城市照明節(jié)能實(shí)踐與探討

王 鈞，朱繼紅，馮 醒

（1.蘇州市城市照明管理處，蘇州 215005；2.蘇州市城市照明工程公司，蘇州 215005）

0 引言

我國(guó)的城市照明已從單純的道路照明發(fā)展到功能照明和景觀照明并舉的階段，不少城市的景觀照明設(shè)施數(shù)量迅速增長(zhǎng)，甚至超過(guò)了功能照明的設(shè)施數(shù)量。我國(guó)2011年v照明電力消耗占總發(fā)電量的12%，其中城市照明占照明總用電比例為40%，其他建筑內(nèi)照明占60%。

住建部于2011年v發(fā)布了《“十二五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》，明確提出以構(gòu)建綠色生態(tài)與健康文明的城市照明光環(huán)境為目標(biāo)，以保障和改善民生為加快轉(zhuǎn)變城市照明發(fā)展方式的基本出發(fā)點(diǎn)，倡導(dǎo)綠色照明消費(fèi)方式，在滿足城市照明基本功能的前提下降低照明的單位能耗，實(shí)現(xiàn)城市照明發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，可見(jiàn)節(jié)能減排工作已成為各方關(guān)注并需持續(xù)解決的一個(gè)重大任務(wù)。為貫徹落實(shí)《“十二五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》、《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，各城市結(jié)合自身實(shí)際，在不同的發(fā)展階段和各個(gè)環(huán)節(jié)，采用各項(xiàng)節(jié)能措施來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，達(dá)到綠色照明目標(biāo)。

1 城市照明節(jié)能的基本思路

道路照明設(shè)施以提高夜間道路的交通安全和保證順利通行為目的，道路照明設(shè)施為了保證道路交通參與者的安全，必須保證在足夠距離內(nèi)可獲得視覺(jué)信息的明亮度和必要的舒適度，同時(shí)在當(dāng)前的發(fā)展環(huán)境下，景觀照明已不再是可有可無(wú)的選項(xiàng)，而是提高市民夜間生活品質(zhì)和城市整體形象的需要。

節(jié)能工作在思路上不應(yīng)通過(guò)降低照明標(biāo)準(zhǔn)來(lái)達(dá)到目的，而是充分運(yùn)用現(xiàn)代科技手段提高照明工程的設(shè)計(jì)水平。通過(guò)高效、節(jié)能的光源，提高照明器材效率，通過(guò)合理的運(yùn)行維護(hù)管理來(lái)減少能源損耗，因此，節(jié)能應(yīng)建立在優(yōu)質(zhì)高效的照明環(huán)境基礎(chǔ)上。在各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)措施已經(jīng)充分應(yīng)用的基礎(chǔ)上，今后更多地要考慮管理節(jié)能，管理節(jié)能主要是通過(guò)加強(qiáng)城市照明設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)管理各環(huán)節(jié)的制度建設(shè)和監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的管理節(jié)能，提倡綜合節(jié)能和動(dòng)態(tài)節(jié)能，不僅要綜合利用多種節(jié)能技術(shù)，而且需把制度因素考慮在內(nèi)，是技術(shù)節(jié)能的升級(jí)，不僅可針對(duì)不同情況提供不同的節(jié)能策略，更要根據(jù)環(huán)境變化和設(shè)施變化動(dòng)態(tài)調(diào)整策略。

2 節(jié)能措施

2.1 直接節(jié)能措施

直接節(jié)能是通過(guò)加強(qiáng)能源的科學(xué)管理和推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，在滿足生產(chǎn)和生活同等需要的條件下，直接減少能源消耗量。技術(shù)進(jìn)步是直接節(jié)能的主要?jiǎng)恿Γ捎孟冗M(jìn)合理的節(jié)能工藝、技術(shù)、設(shè)備、材料，直接減少電力能源消耗量，降低單位產(chǎn)品的能耗。在城市照明領(lǐng)域，直接節(jié)能可以直接反映在節(jié)電率的提高、功率密度的降低上，因此一直是節(jié)能關(guān)注的重點(diǎn)，各項(xiàng)節(jié)能措施得到廣泛應(yīng)用，節(jié)能工作取得了明顯成效。

