失为更好的节能方法。二、选用高效光源和照明器具高效光源主要是指高压钠灯、LED灯、金属卤化物灯以及无极灯等。照明系统应根据不同的环境，选用不同的光源和照明器具，以符合绿色照明的要求。高压钠灯适合应用于高速路、城市快车道和要求透雾性较强的照明场所；LED灯按照目前技术条件，稳定光效仅次于高压钠灯，但由于制造工艺和散热等原因，目前能适合城市主干道功能照明的大功率LED灯还不够成熟，且性价比也没有优势，但在小区道路、巷道、公园以及城市景观照明中LED灯具有较强的优势，从前瞻性角度看，LED光源具有很强的发展前景，有逐渐替代传统光源的发展态势，所以在推进城市绿色照明的进程中，科学谨慎的选用部分优质LED光源以取得相应的经验数据，好在光源更新换代中把握准确时机，促进城市照明节能工作推进；金属卤化物灯具有显色性高，工作稳定，工艺结构简单等优势，尽管它的光效不及LED和高压钠灯，但由于较高的显色性，特别适合于商业街区、绿化风景带和投资较低但对显色性要求较高的场所。同时，从视觉科学方面，对于金属卤化物光源照明，国内外进行了多年测试证明，在同等照度情况下，夜间人在使用金属卤化物灯照明的场所对远处物体的分辨力要远高于使用高压钠灯等低色温光源照明场所。因此在城市中心地段、公园广场区、绿化景观区，合理使用金属卤化物灯，能较好的体现绿色照明内涵；无极灯具有金属卤化物的优势，显色性高且稳定，但制作配套器件工艺复杂易损，成为制约该技术普及推广的瓶颈，而且性价比不具有优势，比较适合应用于商业照明。对以上各种光源的科学选择，是落实绿色照明的关键。严格意义上说，任何一种高效光源如果选用不当，都不符合绿色照明的原则。高效灯具按国家规定光效应不低于80%，它由几个关键因素决定。首先，灯具的配光器材质、工艺、几何形状是决定灯具光效的重要因素。其次，灯罩的透光性也起关键作用，一般选用钢化玻璃材质制作。灯具的密闭性也是影响灯具长期使用中发光效率的一个重要因素，若密闭性差，在灯具使用过程中由于光源发热作用，灯具腔内与灯具腔外空气形成对流，会使空气中的颗粒物附着于配光器和灯罩表面，严重降低灯具光效。所以，选择照明器具时进行相应的技术指标检测，是十分必要的，也是从灯具的长期高光效要求出发的。气体放电灯，如高压钠灯、金卤灯、包括LED以及无极灯等等，都需要专门的配套电器，其电器的性能指标由自身损耗和工作稳定性等决定，它们是影响系统节能和稳定运行的重要因素。一般而言，传统电感式配套电器，具有结构简单、工作稳定等优势，但却存在着自身功耗较大的缺陷；电子式配套电器，功耗较小，但工作稳定性差，更换率较高。尤其是用于LED和无极灯的电子电器，几乎是不可维护，甚至会导致因电器损毁而致全灯报废，长期运行成本高于高压钠灯和金卤灯。近年来，小功率（低于150W）气体放电灯，也有采用电子镇流技术取得较稳定工作的先例，但在较大功率（高于150W）气体放电灯，配用电子镇流技术方面，效果均不佳。较为节能耐用的电感式镇流器，国内数年前已有生产，其功耗比传统镇流器降低很多，仅略高于电子镇流器，但其性价比要比电子镇流器出色得多。综上所述，对照明器具、配套电器的选配，必须在充分了解其功耗和工作稳定性的基础上进行。三、对超过国家照明功率密度标准的道路照明系统进行调整下表为中华人民共和国建设部于2006年12月19日颁布的《城市道路照明设计标准》CJJ45—2006中的道路照明功率密度标准。表7.1.2机动车交通道路的照明功率密度值道路级别车道数(条)照明功率密度值(LPD)(W／m2)对应的照度值(ｌx)快速路主干路≥61.0530＜61.25≥60.7020＜60.85次干路≥40.7015＜40.85≥40.4510＜40.55支路≥20.5510＜20.60≥20.458＜20.50注：1本表仅适用于高压钠灯，当采用金属卤化物灯时，应将表中对应的LPD值乘以1.3。2本表仅适用于设置连续照明的常规路段。3设计计算照度高于标准值时，LPD值不得相应增加。前些年，国内大多数城市，大搞城市亮化，无限制的扩大城市道路照明投入，既造成了严重的电能浪费，又产生了影响市民健康的光污染，所谓的不夜城，成了威胁市民健康的隐形杀手，鉴此，国家颁布了该标准，使之成为评定绿色照明指标的依据。但各地尤其是中小城市，对该标准的执行至今仍不到位，甚至有些相关主管部门，根本不知道有此标准，所以在城市道路照明工程设计或改造工作中，严格执行本标准，已成为了城市照明是否节能环保，符合绿色照明的关键。具体而言，现在常见的双光源灯，多火花灯等当时大搞亮化工程时所上的项目均存在着，在工程开工前以及工程设计中，没有进行任何路面照度计算就进行施工。这是以“亮度越高为越美”的标准盲目互相攀比所造成的。其实要进行这方面的改造，相对于线路设施改造都较为简单，只需对不同的道路指标严格按照国家有关标准执行，再结合不同道路场所的照度标准进行调整，这样既节能又环保，同时还减少大量电费和维护费的支出。城市道路照明系统的设计或改造应严格按照道路照明功率密度标准和道路照明标准进行。