城市照明節能是一項系統工程

郭起宏 張少夫 吳貴才

(深圳市燈光環境管理中心，深圳518026)

1 前言

全面落實《中華人民共和國節約能源法》，大力推行“中國綠色照明工程”，提高能源利用率，建立優質、高效、經濟、舒適、安全的城市照明環境，是發展經濟和環境保護迫切需要解決的重要問題。

1996年在聯合國開發計劃署(UNDP)和全球環境基金(GEF)的資助下，由我國建設部聯合有關部門發起的中國綠色照明工程取得顯著成果。為擴大中國綠色照明工程的成果，建設部于2001年又繼續實施了“中國綠色照明工程促進項目”，取得了顯著的經濟效益和社會效益。2006年，建設部組織編制了《“十一五”全國城市綠色照明工程規劃綱要》，明確提出，以2005年底為基數，年城市照明節電目標5%，5年(2006—2010年)累計節電25%。十二五規劃中又將城市照明節能放到重要位置。但是，從實踐上看，城市綠色照明工作發展不平衡，還存在不少問題和薄弱環節，全社會節約用電、保護環境的意識有待進一步加強。

2 城市照明高耗能原因分析［1］

2.1 有些城市道路照明的規劃設計不合理，布燈不合理、桿高和功率不合適、光源電器不節能的規劃設計常有發生，有的造成光污染，有的又照度不夠。

2.2 許多景觀照明片面追求亮度，無節制地使用大功率的投光燈和泛光燈，沒有研究使用節能型光源，也沒有深刻理解其景觀特性，沒有遵循在特殊時間和特殊時段開放的原則，而是每天整晚開啟。

2.3 城市道路照明直接接用市電電網，各供電點變壓器的輸出電壓遠大于額定電壓220V，有的高達250V以上，使輸出功率大大增加。特別是晚上12:00后正是用電低谷，電網電壓升高，燈泡比上半夜更亮，而此時段的人流、車流明顯減少，燈光利用率相當低。

2.5 沒有重視科學管理，如沒有嚴格按照科學合理的時間開啟和關閉路燈，經常造成早開燈和晚關燈;沒有定期清洗燈具，光通量的利用率大大降低。

3 城市照明節能系統的組成

城市照明節能是一個系統工程。要全面實現綠色照明，達到節能減排的目標，就需要從城市照明的規劃、設計、建設及管理等四個環節系統的綜合考慮，協調統一去實現。

城市照明系統由電源、供配電系統、供電線路、燈具和光源組成，從能量的流經途徑來看，電能從供電點流經電纜，最后到達燈泡，節能就要從城市照明系統的各個組成部分入手，提高效率，節約能源。所以，城市照明節能就是要在規劃、設計、建設及管理等四個環節對城市照明系統進行綜合考慮，確保照明系統每一個組成部分均達到節能要求。

電源是整個系統的能源保障，使用清潔環保的能源，能減少溫室氣體的排放甚至不排放溫室氣體，從而最大限度地達到綠色照明及環保節能的目的。太陽能［2］、風能、地熱能、潮汐能是現有最環保的能源，它們不產生溫室氣體。

供配電控制系統是整個系統正常運行的保障，技術先進、完善、質量可靠的供配電控制系統能很好地控制照明系統的運行，能依據本地的地理環境、光照條件、人車流狀況準確地開關燈，適時地啟動節能設備的運轉，能提高運行效率及照明系統的使用壽命。

選擇技術先進、質量可靠、高效率、節能環保的燈具(光源)是實現綠色照明的重要保證。要獲得設計所要求的照明效果，達到節能環保要求，最終都需要通過使用合適的燈具(光源)來達到，因此，根據使用場合、地點、照明效果、人車流狀況等要求的不同，正確地選擇燈具(光源)顯得非常重要。