2.1.1 配電系統(tǒng)的節(jié)能

對(duì)于城市照明而言，配電系統(tǒng)通常是由變壓器（箱式變電站）、電力線路、配電箱（柜）、配電線路組成，作為用電大戶，我們主要從配電設(shè)備和配電線路兩方面節(jié)能。

（1）提高功率因數(shù)。通過(guò)合理的無(wú)功功率補(bǔ)償，滿足電網(wǎng)的功率因數(shù)要求，降低配電設(shè)備及配電線路的損耗，提高供電效率，改善供電環(huán)境，如選擇或使用不當(dāng)，可能造成配電系統(tǒng)電壓波動(dòng)，諧波增大等諸多問(wèn)題。目前主要采取的方法是對(duì)高壓氣體放電燈（HID）電感鎮(zhèn)流器單燈裝補(bǔ)償電容進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)于采用電子鎮(zhèn)流器的燈具其功率因數(shù)需達(dá)0.95 以上，其余燈具要求單燈達(dá)到功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）平衡三相負(fù)荷。在設(shè)計(jì)建設(shè)階段應(yīng)優(yōu)先選用三相電源供電，采用單相供電的點(diǎn)位應(yīng)與供電部門密切配合，由其平衡三相負(fù)載。對(duì)三相供電線路，設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)就考慮好三相平衡，在運(yùn)行階段不隨意改變?nèi)嗥胶馀潆姟?/p>

（3）合理配置配電箱和配電線路。盡量選擇就近電源和負(fù)荷中心設(shè)置配電箱，配電線路在線徑和配電半徑上既考慮線路保護(hù)、線路損耗和末端電壓，又要平衡建設(shè)成本和長(zhǎng)期運(yùn)行需要。景觀照明低壓配電回路按照計(jì)控箱?配電箱?景觀燈回路或計(jì)控箱?配電箱?開(kāi)關(guān)電源箱?景觀燈回路方式配電。功能照明低壓配電回路按照計(jì)控箱?路燈回路方式配電。

（4）運(yùn)用調(diào)壓節(jié)電控制器。當(dāng)路燈達(dá)到正常工作狀態(tài)后，節(jié)電器自動(dòng)調(diào)整輸出功率，將電壓穩(wěn)定在220 V，避免光源過(guò)壓運(yùn)行，節(jié)省了因過(guò)壓造成的額外電能消耗，當(dāng)后半夜街上人少車稀，對(duì)道路亮度要求不高時(shí)，節(jié)電器自動(dòng)調(diào)整輸出功率，降低回路電壓（約205 V），從而明顯地降低了電能消耗。

目前在局部電網(wǎng)電壓過(guò)高的道路進(jìn)行了應(yīng)用，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，節(jié)電率在15%～20%。該技術(shù)適用在負(fù)荷較大、電源電壓較高的照明系統(tǒng)，有利于節(jié)電投資的回收。同時(shí)尚需保證實(shí)施降壓節(jié)能的照明設(shè)施，其線路末端電壓不低于198 V。

2.1.2 照明器具的節(jié)能

在大多數(shù)城市道路照明中，近年來(lái)逐步形成了以高壓鈉燈為主，金鹵燈為輔，LED 燈逐步推廣的新格局。背街小巷和新村小區(qū)中以節(jié)能燈為主，LED 燈試點(diǎn)使用；景觀照明中以LED 燈為主，高壓氣體放電燈（HID）為輔，緊湊型熒光燈局部使用。以上城市照明主流器具其節(jié)能主要涉及光源、燈具和電器附件。在實(shí)際應(yīng)用中需綜合考量光源（整燈）光效、光色（色溫）、光源（整燈）壽命、顯色指數(shù)、配光性能、IP 等級(jí)和眩光限制等基本技術(shù)參數(shù)，以及安全性、環(huán)保性、穩(wěn)定性、便利性、適用性和性價(jià)比等綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，針對(duì)不同的城市照明需求，在建設(shè)和養(yǎng)護(hù)階段進(jìn)行針對(duì)性選擇。

