城市道路照明節能問題及解決方案

劉美璠

河北省唐山市路燈管理所（河北 唐山 063000）

0 引言

城市道路照明系統不僅是城市市政系統的重要組成部分，同時也是城市道路交通安全的重要影響因素。隨著我國經濟的不斷發展和城市基礎設施的持續建設，促進了道路交通的迅速發展，同時人們夜間出行需求和夜間交通流量也越來越大。城區交通的發展和變化對道路照明質量也提出了越來越高的要求。道路照明的首要目的是在夜間提供快速、安全和舒適的可見度，達到提高交通安全、提升交通運輸效率的目的。同時，城市夜景也成為人們出行或者旅游所考慮的因素之一。

然而，我國是一個能源短缺的國家，相關數據顯示，我國每年照明所用電量占總發電量的13%以上，其中城市道路照明所用電量約占總電量的7%～8%。因此，我國政府提出了城市道路照明建設中應同時注重照明質量和節能，提倡在道路照明中應用“綠色照明”模式，在滿足行車功能和路面亮度需求的同時，還應做到合理利用資源。

1 城市道路照明節能問題

1.1 道路照明亮度與配比不當

過高的照明亮度、燈光配比效果不當均屬于常見的城市道路照明節能問題。結合實際調研可以發現，不符合國家標準的照明亮度廣泛存在于我國很多城市道路中，很多設計單位因過于追求照明亮度而導致設計的照明強度超標，這會影響夜間駕駛者的視覺，在浪費照明資源的同時影響道路行駛安全。燈光配比效果不當同樣會影響道路使用效果，如未能全面考慮行人、駕駛員進行燈光配比，道路照明選擇往往無法與燈光的實際需求相匹配等，很多問題由此出現[1]。

1.2 道路照明缺乏規范性

現階段，主要基于行業標準和《城市道路照明設計標準》（CJJ 45—2015）進行城市道路照明設計，具體設計時需以照明功能、道路作用、道路規劃為依據，包括燈桿造型、燈具顏色、燈桿高度與樣式等內容。結合相關數據可以發現，由于道路照明設施要求未能統一，各地存在不同的設計和安裝方式，不同城市間的照明設施不統一情況較為常見，部分城市還存在不同地區照明設施不統一的問題，不僅影響城市美觀，而且不利于后期維護，必須引起重視。

1.3 控制模式不夠合理

控制模式不夠合理同樣屬于城市道路照明節能面臨的問題，此類問題源于設計時未充分考慮駕駛人員的特性。道路照明中對駕駛人員的考慮可細分為開始、適應、過渡等階段，具體設計時需考慮人體對光照的適應特征，以及遠程控制系統控制帶來的影響。而在實際工程中，很多城市未充分考慮駕駛人員的特性，具體照明全程采用最大零度需求的情況仍較為常見，這不僅會造成電力資源浪費，相關安全隱患也可能隨之出現。

2 城市道路照明節能問題解決方案

2.1 強化設計、優選設備

為實現城市道路照明節能，解決上文提及的相關問題，需要從強化設計入手，并關注照明設備的選擇。作為城市基礎設施建設的重要組成部分，城市道路照明會對城市總體面貌、人們的生活起居帶來深遠影響，同時在很大程度上影響城市的總體形象。道路照明設計需結合道路實際，充分考慮道路需求、道路環境、未來發展等因素，并重視建設成本，以實現照明質量與建設成本控制的兼顧。另外，具體設計時還需要關注照明設備的選擇，盡可能采用高效能的節能照明設備，以延長設備使用時間、降低能耗，進而提升設計的經濟性與環保效益。城市道路照明常用燈具包括熒光燈、高壓鈉燈、LED 燈等，其中，LED 燈具有成本低、污染小、能耗少、易控制等優勢，且相較于熒光燈可節約約37%的電能，這使得其被廣泛用于道路照明。但值得注意的是，LED 燈也存在顯色性差、不易控制等缺陷，這在設計中同樣不應被忽視。此外，還需要關注路燈控制設備的優選，如動態調光、無功補償，以更好地保障照明的使用效率及路燈的使用壽命。

2.2 充分利用客觀環境

為解決城市道路照明節能問題，還應充分利用客觀環境。結合相關研究和實踐可以發現，在高反射的路面上或高反射建筑旁設置路燈，可實現光能的最大化利用，城市道路照明效果強化、能源節約也可同時實現。混凝土瀝青路面結構作為我國公路路面結構的主要形式之一，其反射率為0.18 ～0.21，低于水泥混凝土路面的0.24 ～0.31。因此，應在保證安全的前提下盡可能地采用水泥混凝土路面，這樣更能有效利用自然光。通過充分利用客觀環境，在自然光環境下，駕駛員行駛的安全性才能得到更好的保障。同理，通過將路燈等照明設備設置于高反射率的建筑旁，同樣可實現有效節能。

2.3 優化道路照明控制

道路照明控制的優化也有助于節能問題的解決。現階段，我國多數城市道路照明控制方式都是定時控制或光控。定時控制需基于地理位置、天文鐘實現太陽升起（落下）前30 min 的路燈熄燈與開燈控制；光控可在能見度較低的天氣實現路燈的自動開啟，如沙塵暴、雷陣雨等天氣。為優化道路照明控制，文章建議引入智能化控制。智能化控制在勞動力節約、資源最大化分配方面優勢明顯，且能夠基于實際情況實現實時控制，人員操作引發的不匹配效果也可得以規避。智能化控制，即可結合車流量、季節、天氣、環境等因素實現室外路燈的實時控制，降低了人員手動控制的工作量，解決了手動控制與時序控制間產生的沖突問題。值得注意的是，優化道路照明控制還需要定期清潔和檢查路燈。對大部分暴露在外的城市照明燈具而言，外界因素帶來的影響較大，如冰雹、霧霾、雨雪，燈具在該類因素影響下很容易出現故障。因此，為保證燈具的安全穩定運行，更好地服務于城市道路照明，相關單位必須定期開展燈具檢查，并保證相關問題在發現后能夠及時得到處理。此外，還需要定期清潔燈具，保證燈具的照明效果和照明強度。