供電線路是傳輸電能的通道，線徑及線纜的質量對能量損耗的影響較大，因此在設計中應選擇合適的線徑并在施工中得到保證。

維護管理是以上措施能否發揮其效能的根本因素，再好的照明系統都需要全面且良好的維護來實現其功能。

結合現場情況和項目需求，調研論證當今傳輸主流技術方案的性能特點，比較分析，光纖、4G、網橋、WiFi等技術方案，詳見表2。

4 供、配、送電環節節能的主要途徑

4.1 在確保功能和效果的前提下，合理調整亮燈數量和時間，道路照明應全面推廣半夜燈，主次干道實行雙回路供電，分全夜燈回路和半夜燈回路，支路、工業區和生活區路、路幅較窄的街道可采用半夜單邊亮燈方式［1］。景觀照明建設范圍應嚴格限定，嚴格控制使用大功率的投光燈和泛光燈，嚴格遵循在特殊時間和特殊時段開放的原則。

4.2 合理布局供電點，控制變壓器容量，變壓器采用SC11型以上節能產品，對變壓器輸出電壓進行調檔，使輸出電壓為額定值，若無法調低，可采用省電機進行降壓節能［1］。

目前比較理想的是智能型省電機，采用微電腦控制系統，實時采集輸出、輸入電壓信號與最佳照明電壓比較，通過計算進行自動調節，從而保證輸出最佳的照明系統工作電壓:前半夜輸出電壓為額定電壓，后半夜自動進入節能狀態，但始端輸出電壓不低于200V，可實現智能照明調控、有效保護電光源、降低電能消耗的功能。

4.3 對電路進行無功集中補償［1］。集中補償是將電容器集中裝在配電裝置中，其優點是安裝簡單，運行可靠，利用率高，缺點是不能減少低壓線路上的電壓損耗和電能損耗，只能對電網起無功補償作用，另外，必須加裝放電設備。

4.4 利用太陽能供電［2］。太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，當前的單晶硅電池產品的光電轉換效率已達16%，但價格較高，只應用于某些特殊場合，多晶硅光伏電池產品的光電轉換效率約為13%，因成本相對單晶硅電池較低，較多地應用于照明產品。目前，太陽能供電系統的成本通常相當于4～5年的供電收入，這大大影響了其推廣應用。2007年硅谷公司已研究出納米太陽能生產技術，將一層吸收光能的納米涂料噴到只有鋁箔厚薄的金屬上，以類似印刷的方法生產太陽能電池，可將太陽能板的價格縮減至目前的10%，該產品的問世為以后大規模地應用太陽能奠定了基礎，太陽能照明也必將得到飛躍式的發展。風光互補的太陽能路燈也正在不斷完善中［2］。

4.5 減少供電線路上的損耗［1］。一方面，按公式S=I/In［式中S為電纜截面積(mm2)，I為路燈負荷電流(A)，In為經濟電流密度(A/mm2)］選擇電纜截面，使電阻為合理值，從而減小線損。另一方面，保證變壓器三相用電基本平衡，因為三相電流不平衡時，將增大線路損耗。

5 用電環節節能的主要途徑

5.1 選用發光效率高的光源。光源的節能主要取決于它的發光效率，但光源的選用不能單純從光效出發，而就根據它們其他性能如顯色指數、使用壽命、啟動特性等綜合考慮，合理運用。

首先在道路照明中大力推廣高壓鈉燈、金屬鹵化物燈和節能燈。根據使用環境、照明效果的不同要求、人車流狀況、顯色性的不同要求，正確合理地選用高效節能、綠色環保的光源是節能的關鍵。選用時應根據視覺工作的要求，在綜合考慮光源技術經濟指標時，盡量采用高光效、長壽命、低污染的光源，以獲得長期運行的經濟效益及保證使用人的視覺要求。

其次是積極試用和謹慎推廣LED路燈［3］。LED路燈是近年才快速發展的光源，據最新資料，冷白光LED的光效在實驗室已達193 lm/W，藍光LED的光效能達305 lm/W，理論上壽命達10萬小時。但是LED用于道路照明處于剛剛起步的階段，實際使用中存在亮度不夠、照度不均勻、光線穿透力不強、溫升較大、光衰較快、電器元件易壞而使整個燈具報廢等問題。LED在照明領域具有非常廣泛的應用前景，必將取代傳統的照明光源，但必須先解決以下問題:提高發光效率(lm/W)、解決散熱問題、降低成本、提高顯色性［3］。