（1）高壓氣體放電燈（HID）照明器具。在大多數(shù)城市，高壓鈉燈和金鹵燈仍然是最主流的城市道路照明光源。高壓鈉燈使用時(shí)發(fā)出金白色光，具有光效高、壽命長(zhǎng)、透霧能力強(qiáng)和不誘蟲(chóng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于道路、高速公路、廣場(chǎng)、公園、庭院照明及植物栽培。用高壓鈉燈替代高壓汞燈，在相同照度下，可節(jié)電37%左右。金屬鹵化物燈是在高壓汞燈的基礎(chǔ)上在放電管內(nèi)添加金屬鹵化物，使金屬原子或分子參與放電而發(fā)光的高壓氣體放電燈，它的特點(diǎn)是壽命較長(zhǎng)、光效較高、顯色性好，廣泛應(yīng)用于工業(yè)照明、城市亮化工程照明、商業(yè)照明、體育場(chǎng)館照明等領(lǐng)域，用它替代高壓汞燈，在相同照度條件下，可節(jié)電30%左右。目前，高壓鈉燈和金鹵燈中都有許多高光效產(chǎn)品，在達(dá)到相同的照明質(zhì)量的條件下功率可降低10%～15%。

鎮(zhèn)流器可以選用變功率鎮(zhèn)流器，變功率鎮(zhèn)流器分為電感式和電子式，電感式是通過(guò)在鎮(zhèn)流器內(nèi)安裝定時(shí)器，當(dāng)開(kāi)燈時(shí)間達(dá)到定時(shí)器預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，增加串入電路鎮(zhèn)流器的線圈匝數(shù)，減少回路中的電流，進(jìn)而降低光源輸出功率，從而達(dá)到節(jié)能的目的；電子式鎮(zhèn)流器大多采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）來(lái)調(diào)節(jié)回路中的電流大小達(dá)到節(jié)能目的。運(yùn)行后，變功率鎮(zhèn)流器的節(jié)電率可達(dá)20%以上。

（2）LED 照明器具。LED 作為固體光源具有節(jié)能、環(huán)保、安全、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，是一種符合綠色照明要求的光源，有望發(fā)展為第四代光源。在景觀照明中，LED 已經(jīng)廣泛使用，節(jié)能效果明顯，但要在道路照明等功能性照明領(lǐng)域完全取代傳統(tǒng)光源，目前還受到發(fā)光光效不高，功率不大，價(jià)格較貴等方面的限制。當(dāng)前蘇州已在部分道路將400 W、250 W 和150 W 鈉燈進(jìn)行了替換試用，將根據(jù)實(shí)際使用效果和LED 光源、LED 燈具的發(fā)展?fàn)顩r，逐步加以推廣使用。

LED 驅(qū)動(dòng)電源也是節(jié)能的關(guān)鍵部件，好的驅(qū)動(dòng)電源可延長(zhǎng)LED 光源壽命，改善功率因數(shù)，提高整燈效率。

（3）其他照明器具。在背街小巷和新村小區(qū)中對(duì)道路照明的光照度質(zhì)量要求不高，且燈間距較近，過(guò)去多使用50 W 汞燈和少量的碘鎢燈、白熾燈。碘鎢燈、白熾燈光效低、自身?yè)p耗大、功率因數(shù)低，汞燈含有重金屬，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，而節(jié)能燈自身?yè)p耗小、工作電壓寬、功率因數(shù)可達(dá)0.95 以上，因此已將小區(qū)和小巷內(nèi)使用的50 W 汞燈全部用22 W 節(jié)能燈進(jìn)行了替換。緊湊型熒光燈廣泛用于室內(nèi)照明和景觀照明中，同樣有損耗低、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.3 節(jié)能改造

我國(guó)各個(gè)城市在之前的城市照明建設(shè)時(shí)期，因受到當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件和重視程度、認(rèn)識(shí)水平的限制，所采用的一些光源和燈具等照明設(shè)施，不滿足當(dāng)前國(guó)家照明能效和照明質(zhì)量要求。通過(guò)各種方式籌措資金，對(duì)原有老舊或不達(dá)標(biāo)設(shè)施進(jìn)行了全面的改造，在滿足照明質(zhì)量的前提下，滿足照明能效的要求是當(dāng)前最切合實(shí)際的一種節(jié)能方法和手段。對(duì)于節(jié)能改造，我們遵循以下要求。

