市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計分析

石家莊市政設(shè)計研究院有限責任公司 王宇豪

1 我國市政道路照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

相關(guān)調(diào)查結(jié)果證明，雖然近年來我國城鎮(zhèn)化長期保持著高速的發(fā)展步伐，但是我國市政道路照明系統(tǒng)建設(shè)尚處于相對較低的基礎(chǔ)層面。一方面存在基礎(chǔ)設(shè)施不完善的問題，具體表現(xiàn)為，偏遠地區(qū)夜間城市道路光線條件較差、道路照明光源故障率較高、道路照明光源保養(yǎng)和維護不到位等。另一方面，節(jié)能措施不科學(xué)且具有局限性，大型城市市政道路人流量和車流量大，對市政道路的光線條件要求較高，否則容易出現(xiàn)交通阻塞和車輛擁堵等問題，甚至?xí)l(fā)安全事故。

此外，根據(jù)調(diào)查顯示，我國市政道路照明系統(tǒng)無論是大型城市還是中小型城市，無論是人流和車流密集的主干道還是人流和車流較少的支路和輔道，基本都是采用從傍晚到天亮通宵持續(xù)的照明方式，尤其在中小型城市街道午夜之后，到次日早晨9：00點這段時間內(nèi)車流量和人流量少，而當?shù)搅硕局筌嚵髁亢腿肆髁扛伲@樣的照明方式不僅造成了電能浪費，還會嚴重降低照明光源的使用壽命，同時也會造成光源污染，與綠色節(jié)約的發(fā)展理念相違背。

隨著綠色節(jié)約發(fā)展理念不斷深入人心，地方政府和國家越來越重視市政道路照明系統(tǒng)存在的電氣浪費問題，并且嘗試著采取了一些節(jié)約措施，目前常見的方式包括定時開關(guān)燈、隔盞關(guān)燈、隨季節(jié)變化調(diào)整開關(guān)燈時間等方式。根據(jù)實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，這些節(jié)約措施存在一定的局限性。定時開關(guān)燈無法根據(jù)城市道路人流量和車流量變化，以及季節(jié)變化臨時做出調(diào)整。隔盞關(guān)燈是指前半夜所有照明光源正常工作，午夜后間隔關(guān)燈，以此達到降低照明光源工作數(shù)量，從而達到節(jié)約電氣的目的。這樣的節(jié)約方式雖然能夠有效降低電能，但是市政街道照明采用的三相四線供電方式，前半夜照明光源全開時三相四線的四路處于全加載的狀態(tài)，當隔盞關(guān)燈時三相四線的四路輸出功率降低一半，會導(dǎo)致變壓器單方向負載急劇升高，此時三相線路其中一相必須停止放電處于空載，這會直接導(dǎo)致三相極失去平衡，這種節(jié)約方式可行性較差。

2 市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計的內(nèi)涵和現(xiàn)實意義

市政道路照明系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，關(guān)系著城市人口的日常生產(chǎn)和生活，關(guān)系著城市的規(guī)劃和發(fā)展，也是展現(xiàn)城市精神文明面貌的名片。在全球資源短缺和環(huán)境問題日益加劇的大背景下，節(jié)約資源和保護環(huán)境是地區(qū)和國家實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。近年來，我國城鎮(zhèn)化進程在快速推進的同時，市政道路照明系統(tǒng)存在的電氣浪費問題越來越突出并且被人們所關(guān)注。

市政道路照明電氣節(jié)能在當今社會節(jié)能降耗中占據(jù)著重要的地位，市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計需要相關(guān)人員從人體視覺感官、照明電氣設(shè)計、照明理念、市政道路照明需求現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃、照明電氣安裝位置，城市地理特點、開關(guān)燈方式等眾多層面出發(fā)，綜合考慮相關(guān)要素設(shè)計優(yōu)化和選擇科學(xué)合理的市政道路照明電氣及安裝方式，同時根據(jù)城市規(guī)模、人流量、車流量、地理氣候特點以及季節(jié)變化等要素，實現(xiàn)對市政道路照明電氣的細致精準控制，通過減少細小能量流失達到節(jié)約能源和延長照明光源工作壽命目的。市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計的現(xiàn)實意義在于在滿足人們?nèi)粘Ｕ彰餍枨蟆⒊鞘邪l(fā)展需求以及城市精神文明建設(shè)需求的基礎(chǔ)上，有效降低市政道路照明系統(tǒng)的電氣浪費，實現(xiàn)城市建設(shè)與資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

