摘 要：城市路燈照明質(zhì)量以及節(jié)能，早已引起政府的高度重視，國(guó)家建設(shè)部和發(fā)改委已專門就我國(guó)城市路燈節(jié)電問(wèn)題采取了措施，并發(fā)出了通知，明確強(qiáng)調(diào)城市道路照明建設(shè)應(yīng)在高效健康的綠色照明向發(fā)展，努力抓好城市道路照明質(zhì)量和節(jié)能兩項(xiàng)重要工作，并希望能引起全社會(huì)的廣泛關(guān)注，共同節(jié)約國(guó)家資金。
關(guān)鍵詞：城市照明；道路路燈；節(jié)能方法
前言
城市道路照明盡管種類繁多，要求各不相同，最終都要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，要滿足行車功能，視覺(jué)所需條件、路面亮度、照度和眩光的控制等都要達(dá)到要求，達(dá)到行車安全暢通、行人心懷安全感，又能使城市路燈照明建設(shè)體現(xiàn)出一個(gè)城市環(huán)境美化程度，成為一道道光色亮麗和諧悅目風(fēng)景線，反映出城市的文明風(fēng)貌。
1道路照明設(shè)置
1．1道路照明主要參數(shù)計(jì)算
1．1．1路面任一點(diǎn)的照度計(jì)算
路面上設(shè)置的燈具i對(duì)路面任一點(diǎn)P的照度可按式1計(jì)算
EPi =Iγβcos3γ/H2 （1）
1式中，EPi為燈具i對(duì)路面上P點(diǎn)的照度值； Iγβ為對(duì)P點(diǎn)的垂直角γ 和水平角β在燈具樣本的配光曲線或光強(qiáng)中對(duì)應(yīng)得值；γ為燈具i的光軸與P點(diǎn)光線的夾角；β為P點(diǎn)與光源在水平面內(nèi)對(duì)應(yīng)的夾角；H為燈具i的安裝高度；照度計(jì)算如圖1
一般在道路中，對(duì)應(yīng)于一個(gè)點(diǎn)，同時(shí)有若干個(gè)點(diǎn)光源在該點(diǎn)投有光通量，而在道路設(shè)計(jì)照明計(jì)算時(shí)，一般只要求計(jì)算該點(diǎn)附近3～4盞燈具的光照疊加值，將疊加后的照度值作為該點(diǎn)的亮度值，如式2
EP=ΣEPi（2）
1．1．2 平均照度和均勻度
按燈桿寬度和路面寬度選擇若干個(gè)有代表性的點(diǎn)．求出其中的照度值。其中必然會(huì)出現(xiàn)極大、極小值。利用式(3) 式(5)可計(jì)算平均照度Eav 均勻度E0和縱向均勻度E1：
Eav=(ΣEP)/n （3）
E0=Emin/Eav（4）
E1=Emin/Emax （5）
式中：n為所取采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)；Emin為所取得采樣點(diǎn)中照度最小的值；Emax為所取得采樣點(diǎn)中照度最大的值。采樣點(diǎn)取得越多．計(jì)算值精度就越高。
1．1．3 亮度指標(biāo)的計(jì)算
由亮度系數(shù)Q0和照度換算系數(shù)P0的公式：
Q0=L／E； P0=E／L=1／Q0(6)
式中，Q。為路面的亮度系數(shù)；P0為路面照度換算系數(shù)：L為路面某單元的亮度值；E為路面某單元的照度值。
由式(6)可得路面亮度的計(jì)算式(7)：
L= Q0E=E／P0(7)
亮度系數(shù)決定于路面的材料性質(zhì)、光源、光環(huán)境和觀察者相對(duì)于觀察單元的位置。我國(guó)公路行業(yè)對(duì)水泥混凝土和瀝青路面的P0值取為15和2l；在隧道內(nèi)則改取為l3和22。
1．2 道路照明設(shè)置
1.2.1 照度標(biāo)準(zhǔn)
