城市道路照明的节能设计杨 韬( 重庆大学建筑城规学院, 重庆 400045)摘 要: 通过对我国城市道路照明现状的分析以及存在问题的思考, 说明道路照明节能的必要性, 并从道路节能设计方面来探讨节能途径, 包括道路照明水平的确定, 新型节能光源灯具的选择, 及道路 供电系统的优化等多个方面来研究道路照明节能设计。关键词: 道路照明; 节能; 照度水平; 新型灯具; 供电系统/ 绿色照明0是从节约能源、 保护环境的角度出发提出的, 美国环保局于 1991 年初提出了绿色照明计划, 并积极付诸实施, 几年来取得了显著成效, 据资料估算, 若在美国全面推广绿色照明计划, 可使照明用电量减少 50% 左右, 约减少美国全面用电量的10% , 即每年节约 1 500 亿千瓦时的电能, 相应每年可以节省 120 亿美元能源开销。这些都得到了联合 国和世界上众多国家的关注。我国对节约能源也十分重视, 在照明领域的节能工作也进行了很多。国家经贸委 1993 年开始把照明节能提到了能源、 环境与经济协调发展的战略高度, 放在资源节约工作的优先位置, 并于 1994 年开始组织制订中国绿色照明工程计划, 于 1996 年正式制订了5中国绿色照明工程实施方案6, 正式组织 试点和实施并提出要在 2007 年前实现照明节能节约30% 的目标。其根本目的在于发展和推广高效照明器具, 逐步代替传统的低能效的照明电光源, 节约用电, 建立优质、 高效、 经济舒适、 安全可靠、 有益环境和改善人民生活质量、 提高工作效率、 保护人民身心健康的照明环境, 以满足人们对照明质量、 照明环境与减少光污染、 光干扰的需要。 道路照明系统是城市市政系统的重要组成部分, 城市夜景也已经成为一个城市现代化水平的重要标志。随着经济发展和人民生活水平的提高, 人们对城市照明的重要组成部分) 城市道路照明要求越来越高。不但要适当提高道路照度水平, 而且还要对重要路段增加步行道照明, 使道路照明水平达到国际化大都市的道路照明要求, 满足飞快发展 的城市建设的需要。但是在提高城市形象, 改善城市环境的同时, 不可避免地带来电费的大幅度增加以及能源的巨大消耗。据相关资料显示, 城市路灯总量从 2001 年的 500 多万盏上升到了 2004 年的1000 多万盏, 增长率达 100% , 而且这两年仍然保持了 10%以上的增长速度。其耗电量的增长也是不言而喻, 而在强调持续发展、 注重能效的今日这些又与国家积极推行的绿色照明, 节约能源的政策存在一定的矛盾, 道路照明节能已具有紧迫意义。1 道路照明水平的确定城市道路照明目的是为驾驶员和行人创造一个良好的视看环境, 使司机安全、 迅速、 舒适地到达目的地, 使行人感到安全、 舒适, 减少犯罪活动发生, 美化城市景观。照明设计是统管全局的因素, 其设计质量的优劣对正确选用和推广高效节能的照明器材起着决定性的作用, 对提高照明质量, 创造良好的光环境, 同样起着重要的作用。其节能设计则要求设 计者对道路进行充分的调研, 正确对道路的性质进行定位而避免造成能源浪费。对道路照明中道路照度、 亮度、 照度及亮度平均度、 眩光限制及诱导性等评价指标进行合理选择是道路进行道路节能的首要任务。1. 1 选择合理的照度水平近年来, 随着城市化进程的加快, 城市道路建设飞速发展, 道路建设标准也有了很大的提高, 道路宽 度由原来的两车道、 四车道到今天的六车道, 八车道甚至更宽敞, 而路面材料也由原来的传统的柏油马路到 SMA 改性沥青路面, 立交桥, 交通枢纽也与日俱增。这对道路照明技术的要求也逐渐提高。然而, 目前国内设计行业在进行道路设计时, 一般多参考两本标准规范进行设计, 即5城市道路设计规范6 CJJ377- 90 和5城市道路照明设计标准6CJJ45- 91。而两这本规范均编制于 90 年代初, 是国内能源供应相对紧缺的一个历史时期, 因此其制定的标准略为偏低, 其中的快速路、 主干路、 迎宾路等的道路照明水平分别为 20 lx 和15 lx( 或1. 