3 當前市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計中存在的問題

3.1 相關(guān)標準和市場監(jiān)管不完善，燈具質(zhì)量難以保證

燈具是市政道路照明系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，燈具質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計工作質(zhì)量。目前，我國市政道路照明燈具相關(guān)標準和法律法規(guī)不夠完善，加之對燈具市場監(jiān)管不夠嚴格，導(dǎo)致燈具質(zhì)量良莠不齊，假冒偽劣燈具普遍充斥著燈具市場，直接影響著市政道路照明系統(tǒng)工程建設(shè)質(zhì)量和市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計工作質(zhì)量。

3.2 市政道路照明電氣節(jié)能技術(shù)水平比較落后

先進的節(jié)能技術(shù)是開展市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計的基礎(chǔ)，目前我國該方面的技術(shù)水平比較落后，具體表現(xiàn)在，相關(guān)人員對市政道路照明能源消耗標準認識不足，對國外先進技術(shù)也引進較少，引進技術(shù)不能有效結(jié)合當?shù)貙嶋H，導(dǎo)致市政道路照明系統(tǒng)節(jié)能指標達不到環(huán)保節(jié)能的標準，城市道路照明系統(tǒng)消耗的電能較高。其次，目前我國市政道路照明系統(tǒng)的自動化和智能化水平不高，市政道路照明光源不能根據(jù)照明需求變化進行自動化和智能化感知和調(diào)整。最后，由于受到太陽能轉(zhuǎn)化技術(shù)不成熟以及其他因素制約導(dǎo)致對太陽能的利用程度不高，而且存在后期管理維護不到位的問題，造成嚴重的電氣浪費。

3.3 差異化設(shè)計和控制市政道路照明系統(tǒng)的能力比較薄弱

我國幅員遼闊，城市數(shù)量眾多且地理分布分散，各個城市的地理和氣候條件以及城市規(guī)模相互之間差異較大。大型城市、中型城市、小型城市照明需求相互之間存在差異，同一城市內(nèi)不同街道的照明需求不同，同一街道不同時段的照明需求也不相同。如大中型城市相比小型城市夜間人流量和車流量較高，市政道路照明需求也高；商業(yè)街、步行街等繁華街道和主干道雖然照明需求大，但是沿街商鋪眾多，環(huán)境光線強，對市政照明需求較小應(yīng)當適當調(diào)低市政照明光源功率；相對而言，輔道和偏僻的街道由于周圍環(huán)境光源較少，應(yīng)當適當調(diào)高市政道路照明光源功率；同一街道午夜后人流量和車流量較少應(yīng)當適當調(diào)低市政道路照明光源功率[1]。

3.4 市政道路照明電氣安裝設(shè)計不科學(xué)

市政道路照明光源的安裝是電氣節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容，市政道路照明光源安裝設(shè)計涉及市政照明光源安裝的高度、仰角和密度等方面。當前，一些城市在建設(shè)市政道路照明系統(tǒng)時沒有充分重視市政道路照明光源安裝工作，照明光源的安裝高度、安裝密度和安裝仰角等方面設(shè)計不科學(xué)，不僅降低了市政道路照明系統(tǒng)的照明效果，也造成了一定的電氣浪費。

4 對市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計的思考

4.1 節(jié)能設(shè)計原則

4.1.1 因地制宜原則

在市政道路照明設(shè)計相關(guān)標準的基礎(chǔ)上根據(jù)城市規(guī)模、發(fā)展規(guī)劃、地理位置和氣候特點、街道周圍環(huán)境、人流量和車流量及其不同時段變化特點綜合確定路面亮度、光線均勻度、誘導(dǎo)性、眩光等級等市政道路照明質(zhì)量指標。

4.1.2 晝夜兼顧原則

在市政道路照明電氣設(shè)計時應(yīng)當兼顧晝夜照明需求，通過精確控制、自動控制和智能化控制等節(jié)能措施改變開關(guān)照明光源的時間和時長，到了午夜之后適當降低照明光源的輸出功率或者關(guān)閉部分照明光源，以此達到降低照明光源能耗和延長照明光源使用壽命的目的。

4.1.3 科學(xué)安裝原則

不同市政街道的照明需求不同，同一街道不同時間段照明需求也存在差異，因此在進行市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計時，應(yīng)當根據(jù)市政道路實際照明需求選擇照明光源的種類，確定照明光源的安裝高度、安裝密度、安裝仰角以及控制方式。

