浅谈城市道路照明质量及与节能

摘要:随着我国城市市政建设不断发展,新道路及照明工程逐渐增多。路灯的增加和城市道路照明工程越来越趋向大型化。城市路灯照明质量及节能工程的好坏,不但影响到交通行车及行人安全，也影响到节约投资及维护费用,也能体现出一个城市的环境美化程度，城市道路照明质量和节能是两项非常重要的工作。

关键词: 道路照明照明质量照明节能

要达到一项优良的城市道路照明工程，主要要把握照明设计、产品质量和施工质量等环节。优良的工程既要全面考虑各种因素和准确合理确定设计需要达到的主要技术参数，又要注意科学组织和管理，在良好的技术配备下，建立质量监控体系，进行科学施工和组织。把设计和施工等环节都做好就是优良工程的有力保证。

1道路照明设置

1. 1道路照明主要参数计算

1. 1. 1路面任一点的照度计算

路面上设置的灯具i对路面任一点P的照度可按式(1)计算:

EPi = Iγβcos3γ/H2 （1）

(1)式中, EPi为灯具i对路面上P点的照度值； Iγβ为对P点的垂直角γ和水平角β在灯具样本的配光曲线或光强中对应得值；γ为灯具i的光轴与P点光线的夹角； β为P点与光源在水平面内对应的夹角； H为灯具i的安装高度；照度计算如图1

一般在道路中，对应于一个点，同时有若干个点光源在该点投有光通量，而在道路设计照明计算时，一般只要求计算该点附近3～4盏灯具的光照叠加值，将叠加后的照度值作为该点的亮度值， 如式(2) .

EP = ΣEPi (2)

1. 1. 2平均照度和均匀度

按灯杆高度和路面宽度选择若干个有代表性的点,求出其中的照度值。 其中必然会出现极大、极小值。 利用式(3) ～式(5)可计算平均照度Eav、均匀度E0 和纵向均匀度E1

Eav = ( ΣEP ) / n (3)

E0 = Emin /Eav (4)

E1 = Emin /Emax (5)

式中, n为所取采样点的个数； Emin为所取得采样点中照度最小的值； Emax为所取得采样点中照度最大的值。 采样点取得越多,计算值精度就越高。

1. 1. 3亮度指标的计算

由亮度系数Q0 和照度换算系数P0 的公式:

Q0 =L /E; P0 = E /L = 1 / Q0(6)

式中, Q0为路面的亮度系数； P0 为路面照度换算系数； L 为路面某单元的亮度值； E为路面某单元的照度值。

由式(6)可得路面亮度的计算式(7)：

L =Q0 E = E /P0 (7)

亮度系数决定于路面的材料性质、光源、光环境和观察者相对于观察单元的位置。 我国公路行业对水泥砼和沥青路面的P0值取为15和21；在隧道内则改取为13和22。

1. 2道路照明设置

1. 2. 1照度标准

照度标准是为各类场所制定的人工电气照明照度水平值，其数值一般指水平照度。多少年积累照度标准的研究，都是依据视角的研究来确定的。我国建国以来照度标准曾修订过数次，其中一项是1991年的《城市道路照明设计标准》(GJJ 45―91)。

衡量照度的指标：照度的好坏除能否看清物体外，还有看清物体的难易程度，心里感觉舒适性等，衡量照度水平要综合考虑视角功能、舒适感、经络性、节能等因素。不同的社会条件，不同的地区照度水平可能存在较大的差别。如厦门地区常规做法是将设计照度标准比现行城市道路照明标准高一至两个等级要求。

照度标准是有分级的，照度级差大体为1.5倍的系数，我国的照度标准的分级如下：0.5、1、2、3、5、10、15、20、30、50～3000Lx。在城市道路照明设计时，可以选用其中的部分标准。新标准的特点：过去以工作面上最低照度为标准，现在改为工作面上平均照度为标准；过去标准是单值，新标准改为照度范围，更适合实际情况，有利于灵活运用。例如某一级照度标准为75-100-150 Lx，其中值100 Lx是推荐值，采用75 Lx和150 Lx均可。照度标准是设计时重要技术参数之一，必须贯彻执行。