5 cdP m2和1. 0 cd P m2)( 见表 1) , 同时又规定了宜采用高压钠灯照明。#19#2006 年 12 月 灯与照明 第 30 卷第 4 期表 1 国家有关规范标准摘录表( 5城市道路照明设计标准6CJJ45- 91)道路等级亮度水平( cdP m2)照度水平( lx)均匀度快速路1. 5200. 4主干路1. 0150. 35次干路0. 580. 35支路0. 350. 3一些从事道路照明设计的工作者和专家通过调查了解现在一些大中城市几年来修建的大量快速路及主干路网, 其设计等级都较高。主行车道一般都不低于双向四车道, 中间设有隔离带, 若按照规范要求, 这些道路的照明设计标准应为: 平均照度( 维持值) 15 20 lx, 照度均匀度不低于 0. 35 0. 4, 而实际上这些道路最终的照明设计标准均远远大于该标准, 多为原标准的 1. 5 2. 5 倍。而通过调查以及相关人员的亲身体验, 这些道路均具有较好的行车视看质量和舒适度。经过一系列照度计算并且考虑道路照明灯具的维护等问题的考虑, 一些专家推荐在进行大型城市、超大型城市的快速路、 重要的主干路照明设计时, 可将照度标准适当提高, 其工程竣工时的初始值为 45 60 lx, 一年后的维持值为 30 45 lx, 同时, 为了建设高效节能舒适的城市, 国家的相关标准、 规范都做了相应的调整和修改, 即将出台的新的城市道路照明设计标准在照度、 亮度方面都有所提高( 见表 2) 。表 2 国家有关规范标准摘录表( 5城市道路照明设计标准6送审稿)道路等级亮度水平( cdP m2)照度水平( lx)均匀度快速路2. 0300. 4主干路2. 0300. 4次干路1. 0150. 35支路0. 75100. 3* 表中对应的数据皆为道路亮度、 照度的高档值但是, 这并不是说我们就应该追求高指标, 高照度并不一定就好, 有时还会适得其反, 而是应该针对具体的路况和实际环境进行合理选择。1. 2 合理的均匀度、 眩光指标以及道路照明为了获得经济合理的路面照度( 亮度) 分布、 均匀度和限制眩光, 一般说来, 在合理的间距和安装高度下, 采用较大功率和较高的安装高度, 比较小的功率和较小的安装高度更为经济合理, 更能得到满意的均匀度和眩光指标, 灯具效率也更高。这就要求设计者根据实际情况恰当地确定照明器的安装高度、 间距、 仰角及灯的排列方式。此外, 高杆照明在广场照明、 立交桥照明等大面积照明的场合具有明显的不可替代的优势, 在这样的场合下考虑选择高杆照明。2 采用新型的节能光源及照明器2. 1 合理选用优质高效节能的电光源光源的节能主要取决于它的发光效率。道路照明应尽量选用高光效的光源, 还应根据电光源的显色指数、 使用寿命、 调光性能、 点燃特性等综合考虑。所有的高效光源都有其适用场所, 城市道路照明应根据不同的道路情况, 积极选用新一代的节能光源,如用荧光灯替换白炽灯, 用高压钠灯、 金卤灯替换高压汞灯等。在一般的道路照明通常使用的光源有高压钠灯、 金卤灯。一般情况下, 多数设计人员愿选择高压钠灯, 因为在相同的电功率下, 高压钠灯光通量要比金卤灯大 40% 左右, 且它的透雾性能比较好, 而在相同的道路照明要求下, 金卤灯光源的电耗多于高压钠灯。然而, 当进一步研究道路照明的要求时, 人们发现金卤灯光源往往在低照度水平时比高压钠灯具有更好的视觉效果。照明的视觉效果反映了人们对照明质量的评价, 而照明的亮度、 照度指标反映的是照明数量方面的信息。道路照明条件下的视觉水平应属于中间视觉水平, 而在中间视觉水平条件下, 人眼对光谱的敏感度较明视觉条件下向短波方向偏移( 浦耳金耶偏移) 。光效高的高压钠灯因光线中含有较多的红、 黄成份的长波光谱, 敏感度不够好, 反而不及金卤灯( 光线含较多兰、 绿成份的短波光谱) , 其光效仅为金卤灯光效的一半左右。