下表为中华人民共和国建设部于2006年12月19日颁布的《城市道路照明设计标准》CJJ45—2006中的机动车交通道路照明标准。表3.3.1机动车交通道路照明标准级别道路类型路面亮度路面照度眩光限制阈值增量TI(％)最大初始值环境比SR最小值平均亮度Lav(cd／m2)维持值总均匀度Uo最小值纵向均匀度UL最小值平均照度Eav(ｌx)维持值均匀度UE最小值Ⅰ快速路、主干路(含迎宾路、通向政府机关和大型公共建筑的主要道路，位于市中心或商业中心的道路)1.5／2.00.40.720／300.4100.5Ⅱ次干路0.75／1.00.40.510／150.35100.5Ⅲ支路0.5／O.750.48／100.315注：1表中所列的平均照度仅适用于沥青路面。若系水泥混凝土路面，其平均照度值可相应降低约30％。根据本标准附录A给出的平均亮度系数可求出相同的路面平均亮度，沥青路面和水泥混凝土路面分别需要的平均照度。2计算路面的维持平均亮度或维持平均照度时应根据光源种类、灯具防护等级和擦拭周期，按照本标准确定维护系数。3表中各项数值仅适用于干燥路面。4表中对每一级道路的平均亮度和平均照度给出了两档标准值，“／”的左侧为低档值，右侧为高档值。四、对路灯控制进行精细化管理通过精细管理，优化开灯关灯时间可以达到节能的目的。不同城市的开关灯时间由城市所处的地理位置及气象条件所决定，同时开关灯时的路面自然光照度，必须成为决定开关灯时刻的首要条件。不同的城市应根据开关灯照度指标测算出相对应开关灯时间，然后赋予气候条件参数进行光控辅助调整。需要强调的是，国家制定的开关灯时刻照度指标，是充分考虑到人的视觉在早晚的客观反映。它具有严格的科学依据，不能妄加调整，以免造成不良后果。关于精细化管理这一方面，节能和人视觉舒适感是一个辩证的关系，决不能以牺牲任何一方为代价，来达到目的，才体现出绿色照明的科学性、系统性、和谐性。在照明系统中安装监控系统可以遥控、遥测路灯系统，并可以根据本地的日出日落时间和光照值，采用时控和光控相结合的控制方法，自动遥控开关灯。系统还可实现各种故障报警、防盗报警，可以提高城市照明系统的运行可靠性。这种节能方法可以作为其他节能手段的一个补充。五、集中式路灯回路调压控制上述各项对于城市照明的节能工作都具有不可缺少性，但每一单项都存在着片面性，同时他们又都对电网电压的波动变化，尤其是城市用电低谷时出现的电压升高的波动无能为力。这种电压的波动既造成无效的电能浪费又加快了照明光源电器的老化进程。因此，采用集中式路灯回路调压控制是一个非常明智之选。集中式回路调压节能技术，即对路灯控制回路进行一站式的调压稳压控制，以电气柜的形体出现，现今市场上最为先进的节能产品是应用电力电子技术（IGBT）生产的节能产品，该产品通过先进的电力电子技术（IGBT）对电压脉宽进行调制（PWM），来实现对电压的无级精密调节（调节精度可达到0.25V步进值），并且不会产生谐波，保证路灯最佳适用电压。其具备以下特点：1、稳定工作电压、节约照明用电采用智能技术的系统稳压、降压和调光手段，消除在夜晚高电压下产生的多余而无效功耗，既可以节省电能电费，又间接起到保护灯具、延长灯具使用寿命的效果。针对电网电压偏高和波动等现象，智能调控装置可根据用户现场实际需求，实时在线调控输出最佳照明工作电压，并能将其稳定在±2％以内，有效提高电能质量，从而达到节电25％—35％的效果。能够延长电光源寿命，减少照明运行、维护成本。2、分时段节能运行由于路灯在不同时段利用率不同，因此针对不同的时段、不同的照明需要进行不同的用电调节，优化路灯光源光通量科学配置，减少路灯在用电低谷时用电的浪费。根据用户实际的照明需求，智能调控装置还可通过程序进行多时段节能电压设置，从而满足用户对不同光源、不同时间的需求，实现照明设施的最佳工作状态和最科学的节电率。3、适用性、可靠性高智能调控装置每相可独立调节，可操作性强，可以承受三相不平衡负载，且保证单相的故障绝不影响其它两相的正常运行。同一个装置可以带不同类型光源负载，还可以独立调节每相的输出电压。智能调控装置采用手动和自动双旁路系统，以保证照明设备不断电，正常安全运行。调控装置调节部分不含有触点和移动元件，保证高可靠性和低功耗。采用集中式路灯回路调压节能控制系统的一站式控制，方便维修维护，减少换灯率。而且这种节能技术，电路改造工程量小、项目实施简单、操作维护方便，是目前较为成熟的技术手段，并已得客户认可和大范围推广。4、减少人工巡检路灯的巡视和维护是路灯管理中费时、费力、费资金的重要环节，因此采用计算机智能控制技术、中央集中控制技术和远程通讯技术，可节省大量的人力、财力和物力。城市道路照明系统的节能工作是一个系统工程，它必须以绿色照明的原则为依据，综合各项节能技术手段的科学应用、实事求是、因地制宜，按照国家相关规定标准，进行开拓性工作。更为重要的是，对以前所竣工项目，按照相应标准进行客观、公正的评价，是城市节能工作的前提。