3 城市道路照明節能改造實踐

3.1 案例概況

為提升研究的實踐價值，文章以某地道路節能改造工程為對象展開研究。工程涉及的變壓器、燈桿、光源分別為2 201 臺、171 059 基、215 039 盞，服務面積為2 350 km2，工程需要在不改變原有燈桿布局的前提下進行節能改造。

3.2 節能改造內容

該道路節能改造工程的具體內容可細分為節能光源、智能照明控制系統、半夜燈、供電線路四個部分。（1）節能光源改造涉及的無極燈、LED 燈數量分別為15 000 盞、2 000 盞，原有的250 W 高壓鈉燈需等量替換，250 W 高壓鈉燈與125 W 無極燈、100 W 的LED 擁有等同的發光效果。相較于高壓鈉燈，無極燈、LED 燈光源及配套燈具在能耗、光效、顯色性、使用壽命等方面均具有顯著優勢。（2）智能照明控制系統改造需均勻安裝照度監測裝置共58 臺，以實時監測室外環境照度，同時設置“太陽光追蹤”模塊，道路照明系統的精確化控制可基于監測數據實現。智能控制平臺在節能、道路交通安全保障方面均可發揮積極作用。（3）半夜燈的設置需結合各道路的交通流量、等級，分兩級管理半夜燈，一級半夜燈23：00 熄滅，二級半夜燈24：00 熄滅。前者主要適用于非重點地區和偏遠地區且凌晨也不再恢復點亮，后者恢復點亮于早晨熄燈前90 min。（4）供電線路節能改造圍繞400 基路燈變壓器開展，需要在路燈回路加裝智能調壓設備，同時結合照明控制平臺開展有載調壓改造，以監測各回路電壓狀態。通過耗電量計量、統計報表生產，進而實現節能效果的有效統計[2]。

3.3 成本與效果分析

針對上述改造內容，文章提供了A、B、C、D 四種節能改造方案。其中，方案A 為LED 替換、無極燈替換（光源節能）；方案B 為智能調壓設備器加裝、變壓器有載調壓改造（供電節能），方案C 為亮燈模式改造、智能開關燈改造（控制節能）；方案D 為前三種方案的匯總。考慮前期費用及達到耐用年限拆除費用差異較小，文章僅分析節能改造帶來的施工增量成本。A、B、C、D 四種方案的總投資分別為4 200 萬元、1 733 萬元、340 萬元、6 273 萬元。按照0.75 元/kWh 計算，LED 替換、無極燈替換、智能調壓設備器加裝、變壓器有載調壓改造、亮燈模式改造、智能開關燈改造的節能量測算分別為1.383×106kWh/a、8.646×106kWh/a、2.891×106kWh/a、1.04×105kWh/a、1.613×106kWh/a、8.399×106kWh/a。結合相關數據進行計算，可確定A、B、C、D 四種方案的經濟效益分別為803.9 萬元、255.5 萬元、1 949.7 萬元、3 009.2 萬元。按照10 元/kg 的收費標準計算氮氧化物、二氧化硫、化學需氧量排污費用，12 元/kg 的標準計算氨氮排污費用，100 元/t 的標準計算二氧化碳的治理費用，同時設定二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的排放系數為2.45、0.022 31、0.019 17，可確定A、B、C、D 四種方案的節煤量分別為3 858.8 t、1 226.5 t、9 358.5 t、14 443.8 t，各方案環境效益分別為254.6萬元、80.9 萬元、617.5 萬元、953.0 萬元。

總而言之，A 方案的節能潛力、內部收益率、靜態投資回收期、萬元投資節能效益分別為13 558.9 kWh、10.58%、5.22 年、0.259，B 方案分別為2 650.3 kWh、3.82%、6.78 年、0.194，C 方案分別為2 599.6 kWh、573.1%、0.21年、7.546，D 方案分別為18 808.8 kWh、37.77%、2.44年、0.632。綜合對比可以發現，不考慮綜合改造方案時，方案C 的投資收益最好，方案B 的投資收益最差，方案A 的節能潛力最大，方案C 的節能潛力有限，由此可加深對案例道路節能改造工程的了解，城市道路照明節能改造重點也可隨之明確。

3.4 經驗總結

綜合分析可以發現，光源節能改造屬于節能改造的重點，隨著LED 等節能光源的不斷出現，光源節能改造的節能潛力和節能率不斷提升，因此具體改造需關注亮燈率、產品質量，節能效益分配方案的合理制定也不容忽視；控制節能改造與配套燈具節能改造的關聯性較強，且二者具備較高收益水平，實際改造時需關注不同廠商配備系統的兼容性以及智能控制要求，各地路燈管理部門應做好路燈控制平臺的管理工作；供電系統節能改造直接關系城市道路照明的安全穩定運行，但考慮其存在收益相對較低、投資額大等特點，應以改造作為供電系統節能的主要措施[3]。一般情況下，具體的設備更換需在壽命期滿后進行。

4 結論

綜上所述，城市道路照明節能需關注多方面因素影響。在此基礎上，文章涉及的強化設計、優選設備、充分利用客觀環境等內容，則提供了可行性較高的城市道路照明節能及改造路徑。為更好地實現城市道路照明節能，還應關注基于PPP 等合作方式的社會資本吸引、節能效益分配激勵方式的應用，以更好地改善照明質量、實現節能減排目標。