1. 2. 2主车道照明设置

主车道照明有杆柱式、高杆式、悬索式等几种，通过它们的优缺点对比，采用其中的杆柱式作主车道照明比较合理。而且在实际主车道照明工程中，已被广泛采用。因为其优点颇多，在杆柱的顶端安装照明器，杆柱沿道路配置，其特点式照明器可以沿线形任意布置，并能有效地照到路面，也就是说用小光通量的光源就能满足要求，经络性、诱导性均比较好。随着灯具安装高度的增加，眩光越来越少，整个照明的舒适性相应增加，同时亮度分布面积扩大，得到同样均匀度所需灯具数量减少。根据以往的经验，气体放电灯的杆高，在10-15m是经济的。照明器的眩光和人眼的位置有关，并与照明器的垂直照度成比例，除限制照明水平方向发光强度外，灯具的安装高度也有很大影响，当安装较高时，杆的间距变大，视野内的灯数减少，产生眩光亮度的视角减少，从而使眩光减弱，为了限制眩光，表2给出了按光源光通安装灯具的最小允许高度值。可作参考。

按光源光通安装灯具的最小允许高度值表2

用于主车道照明的杆柱式结构，包括杆柱、悬臂长度和悬臂仰角（即灯具安装仰角），杆柱的悬臂有单边和双边两种，一般单边悬臂杆柱安装在车道边，悬臂伸向车道，双边悬臂杆柱一般安装在车道中央绿化带，两悬臂分别伸向来往车道，有些也安装在车道边，一悬臂伸向人行道，一悬臂伸向车道。为了获得主车道合理照度和抑制眩光，保证照明质量，除优选杆柱尺寸外，对悬臂优化尺寸选定同样重要，一般悬臂外伸的长度是按灯具发光部门长度（即沿道路横断方向发光部分的长度）来决定的，CIE建议悬臂长度不能超过杆柱高度1/4，比较具体要求科参加表3。

杆柱悬臂外伸部分光度选择表 表3

悬臂倾斜角度（即灯具安装倾角）选择，应当重视车道和人行道照明器的光通分配，必须使车道和人行道有相同的宽度，因而照明器尽量采用水平安装。因为倾角较大时，会增加眩光，慢车道和人行道的亮度降低。实践证明，悬臂倾角可以作成5度或15度，一般选在5度以下合理。倾角过大，虽然车道侧的照明利用率增加，但人行道的照明利用率则下降。

2.城市道路照明的节能措施

城市路灯照明节能的渠道方法很多，综合起来节电效果较好的有光源合理选择、先进的设计、控制系统合理、提高功率因数和定期维护等几项，分述如下：

2.1光源的选择。选用节约电能的光源和灯具，是节电的重要内容，所以要选择经济性好，消耗电能和投资、维护费用低、发光效率高、寿命长、光色和显色性好、光通量高、气体放电等配套的镇流器，启动设备等性能要好的光源。如表2-1可以参考。

光源和灯具的合理选择，对节约电能影响很大，如选择不当，电能损失可高达30%～40%,反之，就可以大大节约资金。

光源的发展大约分为三代：白炽灯为第一代，荧光灯和高压汞灯为第二代，高压钠灯为第三代。从表2-1可见，高压钠灯的发光效率和寿命最高，效率是高压汞灯的2～2.3倍，寿命是4～4.8倍，效率是白炽灯5.6～11倍，寿命是16～24倍。用高压的钠灯取代白炽灯，可节约电能80%以上，代替高压汞灯可节电60%。同时高压钠灯还具有结构牢固、抗绣蚀能力强，技术性能稳定、光通维持性好，维护系数高、透光性强等优点。所以高压钠灯已成为被广泛采用的光源，城市路灯照明已大量采用。