4.1.4 功能綜合原則

市政道路照明系統(tǒng)除了具有照明功能以外還具有景觀功能，因此在進行市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計時要按照功能綜合原則，兼顧市政道路照明光源多重功能，在滿足城市道路照明需求的基礎(chǔ)上營造出了良好的城市景觀，達到功能與景觀和諧統(tǒng)一。

4.1.5 經(jīng)濟適宜原則

隨著市政道路照明技術(shù)和電氣節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，市政道路照明燈具的種類和功能變得越來越多樣化，與此同時也帶來了光源污染、能耗升高、電氣浪費等問題，因此在進行市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計時要采取經(jīng)濟適宜原則，在設(shè)計之初設(shè)計人員和工程技術(shù)人員要進行實地走訪調(diào)研，掌握街道實際照明需求，在此基礎(chǔ)上制定出經(jīng)濟合理和切實可行的設(shè)計方案。

4.2 節(jié)能設(shè)計策略

4.2.1 完善市政道路照明設(shè)計標準

照明設(shè)計標準是市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計的重要因素，而掌握市政道路實際照度水平和照明需求是確定照明設(shè)計標準的前提條件，目前我國市政道路照明設(shè)計依據(jù)標準主要為《城市道路照明設(shè)計標準》（CJJ45—2015）。在市政道路照明工程設(shè)計之初工程技術(shù)人員應(yīng)通過實地調(diào)查收集相關(guān)數(shù)據(jù)，掌握城市道路的照明等級、道路類型、路面寬度、反光度、周邊環(huán)境、人車流量等道路實際情況，明確道路的實際照明需求，在此基礎(chǔ)上針對性地開展照明設(shè)計和制定工程施工方案，這樣既能滿足道路照明需求，還能有效利用環(huán)境光源，也能減少電氣浪費和光源污染[2]。

4.2.2 合理選擇照明光源

隨著近年來科技快速發(fā)展，市政道路照明燈具從以前的白熾燈為主演變的較為多樣化。目前，市政照明燈具主要有高壓鈉燈、LED燈、陶瓷金鹵燈、熒光燈等，不同燈具各有其特點。高壓鈉燈的優(yōu)點主要是照明效率較好和成本較低，缺點是RA顯色指數(shù)低；LED燈的優(yōu)點主要是體積小、光線集中、亮度可調(diào)節(jié)、使用壽命長、電能消耗低、抗震性能強等，但是成本較高和散熱性能較差。陶瓷金鹵燈的優(yōu)點主要是光線自然、RA顯色指數(shù)高、尺寸小、可設(shè)計性強、配光性能好、光效較高、使用壽命長、透霧性好、光能維持率高等，缺點是成本高。基于電氣節(jié)能設(shè)計理念，應(yīng)優(yōu)先選擇高光效和節(jié)能型的照明光源，然而，市政道路種類多樣，情況各異，照明需求各不相同。因此，在選擇照明光源時要綜合考慮燈具特點、照明需求、建設(shè)成本、管理維護能力等相關(guān)因素。

4.2.3 精準設(shè)計燈具布局方式和安裝參數(shù)

城市道路種類多樣，因此路燈布局方式也呈現(xiàn)多樣化，常見的路燈布局方式有單側(cè)布局、雙側(cè)布局、中心對稱布局、雙側(cè)對稱布局、雙側(cè)交錯布局等。不同的路燈布局方式適合于不同的城市道路，單側(cè)布局方式多用于住宅道路、支路和輔路，其他布局方式則用于城市主干道和次干道。目前，在設(shè)計路燈布設(shè)方式時主要依據(jù)《城市道路照明設(shè)計標準》（CJJ45—2015）來計算光源布局方式、安裝間隔、安裝高度和安裝仰角。由于城市道路情況復(fù)雜且燈具種類多樣，工程設(shè)計人員在進行計算設(shè)計時不能直接套用標準進行計算，而應(yīng)當以標準計算結(jié)果為基礎(chǔ)，同時結(jié)合城市道路類型、周圍環(huán)境、人車流量、道路狀況、照明需求等信息以及燈具種類、布局方式、安裝高度、安裝間隔、安裝仰角等信息確定相關(guān)設(shè)計參數(shù)。隨著近年來市政道路照明系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)發(fā)展，DIALUX等計算機仿真設(shè)計軟件逐漸應(yīng)用于市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計中，為精準化設(shè)計提供了有力支持。

