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      照明設計

      市政道路綠色照明設計分析研究

      本站     2021/1/10 9:22:16    

      我國當前在市政照明方面仍然存在很大節能空間,綠色照明也逐漸成為照明設計的重要方向。本文對市政道路綠色照明設計進行分析和探討,分析其設計原則,提出合理的設計措施。

      關鍵詞:市政道路 綠色照明 節能

      1引言

      在城市道路中設置照明系統,最主要的目的就是在夜間或者視野不是很好的情況下,為駕駛員創造一個良好的駕駛環境,保證行車的舒適與安全,減少交通事故的發生,保護人民的生命財產安全。

      另外,根據相關調查研究發現,道路的照明系統還能夠在一定程度上降低犯罪行為的發生,促進社會的和諧。

      隨著我國社會經濟的持續發展,城市道路建設規模不斷擴大,人們對市政道路照明設計提出了更高的要求,即在滿足照明需求的基礎上,更多地融入保護環境、節能減排的理念。我國當前在市政照明方面仍然存在很大節能空間,綠色照明也逐漸成為照明設計的重要方向。

      2道路綠色照明設計原則

      (1)了解道路特點,周邊地塊使用情況,道路的行車輛、行人量,根據相關照明標準(如《城市道路照明設計標準》、CIE標準)選用恰當的照明質量指標。這些指標包括路面亮度(或照度)水平、亮度(或照度)均勻度、眩光控制等級、環境比、誘導性等。

      (2)在路燈及燈桿布置安裝形式、照明器材的選擇、照明系統的控制方式等方面均應體現節能的原則。

      (3)在滿足照明功能要求的同時,適當考慮照明系統的裝飾性和景觀效果,使其達到與城市環境的和諧統一。

      (4)在滿足照度要求的前提下,選擇經濟合理的設計方案,節約投資。

      3市政道路綠色照明設計措施

      3.1 道路照明光源的合理選擇

      城市道路照明選用高光效的光源是節能的一個重要方式,同時不同的道路類型和不同的場所應該安裝適合周圍環境的照明設備。選用照明光源,首先要滿足照明設施的適用要求(照度、顯色性、色溫、啟動、再啟動時間等),其次按環境條件選用,最后綜合考慮初始投資與年運行費用。道路照明目前常用的光源以高壓鈉燈、LED燈、陶瓷金鹵燈為主。具體特點分析如下。

      (1)高壓鈉燈:透霧能力強、顯色性差。普通高壓鈉燈大功率燈管(250W~400W)光效高,整燈光效約為70lm/W,而小功率燈管(100W~150W),整燈光效約為60lm/W。高壓鈉燈燈具消耗功率較大,且受電壓波動,環境溫度等因素影響較大,實際運行中,電器消耗功率可能達到光源功率的20%,甚至更大。高壓鈉燈在點火時需要大約5min的預熱時間才能達到完全的光度輸出。高壓鈉燈的光度輸出會跟隨電流波形變化而改變,因而會出現閃爍的情況。高壓鈉燈包括光源、電器附件(主要是鎮流器、觸發器)和燈具,鈉燈用于路燈平均壽命24000h。

      (2)LED燈:LED顯色性好,多采用白光。LED路燈光效高,大約100lm/W~120lm/W。采用恒流源的方式供電,與電壓的波動無關。LED芯片雖說壽命很長,理論能達到50000h。但由于封裝后的溫度,散熱等諸多因素大大影響燈具的壽命,故要保證LED燈具的使用壽命,應選用正規廠家的產品。

      (3)陶瓷金鹵燈:輸出光譜為接近太陽光的自然白光,光效在2800lm/W~4500lm/W,顯色指數高Ra>80。光源尺寸小,便于進行燈具設計,可產生比較合理的配光。中間視覺效應使陶瓷金鹵燈的實際光效更高,可達到95lm/W~110lm/W。壽命在15000h~30000h。黃色光譜豐富,透霧性好。高光能維持率:15000h光通維持率在70%。

      3.2 路燈布置及燈桿安裝形式的選擇

      在照明系統設計的過程中,首先分析道路的斷面形式,根據道路寬度,道路所處的環境,以及預期的晚間車流量和人行數量,然后根據這些參數,按照設計標準,確定路燈的布置方式。如果附近有交叉路口、斑馬線或者公交車站等,可以對路燈的設置做出合理的調整,避開以上所提的那些設施或者場所。

      為進一步加強行車安全度,可在交叉路口的地方強化照明,增強駕駛員對外界事物的分辨度,可使用大功率的燈具或者增加路燈量達到這一效果。如果道路周邊有商業區或者人流量較大的公園等地方,可以適應照明效果較弱的景觀燈,不僅可達到照明效果,還可以對景觀具有很好的裝飾效果。

      一般來說,常規路燈布置主要有單側布置、雙側對稱布置、雙側交錯對稱布置,中心對稱布置等方式。常規燈具的布置方式、安裝高度和間距可按CJJ 45-2015《城市道路照明設計標準》表5.1.2經計算后確定。如有一條機動車道寬15m的城市次干路,如果路燈采用對稱布置,可按H≥1.2Weff設計路燈安裝高度,即9m燈桿,間距S≤3.5H,即31.5m間距。但是這里存在一個誤區,規范并不是要求路燈設置的高度和間距必須按照表格所給參數設置,其僅為方便設計人員盡快確定參數進行設計和計算。

      由于光源的種類,燈具的配光曲線各不相同,并不能簡單的套用表格。如上述舉例,通過專業的照明仿真計算軟件DIALUX,選用飛利浦的LED路燈配光曲線,經仿真計算,間距35m也完全能滿足城市次干路的均勻度標準,這樣設置的燈桿數量是相應減少的。所以設計人員在路燈布置時,需要從多個方面進行考慮,同時需要一定的計算,這樣才能合理的設計路燈布置。