（1）照明設(shè)施節(jié)能改造與市政道路改造或街巷整治、建筑立面整治相結(jié)合。通過(guò)與其他改造、整治項(xiàng)目的結(jié)合，與其他改造同計(jì)劃、設(shè)計(jì)、施工和竣工，一方面有利于地下隱蔽工程同步實(shí)施，另一方面保證改造、整治后照明水平有所提高，整體提升改造水平，更好服務(wù)百姓出行。對(duì)于部分照明質(zhì)量和照明能效較差的設(shè)施，無(wú)法與其他設(shè)施改造同步進(jìn)行，則采用專項(xiàng)改造方式，根據(jù)實(shí)際財(cái)力，部分爭(zhēng)取列入年度財(cái)政專項(xiàng)，部分由單位自籌解決，也可采用合同能源管理方式。

（2）照明設(shè)施改造注重材料利舊，節(jié)約成本。作為照明運(yùn)行部門，對(duì)于設(shè)施狀況比較清楚，因而可以對(duì)照明設(shè)施的可利用部分和更換部分進(jìn)行排查，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)各種路燈基礎(chǔ)、管線、橋架、線槽和燈柱、燈臂、燈具、電器、配電箱柜等利舊改造，提高改造的可操作性，最大限度節(jié)約材料、人力和各項(xiàng)成本。蘇州市城市照明管理處在材料利舊方面做了許多工作，如利用淘汰下來(lái)的宮燈燈具與LED 燈相結(jié)合，既達(dá)到了節(jié)能節(jié)材的目的，又保證了路燈外形與蘇州文化相協(xié)調(diào)。

（3）改造后確保照明能耗、照明質(zhì)量和照明環(huán)保達(dá)標(biāo)。節(jié)能改造的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)照明能效和照明質(zhì)量的雙達(dá)標(biāo)，因此在改造方案比較和施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須全面滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)要求。

（4）分清輕重緩急，注重后期設(shè)施的可靠性和養(yǎng)護(hù)的便利性。改造的設(shè)計(jì)階段要根據(jù)每條道路在現(xiàn)有條件下的功率密度確定最高燈具系統(tǒng)功率，經(jīng)過(guò)照度計(jì)算確定功率密度達(dá)標(biāo)情況下的照明質(zhì)量達(dá)標(biāo)水平，照明質(zhì)量達(dá)標(biāo)后確定合理色溫下燈具光效，在保證光效下確定燈具技術(shù)要求和配電方式。同時(shí)，為使采購(gòu)的材料尤其是燈具能達(dá)到預(yù)期的效果，對(duì)招投標(biāo)文件和技術(shù)需要反復(fù)討論，確保燈具質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，在燈具中標(biāo)后可與燈具廠商察看每條道路的現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)實(shí)際道路狀況設(shè)計(jì)透鏡或選用反光器，確保燈具配光滿足每條道路的要求并保證燈具質(zhì)量。

2.2 間接節(jié)能措施

間接節(jié)能是相對(duì)直接節(jié)能而言的，具體反映在除直接節(jié)能外的單位產(chǎn)值能耗的降低上。如建立合理的管理制度，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，合理組織生產(chǎn)，節(jié)約原材料和其他消耗品，提高資源綜合利用率等。

2.2.1 從制度、規(guī)劃、設(shè)計(jì)等源頭入手，貫徹節(jié)能理念

結(jié)合本地實(shí)際制定相應(yīng)的城市照明管理辦法和城市照明節(jié)能規(guī)定，為管理和執(zhí)法工作提供法律依據(jù)。不斷完善城市照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)，為城市照明建設(shè)提供技術(shù)保障。堅(jiān)持依法行政、依法管理，嚴(yán)格執(zhí)行強(qiáng)制性條文，依法查處違反城市照明各項(xiàng)管理規(guī)定的違法違規(guī)行為。

完善管理機(jī)制，制定合理的管理流程，科學(xué)組織城市照明的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、驗(yàn)收及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等環(huán)節(jié)，使各參與主體協(xié)調(diào)配合，相關(guān)部門積極聯(lián)動(dòng)。