4.2.4 應(yīng)用光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)

目前，常用的隔盞關(guān)燈市政道路照明電氣節(jié)能方式存在明顯的弊端，可操作性不強，無法有效解決市政道路照明電氣節(jié)能問題。隨著科技發(fā)展光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)應(yīng)運而生，光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)是一種既可以滿足城市道路照明需求，又能有效減低燈具電能消耗和延長燈具使用壽命的自動化和智能化控制技術(shù)，該技術(shù)分為降壓、穩(wěn)壓和調(diào)光三步，照明光源在前半夜正常照明，當進入后半夜自動啟動調(diào)光機制，適度降低照明燈具的電壓和照度，在滿足道路照明需求的同時達到電氣節(jié)約的目的，基于光源降壓—穩(wěn)壓—調(diào)光技術(shù)顯著的節(jié)能效果和可操作性，該技術(shù)成為市政道路照明光源發(fā)展的主流趨勢[3]。

4.2.5 優(yōu)化配置供電線路

市政道路照明系統(tǒng)供電線路常用的供電電源為10/0.4kV箱式變電站，常用的供電方式為三相四線制。市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計中，在選擇箱式變電站變壓器容量時既應(yīng)當充分考慮到燈具的實際載荷，也要綜合考慮道路沿線信號燈、紅綠燈、交通指示牌、公交車站等公共設(shè)施的容量負荷。在布設(shè)箱式變壓器時，應(yīng)當布設(shè)在城市電力10kV電源線路一側(cè)，而且為了不影響人們的視線和城市面貌，應(yīng)當布設(shè)在路面以外或者在高架橋底下，還要考慮自然環(huán)境對變壓器的腐蝕傷害，因此為了達到電氣節(jié)約目的，在選擇變壓器時應(yīng)當選擇節(jié)能型干式變壓器[4-5]。其次，市政道路照明系統(tǒng)三相四線制三相負荷要平衡分配，380/220V線供電半徑不能超過800m，低壓線末端電壓下降幅度不能超過額定電壓的5%。此外，供電線纜以符合標準的合金線纜和銅芯線纜為宜，不能盲目追求大截面的線纜造成浪費，必要時用保護管進行保護。

4.2.6 改善燈具質(zhì)量，提升燈具維護系數(shù)

燈具材質(zhì)和質(zhì)量，燈具維護系數(shù)直接關(guān)系著市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計效果，因此必須重視燈具質(zhì)量的節(jié)能性改進，如聚丙烯材質(zhì)的燈罩能夠有效抵抗紫外線，聚碳材質(zhì)的燈罩抗沖擊性能好，這兩種材質(zhì)的透明燈罩具有透光度好，光效高、光能維持率高、低眩光等優(yōu)點，適用于市政道路照明節(jié)能燈具中。另一方面，隨著燈具使用時間延長，燈具光源的光通量會逐漸降低，而且燈具的反射器和表面會被污染物所污染和腐蝕，造成燈具照度值逐漸降低，因此工作人員要定期做好燈具的日常維護和新型節(jié)能燈具的研發(fā)和使用。

5 結(jié)語

市政道路照明系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為當前社會的資源消耗大戶，在全球污染加劇和能源短缺問題日益嚴峻的時代背景下，節(jié)約能源是我國經(jīng)濟發(fā)展和城市建設(shè)必須面對的現(xiàn)實問題，對于市政道路照明系統(tǒng)而言，政府及市政建設(shè)管理部門必須將電氣節(jié)能設(shè)計作為市政道路照明系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)的重點來抓。市政道路照明電氣節(jié)能設(shè)計是一項系統(tǒng)性很強的工程，政府及市政建設(shè)管理部門必須對電氣節(jié)能設(shè)計規(guī)劃進行科學(xué)論證，在電氣節(jié)能設(shè)計標準、照明光源研發(fā)創(chuàng)新、燈具選擇、照明標準、供電線路配置、布局方式和安裝位置、維護管理等各個方面融入電氣節(jié)能設(shè)計理念，確保市政道路照明系統(tǒng)具有更強的功能性、安全性、穩(wěn)定性、節(jié)能性及美觀性，最終實現(xiàn)環(huán)境不好和能源節(jié)約從而推動我國城市健康可持續(xù)發(fā)展。