再次是積極試用檢測其他高效節能光源如無極燈。無極燈具有光效較高、壽命長、顯色性高等特點，可用于小區照明、室內不便維護的地方、長度較短且通風良好的隧道、酒店、大型建筑大堂照明等，可以減少維護量、提高照明質量。但因無極燈的光波波長的原因，其光線的穿透力不強，因而其在道路照明上的應用受到很大限制。

5.2 選用優質高效的燈具［1］。燈具性能(主要是燈具的效率和配光)的好壞對節能具有非常重要的意義。燈具效率是在規定條件下照明燈具發射的光通L與燈具內的全部光源在燈具外點燃時發射的總光通S之比，用“η”表示，即η=L/S，一般來說，η同燈罩材料的反射比與透射比成正比，敞開式燈具的效率取決于燈具開口面積S0與反射面積S的比值及反射罩的形狀，S0/S愈大愈好。因此，選擇燈具應考慮以下幾個方面:(1)應有較高的利用系數，(2)合理選擇燈具的配光，(3)優先選用塊板式燈具，(4)盡量選用具有高保持率的燈具。

5.3 選擇節能高效的電器［1］。電子鎮流器與電感式鎮流器比較，具有如下優點:電感式鎮流器自身能耗為燈泡的10%～15%，電子鎮流器本身能耗極低，可以明顯地減小工作電流，大大節省了電能，且電子鎮流器啟動性能好，功率因數高。但該產品至今未得到普及的原因主要是自身溫升使電子元器件性能不穩定，且壽命不長。目前有廠家已推出了變功率鎮流器，它能根據道路使用狀況而調節功率，達到較高的節能效果。

5.4 對感性鎮流器實行單燈電容補償。單燈補償就是在每盞燈上并聯一個電容量適當的電容器進行補償，既減少照明電路的無功功率，也能降低低壓照明線路上的電能損耗和電壓損耗，同時，因為線路電流降低，可選用較小截面的導線。單燈補償的經驗值:250W、400W高壓鈉燈補償電容器電容值分別為30μF、50μF。

6 管理環節節能的主要途徑

6.1 嚴格控制道路照明亮燈時間。如利用“三遙”監控系統使開、關燈時間更科學、更合理，避免電力浪費［4］。據測算，三遙監控比傳統控制方式節電約2%。景觀照明按要求亮燈，減少景觀照明亮燈時間。

6.2 通過維護管理達到節能的目的。如定期對燈具、控制設備進行清掃及維護，并清洗燈罩，以保證0.65以上的維護系數，保證光通量的利用率。

6.3 對達到額定壽命的光源電器進行及時更換，以免讓光源電器在超出其額定壽命的低光通、高損耗的情況下運行，不僅達不到照明質量，還浪費能源。

7 結論

城市照明節能是一項系統工程，要全面實現綠色照明，達到節能減排的目標，就需要從城市照明的規劃、設計、建設及管理等四個環節系統的綜合考慮，協調統一去實現。在照明設計和建設中確定合適的照明標準，根據照明環境、使用人群、不同功能和背景亮度等來確定照明標準，不能因為節能而該意降低照明標準，犧牲照明效果，也不能為追求亮度而浪費能源。

［1］郭起宏.城市燈光的節能研究［J］.節能.2002(9):30～31.

［2］郭起宏，賀孝田.太陽能應用于道路照明的若干瓶頸問題研究［J］.中國照明電器.2010.(11):6～9.

［3］郭起宏，高京泉，賀孝田.LED道路照明若干技術瓶頸問題研究——基于與高壓鈉燈的比較［J］.照明工程學報.2010.21(1):64～68.

［4］郭起宏.城市景觀燈光系統控制技術［J］.中國照明電器.2003.(4):16～18.