高壓鈉燈路燈控制系統在道路照明中應用質量的測量分析

楊春宇，馮 凱，張青文，梁樹英

(重慶大學建筑城規學院，重慶大學山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室，重慶400045)

道路照明節能問題是長期以來的研究熱點之一。在城市照明中，城市電網的負荷在不同的時間段存在著變化，如后半夜電網負荷僅為電網最高負荷的20%～40%，這導致后半夜的電網電壓升高，運行于240 V～260 V之間，路燈的實際消耗功率升至額定值功率的1．2～1．4倍，造成了較大的能源消耗，同時過高的工作電流也會導致光源損壞，降低其使用壽命。在我國目前道路照明中仍采用以高壓鈉燈為主、耗費能源較大的現狀下，通過何種方式進行道路照明節能，業內人士一直在進行著相關研究，從控制系統進行研究是一個重要方面。

道路照明控制系統是城市道路照明系統中非常重要的一個部分。目前多數城市普遍使用的道路照明控制系統方式較為單一，能源耗費較大;另一方面，在道路照明方案的實施過程中，過多考慮城市形象而未能完全考慮道路路面材料、道路所在區域光環境等因素，導致道路路面亮度、照度等指標普遍超過了國家標準，造成了較大的能源浪費。這些現象表明，我國道路照明節能問題是值得重視的。在滿足國家標準前提下，改善道路照明質量、提高道路照明節能性能，從路燈控制系統方面進行改進仍然是一種有效途徑。

1 道路照明標準要求

我國關于道路照明有明確的技術指標要求，中華人民共和國行業標準CJJ 45－2006《城市道路照明設計標準》規定了現階段機動車交通道路照明標準值、光源、燈具及其附屬裝置選擇、照明控制、節能標準和措施等。

1．1 機動車交通道路照明標準值

如表1所示，《城市道路照明設計標準》中對不同等級道路的亮度、亮度均勻度、照度、照度均勻度、功能密度值等指標進行了明確規定，在道路照明設計中，這些都是需要滿足的基本內容。

表1 機動車交通道路照明標準值

1．2 照明控制

照明控制指通過照明控制系統在照明時間、功率等方面對道路照明進行控制，《城市道路照明設計標準》中對照明控制有如下要求:

(1)道路照明應根據所在地區的地理位置和季節變化合理確定開關燈時間，并應根據天空亮度變化進行必要修正。宜采用光控和時控相結合的控制方式。

(2)道路照明采用集中遙控系統時，運動終端宜具有在通信中斷的情況下自動開關路燈的控制功能和手動控制功能。

(3)道路照明開燈時的天然光照度水平宜為30 lx，次干路和支路宜為20 lx。

2 道路照明測量與分析

重慶某公司近期開發了一套新型高壓鈉燈道路照明控制系統，通過對控制系統的改進，達到改善照明效果、提升道路照明節能性能的目的。重慶大學的研究人員對該系統的運行路段——重慶市沙坪壩區大學城明德路使用高壓鈉燈的某路段照明狀況進行了相關指標的測量。

2．1 測量目的

通過對這套照明控制系統運行調控下道路照明質量進行檢測，將測試數據與國家標準比對，綜合評價該道路照明系統控制下的道路照明質量與照明節能性。

2．2 測量內容

測量采用了具有計量鑒定認可的高精度測量儀器，嚴格按照國家相關測量標準，完成了道路照明質量的測量工作。

對已安裝這套照明控制系統的道路進行現場照明質量測量，分別測取光源在額定功率時和降低功率后的道路照明指標。測量指標為路面照度和路面亮度，并由此計算出路面平均照度、路面平均亮度、照度總均勻度、亮度總均勻度、車道中心線縱向亮度均勻度及照明功率密度值。

2．3 測量方法

按照國標GB/T 5700—2008《照明測量方法》和行標CJJ 45—2006《城市道路照明設計標準》中的相關規定，以兩燈桿間距所在路面為被測區域(由于被測四車道道路兩側布燈對稱，故只選擇單側同向兩車道進行測量)，測點布置采用四點法，道路狀況及測點布置如圖1、圖2所示。采用0．1°視場角的LM—3型亮度計和XYI—Ⅲ型照度計，將亮度計置于測點60 m外，分別對額定電流和改變電流(降功率)條件下的路面亮度和路面照度進行逐點測取，并由測量數據計算出各照明設計指標。

圖1 道路狀況及測點布置平面示意圖

2．4 道路照明測量數據及計算結果分析

對采用該道路照明控制系統的重慶市沙坪壩區大學城明德路(機動車主干道)的高壓鈉燈道路照明進行了現場測量，測量是在額定功率和降低功率兩種照明條件下進行的，其測量數據和計算結果及測量場景記錄見圖3和表2、表3、表4。

圖2 道路狀況及測點布置剖面示意圖

圖3 道路現場測試照片

表2 光源額定功率時的道路照明測量數據

續表

表3 改變光源電流(降功率)后的道路照明測量數據

表4 測量現場場景信息

3 測量結果分析

表5和表6分別列出了兩種照明狀態下的道路照明測量原始數據及照明質量評價指標。由表5可知，當光源保持額定功率時，其路面照度、路面亮度及照明功率密度值嚴重超標，照度、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度均大于國家標準值。表6為降低功率后的道路照明檢測及計算結果，此時光源功率為200 W。路面照度、路面亮度滿足國家標準要求，照明功率密度值略大于標準值。照度、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度大于國家標準值。

表5 額定功率下的道路照明實測值與標準值比較列表

表6 降低功率狀態下的道路照明實測值與標準值比較列表

4 小結

對這套新研發的照明控制系統運作下道路照明質量實測進行分析論證，得出如下結論:當400 W高壓鈉燈保持額定功率時，雖然路面照度、亮度總均勻度、縱向亮度均勻度均滿足且大于國家標準，但路面平均照度、路面平均亮度及照明功率密度值嚴重超標。利用新型照明控制系統將單燈功率降至166 W，此時測量并計算獲得的路面平均照度、路面平均亮度、照明功率密度值均符合國家標準，且路面照度、亮度總均勻度、縱向亮度均勻度均高于國家標準。

根據以上現場實測與數據分析可知，采用新型照明控制系統的照明方案在滿足國家標準對道路照明要求的同時，通過控制系統降低光源功率可以較大程度地達到節約電能的目的，能夠帶來較大的社會效益，具有良好的實踐可行性。說明在道路照明節能方面，改進控制系統仍然是一種有效的途徑。

［1］ 中華人民共和國行業標準CJJ45—2006城市道路照明設計標準［S］．北京:中國建筑工業出版社，2006

［2］ 中華人民共和國行業標準GB/T 5700－2008照明測量方法［S］．北京:中國標準出版社，2009