这样, 合适的色温和高显色指数的金卤灯能有效提高能见度和清晰度, 给人们带来舒适的视觉效果。从照明节能的角度看, 当道路照明水平约1. 5 cdP m2时选用金卤灯有利照明节能, 并有利于光环境质量的改善。因此, 在城市道路照明设计中, 在城市道路的交叉路口、 广场、 公园入口, 或受浓雾影响较小的城市, 道路照明水平较低的道路照明, 需要明显改善视觉环境的场合, 可以考虑选用金卤灯照明光源。2. 2 选用优质高效的灯具灯具的利用系数越高, 光源发出的光的利用率越大。利用系数主要决定于灯具的控光能力, 也和路宽、 灯高、 臂长以及灯具的仰角等有关。有些厂家#20#2006 年 12 月 灯与照明 第 30 卷第 4 期生产的灯具, 现在已经有了利用系数的资料 , 按照这个资料进行合理的设计, 利用系数可以超过 40% 。但是许多装饰性灯具的利用系数却很低, 例如, 玉兰花灯和乳白球灯, 发出的光有一半是朝天照射的 ,剩下的一半又有近 50% 向道路以外照射, 再加上透射等的损失, 实际的利用系数只有 15% 左右。这种灯虽然可以在公园、 娱乐场所以及要求对环境起点缀作用的场合使用, 但在主要干道上, 也选用这种低利用系数的灯, 耗电量就会增加约 30%。因此, 在制定道路照明方案和设计时, 应认真考虑, 合理选用。对于道路照明而言, 还应使发出的光通量尽可能的落到被照的路面上, 即应充分地提高灯具的光通利用系数 G。G 与灯具的安装高度H、 倾斜角度H 、 配光方式、 灯具效率等有关。同时, 为了满足道路照明对眩光限制的要求, 灯具的选择应严格按道路照明标准的规定执行。灯具及其配光方式一旦选定, 合理选择安装高度 H、 安装间距 S、 倾斜角度 H对提高道路照明质量及 G是很重要的。考虑照明各种参数要求、 经济节能及美观等因素, SP H 按 3: 14: 1、 倾斜角度 H在 5 10b之间选取为好 1。对于气体放电灯( 高压钠灯、 金卤灯) 其安装高度按光通量大小确定。若安装高度有困难, 则应采取调节 H的角度、 采取遮挡等措施。在气体放电灯中, 镇流器是导致功率因数降低与电能消耗的重要因素之一。老式电感镇流器本身功率因数极低, 消耗的电能甚至可达到光源用电的1P 5。新型的节能型电感镇流器, 可以将老式镇流器功耗降低一半, 各项电气性能也明显改善, 有数据表明, 节能型电感镇流器的节能效果已接近电子镇流器的水平。同时节能型电感镇流器还具有电子镇流器所没有的售价低、 可靠性高、 与普通的灯管兼容性强且易于组织生产等特点, 较适合我国的经济发展的潮流。因此, 在道路照明设计时, 应大力推广使用节能型电感镇流器。2. 3 提高灯具维护系数在灯具的材料方面, 采用新型环保节能材料的灯具。如透明灯罩使用耐紫外线聚丙烯材料, 以及抗冲击聚碳塑料, 透明度高, 高光输出, 低眩光, 光线损失极小。另外, 灯具的维护工作是影响照明质量持续的一个重要因素。照明光通量衰减原因有两个: 一是光源自身点燃时间较长, 光通量逐渐衰减; 另一是随工业化发展, 使灯具内反射器及透光表面受到严重污染和腐蚀, 引起照度值下降。为提高灯具的维护系数, 可改进对反射面的处理, 如采用玻璃铝膜代替原来电解抛光的阳极氧化的传统铝反射器表面, 它可延长使用寿命, 估计 10 年效率只降低 10% 左右。一些新型灯具的灯体设计成了自清洁曲面玻璃, 可通过雨水的冲刷作用, 完成自洁。灯具密封等级的普遍提高使维护工作量成倍降低。国外有些公司还将光触媒技术投入实际运用中, 节能效果显著。如一种涂有 TiO2光触媒膜的照明装置, 可及时分解污染物, 减少灯具的污染, 减缓了灯具透光率的降速, 大大减少灯具的清扫次数, 降低了维护成本。另一些灯具配用活性碳吸收性过滤器, 用以清除电光源产生的分解物。这种灯具不仅能在四年更换期终止时仍能