在設(shè)計(jì)和施工中嚴(yán)格按照《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》和《城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》設(shè)計(jì)和施工，逐步改變照明指標(biāo)過(guò)低或過(guò)高現(xiàn)象。

2.2.2 維護(hù)管理

城市照明節(jié)能工作積極采用高效節(jié)能電器產(chǎn)品外，必須高度重視運(yùn)行管理工作，通過(guò)完善管理體制切實(shí)提高節(jié)能改造的主動(dòng)性和積極性。

光源和照明器的污染，將使其光通量降低，這是造成能源浪費(fèi)的原因之一。制定合理高效的管理制度，及時(shí)修復(fù)故障燈，定期更換壽命到期、光通量降低的光源，節(jié)能改造養(yǎng)護(hù)成本較高或耗能較高的設(shè)施。而在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到將來(lái)的養(yǎng)護(hù)管理工作，多采用維護(hù)管理容易的照明方式、照明器具和光源，可以降低設(shè)施維護(hù)的復(fù)雜度和人力物力。

2.2.3 運(yùn)行控制

隨著時(shí)代的發(fā)展，路燈運(yùn)行控制手段也不斷更新，由最早的人工控制，到時(shí)控再到光控，越來(lái)越先進(jìn)智能。但隨著城市化的進(jìn)展，城市人口與日俱增，城市道路不斷增加，路燈數(shù)量也跟著快速增長(zhǎng)，目前的控制方式已顯得捉襟見(jiàn)肘，而單燈控制系統(tǒng)和智能照明系統(tǒng)的出現(xiàn)，把城市照明控制推上了新的臺(tái)階。

（1）單燈控制系統(tǒng)。日常的養(yǎng)護(hù)維修中要投入大量的人力、物力，通過(guò)單燈控制系統(tǒng)可以更好地實(shí)現(xiàn)單燈靈活控制以利于節(jié)能，同時(shí)節(jié)約巡燈成本。目前單燈控制系統(tǒng)按通信方式可分為電力載波和Zigbee兩種，是城市照明管理部門迫切需要的一種現(xiàn)代化管理平臺(tái)，通過(guò)單燈控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱檢測(cè)及旁路控制功能，從而在提高管理效率同時(shí)降低運(yùn)行養(yǎng)護(hù)成本。

（2）智能照明系統(tǒng)。智能照明系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用是城市照明綜合節(jié)能的趨勢(shì)，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)、高效、可靠的通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的遠(yuǎn)程集中控制與管理，具有根據(jù)交通流量自動(dòng)調(diào)節(jié)照度、遠(yuǎn)程照明控制、故障自動(dòng)報(bào)警、燈具線纜防盜、遠(yuǎn)程抄表、設(shè)施統(tǒng)籌管理等功能。建設(shè)三維地下空間數(shù)據(jù)庫(kù)和可視化系統(tǒng)，為城市地下空間總體規(guī)劃、開(kāi)發(fā)建設(shè)、管線維護(hù)搶修等提供寶貴資料，提高決策水平和行動(dòng)效率。智能照明系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)照明設(shè)施的運(yùn)行情況，大幅節(jié)省電力資源，提升公共照明管理水平，節(jié)省維護(hù)成本。

（3）交通流量路燈控制系統(tǒng)。在單燈控制系統(tǒng)和智能照明系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立交通流量路燈控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)交通流量來(lái)控制路燈的輸出功率，有的放矢，既起到節(jié)能的作用，又不影響照明質(zhì)量。

3 小 結(jié)

蘇州市城市照明管理處通過(guò)以上節(jié)能措施，每年的節(jié)電率都在5%以上，達(dá)到了很好的節(jié)能效果。節(jié)能要立足于科學(xué)管理和技術(shù)進(jìn)步，提高電能利用率、充分發(fā)揮現(xiàn)有資源優(yōu)勢(shì)，以較少的電力創(chuàng)造出更多的物質(zhì)財(cái)富。積極推廣綠色照明，大力加強(qiáng)照明節(jié)約用電，切實(shí)提高照明能效，建立優(yōu)質(zhì)高效、經(jīng)濟(jì)舒適、安全可靠且與生態(tài)文明相結(jié)合的城市照明環(huán)境。

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