常用光源发光效率、寿命比较表表2-1

2.2合理的道路照明设计。道路照明设计应遵循国家的规范和标准，设计前要做好调研工作，调研道路的种类、路线形式、道路平剖面、路面反射率和交通情况，区别主干及分支道路、管理形式，推算交通量与行车速度。特别要注意重要交叉点，人行横道的附近情况，其次调查道路周围有关情况、气象条件、供电电源等。重视影响道路照明设计质量的主要因素：（1）路面的平均亮度；（2）路面亮度分布的均匀程度；（3）采用照明器的技术指标与眩光抑制程度；（4）道路照明器布置的诱导性等。合理的道路照明设计十分重要，如果图纸有缺陷或设备选择不当，都会造成损失，损失就造成浪费。

2.3控制路灯的设置更合理

控制路灯的开关，要控制方便、准确和安全，不管采用人工、时钟自控、光电自控或微机控制的启闭时间都要准确，这是可以节电的一个方面。以某市为例，装灯容量从97年底统计为700KW，如果控制路灯启闭时间不精确，提前亮灯或延迟熄灯都会浪费电能。以每天少亮灯5分钟计算，每年可以节电2180 kw.h；采用自动时间控制开关控半夜灯和长夜灯，当夜深行人、车辆少时，自动控制路灯熄灭一半（照度是适当降低些，但不影响道路照明正常使用），亦可以节约电能；在老的路灯照明线路上，因历史原因，当初可能未考虑节能或考虑得不全面，可以在原来的线路加装节能装置，据测试可以节电20%左右；在某些电压波动较大的线路，当用电设备少时，电压升高，不利节能，可以考虑增加稳压器控制电源电压达到稳定，同样可以收到节能效果。控制路灯节能例子很多，难于尽举。

2.4降低照明线路无功损耗和缩小供电半径

目前城市路灯照明，相当部分是感性负荷，电源除供给有功功率外，尚需供给无功功率。由于无功电流通过线路系统，导线上有电阻造成电能损失，并会引起如下损害：功率因数愈低，则电力算是愈大，电压降低愈大；增大电力损耗，感性负荷导致无功电流而产生电力损失和降低电压，电压降低路灯亮度也降低，不能保证照明质量；影响电费收费率（低），所以原水电部用电规则中规定，用户必须保证有功功率在0.9～0.95，装设必要的电容补偿，在电源侧并有关接入电容器组，将无功功率降低到最低限度，也就是提高功率因数。充分考虑按负荷的增减，采用不用容量移相电容组补偿来改善功率因数，补偿电容组接入电源用三角形接法比较好。功率因数补偿要自动控制，控制器指令分步投合，以感性负载功率因数的大小自动分步组合投入或推出电容器台数，以保证功率因数经常处于0.95左右，以改善感性负载滞后的功率因数，达到节能目的。另外，可提高设备的自然功率因数，如正确选择照明变压器容量，提高变压器负荷率（一般以75%～80%比较合适）。对于负载率小于30%的变压器应予以更黄或断开轻载变压器，在照明线路上加装有自动调压功能节能器，保证电压稳定。电压过高，不利灯具使用寿命和浪费电力，电压过低，照度不够，不能保证照明质量，安装了这种节能器，可兼自动调压，使灯具在额定电压下使用，节能效果好。

缩小供电半径，可以减小电压降。在同样负载下，可以减少管线的截面积，节约资金，所以供电电源半径一般选在500m～800m为宜。

2.5路灯系统和灯具定期维护

城市路灯系统常在风吹雨淋、粉尘等异常环境中使用，难免要损坏。如不定期检修，将会成为事故潜伏隐患或出现事故。某市曾有条路灯杆，因年久失修未发现根部锈蚀将断裂，一次强风袭击，突然断裂，刚好压死一个骑自行车路人，带来重大事故。如有定期检修，事故就可以幸免。在路灯系统检修中，首要检测绝缘电阻，在更换灯具和控制部件时，要选用节能高效安全产品，采用合理的维修施工工艺，保证维修施工质量。

3.结束语

节约能源是加速我国经济发展的一项重要政策，希望城市道路照明设计部门的各级领导和设计人员能高度重视。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。