      3.3 照明節能控制技術

      道路照明控制系統的設計應綜合考慮技術、管理、節能、投資等多方面因素,達到經濟效益和社會效益的統一。照明控制除了根據日照時間定時開關燈,宜在主干路、次干路上采用深夜適當降低路面亮度(照度)的節能措施。幾種較常用的半夜燈控制方式如下。

      3.3.1 全半夜燈分回路控制

      配電回路采用雙回路(電纜)供電,燈具1盞間隔1盞分別接入2條回路,在深夜關閉一半的光源。此種方法適用于路燈采用雙側對稱布置的情況,且應交錯關閉。優點是控制方式簡單直接,可靠性高;缺點是一次投資大(電纜數量翻倍);關燈后照明均勻度達不到要求。

      3.3.2 燈具自帶降功率控制

      高壓鈉燈通過配置雙功率鎮流器,LED通過自調節驅動電流來實現,在深夜時段,使光源的光通量減至原來的50%~70%,在不影響安全的前提下,達到有效節能的目的。優點是不需要額外增加設備;缺點是雙功率鎮流器或調節模塊故障率較高。

      3.3.3 路燈節能調節變壓器

      路燈節能調節變壓器路燈節能調節變壓器可以控制路燈的降壓調流節能功能。

      路燈的亮度要求低時,同時也是用戶用電量低的時候,這時路燈的電壓會相對升高,路燈較平時亮,這樣就會造成電能的浪費和路燈設備的能耗加大、使用壽命降低。通過使用路燈節能調節變壓器可以在電壓方面降低電能的消耗,保護路燈設備的安全照明。其優點是便于實施和老路改造;缺點是不適用LED等恒流源光源。

      3.3.4 結合單燈監控配置的選擇性半夜燈控制

      單燈監控系統是利用計算機技術、通信技術,通過遠程監控主機實現設備電氣主回路/各支路電氣參數實時檢測、節能控制、遠程管理,再通過單燈控制器實現對各個燈具的節能控制。要實現單燈控制完整的組成需要3部分:監控中心的單燈監控軟件、各配電柜內分布的單燈監控主機、每盞燈桿內的單燈控制器終端。

      目前,常用的單燈監控從通信技術上主要分為電力載波單燈監控和ZigBee單燈監控。電力載波是利用傳輸電流的電力線作為通信載體,中間無需任何的布線就能實現通訊,且對每一盞進行控制。ZigBee單燈監控通過ZigBee技術實現近距離,低復雜度,低功耗,低速率、低成本的雙向無線通訊技術。

      采用單燈監控選擇性半夜燈控制的優點是針對每一套燈獨立控制,降功率運行,間隔關閉均可靈活實現;缺點是需要結合各個城市路燈管理要求建設單燈監控系統。

      3.4 照明供電設計

      道路照明常用的供電方式采用10/0.4kV箱式變電站供電。對于箱式變電站變壓器容量的選擇,除了需要根據路燈的實際負荷,還要統籌考慮道路沿線信號燈、公交車站等容量。箱式變電站應該盡量布設在道路路幅外或高架橋底等,這樣能夠有效避免變電站給行人造成視覺障礙。變壓器應選擇干式變壓器,并采用節能型變壓器。箱式變電站應設置于城市電力規劃所規定的10kV電源線路一側。同時應調查周邊路網的路燈電源點設置情況,統一考慮。

      路燈專用線路供電三相負荷分配應平衡;道路照明380/220V配電線路供電半徑不宜大于800m。低壓照明線路的末端電壓降應不大于額定電壓的5%。

      供電電纜應采用銅芯電纜或合金電纜,并選擇合適的電纜截面。在電纜截面的選擇上,傳統道路照明考慮均會選擇大于16mm2截面電纜,甚至主干路選擇25mm2~35mm2截面電纜,但是由于現在大量節能型光源如LED的應用,實際現在線路上的負荷很小,在選擇電纜時應通過計算選擇合適截面,而不是一味的放大電纜截面。

      3.5 城市燈桿的功能性擴展

      由于路燈沿著城市的道路、街道大量分布,具備了“有網、有點、有桿”三位一體的特點,其單一的照明功能正趨向于多元化。照明設計中需要更多的將路燈桿的功能和定位豐富起來,打造一個智慧化、綠色化的現代城市。

      3.5.1 “智慧”燈桿

      智慧燈桿是以照明燈桿為基礎,集成了音視頻監控設備、無線基站、WIFI熱點、多媒體屏幕及天氣、環境等參數感知器等。依托綜合管理平臺、可以實現智能照明、綠色能源、智能安防、無線城市、互通互聯、智能感知、智能交通、智慧市政等諸多應用。

      3.5.2 多桿合一

      當前不少城市存在著由路燈桿、電力桿(塔)、監控桿、交通指示牌、廣告牌基礎設施管理分散、功能單一引發的桿塔林立的問題,“多桿合一”成為解決這個問題最好的方式。

      今后的路燈照明設計,需要多專業協調設計,路燈設置點位更多的需要綜合考慮交通、安全等設置的功能需求。

      目前,推進“智慧化、多桿合一”建設的過程并不容易。這其中涉及到多項城市公共設施的整合,每一套設備都有單獨的線纜、網絡需要鋪設和設置,這需要聯合多個部門進行資源共建。但是相應的照明設計理念需要先行一步建立。

      4結束語

      隨著城市道路發展,城市照明設施得到快速增長,城市照明用電量迅速上升,道路照明已成為城市能源的消費“大戶”。因此應不斷優化市政道路照明設計,不僅要合理選擇道路照明配電系統,還要實現道路照明設計的節能目標,以創造出綠色、環保、節能的城市環境。


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