蘇州市市區部分路面路燈變壓節能規劃方案初步設想

摘 要： 隨著科學技術的不斷發展和資源的不斷消耗，節能成為我們日常生活中不得不提的話題。對如何解決現在城市道路照明耗電量大的問題，以何種參數估計燈光亮度的需求等問題，通過查閱資料，運用照明強度公式、平均亮度等概念得出路面照明亮度，獲得關于照明亮度與反應時間的關系及其數值擬合的關系結果，最后根據現有車流量、車速等數據推算出車距公式。作者基于蘇州市道路路燈耗能現狀，旨在通過監測到的車流量、車速等實時數據，設計合理可操作的程序，改變路燈兩端電壓，調節路燈亮度，在保證路面安全的情況下，盡可能地節能，對道路節能的設計有一定參考價值。

關鍵詞： 蘇州市市區 路面路燈 變壓節能

對于任何一個城市來說，路燈照明系統無疑都是不可或缺的重要基礎設施。每當夜幕降臨，千萬盞路燈照亮城市的大小街道，從車流如梭、人潮涌動到夜深人靜、萬籟俱寂，燈光守護著城市的夜晚。而今，城市照明系統的合理配置和有效運行，已經成為衡量一個城市市容、市貌的重要標志。

據統計，城市路燈照明占我國照明耗電30%左右的比例，一個一萬盞路燈的城市，每年僅在路燈照明上消耗的電能就高達2000萬千瓦時以上。不少地方路燈管理部門曾經嘗試通過“半夜燈”、“隔盞燈”或者“單邊燈”、LED燈等方法來減少電能消耗，但沒有充分考慮到現代城市的實際照明需求，存在缺陷，為治安管理及夜間交通安全留下了極大的隱患，有違城市路燈系統規劃和設置的初衷，因此，我們要研究出一種切實可行的有效的節能方案。

1.路面平均亮度的計算

首先我們要根據路燈的排列和路燈的高度等因素計算出道路中各點的亮度，從而取出n個點算出街道區域的平均亮度。考慮到照明強度的均勻性，假設兩排路燈交錯排列，設路燈高度均相同，且均為h，同側路燈間距為l，街道寬度為d，兩排路燈如圖1所示，將路面根據燈的排布劃分成如圖所示的數個三角形，在路面的某個三角形區域內任取一點（x，y，0），每個三角形中的點由受其周圍最近的5個燈影響，其余路燈由于距該點較遠影響較小，同時也考慮到問題的復雜性，故對該點的影響忽略不計。

在道路上均勻取n個點，分別利用以下公式計算其各點亮度I。

路面平均亮度Lav=，顯然此時Lav與功率p呈線性關系，故可推出理論需要的功率p，再考慮到鈉燈的光轉換率大約在17%至18%，可得到實際需要的功率p1，再推出實際需要的電壓U（v）。

2.實時道路車距的計算

經推理可得車距b=（v-a·s）/a，

其中：a=max{a，a，…，a}，n為車道數，a，a，…a為每一車道每分鐘的實時車流量數，s為路面車身平均長度，v為所測平均車速。

3.亮度與反應時間及反應時間與車距的關系

對于上述所得路面亮度以及道路實時可得的車距情況再結合反應時間，我們需要在這三者間建立一種關系。

經過查詢資料，亮度與反應時間之間關系如下表：

得到的曲線擬合公式為t=348.523+193.348·e/0.018+99.975·e/0.258，

再推導出反應時間和車距車速的關系：t

4.數據模擬

以下我們給定車流量或平均車速之中的一個變量，模擬電壓分別與另一個變量的函數關系，以此查看這兩個變量分別對所需電壓的影響情況。

（1）固定車流量，考慮車速與電壓的關系如下：

圖2、圖3縱坐標是電壓U（v），橫坐標是車速v（m/s）。圖2反映的是在車流量a=1.4（輛/每秒）時，電壓與車速之間的關系。我們可以看到，隨著速度的增加，電壓隨之可以適當調低。

（2）固定車速，考慮車流量與電壓的關系如下：

圖4、圖5縱坐標是電壓U（v），橫坐標是車流量a（輛/每秒）。圖4反映的是在車速v=16m/s時，電壓與車流量之間的關系。我們可以看到，隨著車流量的增加，電壓隨之可以適當增高。

考慮到高壓鈉燈的特點，為了不影響路燈的使用壽命，我們將電壓變化范圍控制在額定電壓220v的上下15%左右（即取在190-230V之間）。并將其進行分段調節（當U≤190v時取190v；當190

在實際應用中，需要綜合考慮車流量和平均車速的變化，從而給出所需的電壓，以此達到節能的效果。

5.結語

如果運用本文給出的方案，節能可以達到10%左右。

本文尚有些局限和需要改進的地方，首先，建立在可以獲得實時的平均車速和車流量的基礎上的，必然和現有道路條件會有些不相符之處；其次，路面亮度計算等沒有考慮天氣、路面情況等因素的影響，可能導致一些計算公式比較粗糙，需要在實踐中不斷地改善。

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