衡量照度的指標(biāo)：照度的好壞除能否看清物體外，還有看清物體的難易程度，心里感覺(jué)舒適性等，衡量照度水平要綜合考慮視角功能、舒適感、經(jīng)絡(luò)性、節(jié)能等因素。不同的社會(huì)條件，不同的地區(qū)照度水平可能存在較大的差別。如某些地區(qū)常規(guī)做法是將設(shè)計(jì)照度標(biāo)準(zhǔn)比現(xiàn)行城市道路照明標(biāo)準(zhǔn)高一至兩個(gè)等級(jí)要求。照度標(biāo)準(zhǔn)是有分級(jí)的，照度級(jí)差大體為1．5倍的系數(shù)，我國(guó)的照度標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)如下：0．5、1、2、3、5、10、15、20、30、50…3000Lx。在城市道路照明設(shè)計(jì)時(shí)，可以選用其中的部分標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)：過(guò)去以工作面上最低照度為標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在改為工作面上平均照度為標(biāo)準(zhǔn)；過(guò)去標(biāo)準(zhǔn)是單值，新標(biāo)準(zhǔn)改為照度范圍，更適合實(shí)際情況，有利于靈活運(yùn)用。例如某～級(jí)照度標(biāo)準(zhǔn)為75―100―150Lx，其中值100Lx是推薦值，采用75Lx和150Lx均可。照度標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)時(shí)重要技術(shù)參數(shù)之一，必須貫徹執(zhí)行。
1.2.2 主車道照明設(shè)置
主車道照明有桿柱式、高桿式、懸索式和高欄式等幾種，通過(guò)它們的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，采用其中的桿柱式作主車道照明比較合理。而且在實(shí)際主車道照明工程中，已被廣泛采用。因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)頗多，在桿柱的項(xiàng)端安裝照明器，桿柱沿道路配置，其特點(diǎn)式照明器可以沿線形任意布置，并能有效地照到路面，也就是說(shuō)用小光通量的光源就能滿足要求，經(jīng)絡(luò)性、誘導(dǎo)性均比較好。
隨著燈具安裝高度的增加，眩光越來(lái)越少，整個(gè)照明的舒適性相應(yīng)增加，同時(shí)亮度分布面積擴(kuò)大，得到同樣均勻度所需燈具數(shù)量減少。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，氣體放電燈的桿高，在10～15m是經(jīng)濟(jì)的。照明器的眩光和人眼的位置有關(guān)，并與照明器的垂直照度成比例，除限制照明水平方向發(fā)光強(qiáng)度外，燈具的安裝高度也有很大影響，當(dāng)安裝較高時(shí)，桿的間距變大，視野內(nèi)的燈數(shù)減少，產(chǎn)生眩光亮度的視角減少，從而使眩光減弱，為了限制眩光，表1給出了按光源光通安裝燈具的最小允許高度值�？勺鲄⒖�。
用于主車道照明的桿柱式結(jié)構(gòu)，包括桿柱、懸臂長(zhǎng)度和懸臂仰角(即燈具安裝仰角)，桿柱的懸臂有單邊和雙邊兩種，一般單邊懸臂桿柱安裝在車道邊，懸臂伸向車道，雙邊懸臂桿柱一般安裝在車道中央綠化帶，兩懸臂分別伸向來(lái)往車道，有些也安裝在車道邊，一懸臂伸向人行道，一懸臂伸向車道。為了獲得主車道合理照度和抑制眩光，保證照明質(zhì)量，除優(yōu)選桿柱尺寸外，對(duì)懸臂優(yōu)化尺寸選定同樣重要，一般懸臂外伸的長(zhǎng)度是按燈具發(fā)光部門長(zhǎng)度(即沿道路橫斷方向發(fā)光部分的長(zhǎng)度)來(lái)決定的，CIE建議懸臂長(zhǎng)度不能超過(guò)桿柱高度1／4，比較具體要求科參加表2。
懸臂傾斜角度(即燈具安裝傾角)選擇，應(yīng)當(dāng)重視車道和人行道照明器的光通分配，必須使車道和人行道有相同的寬度，因而照明器盡量采用水平安裝。因?yàn)閮A角較大時(shí)，會(huì)增加眩光，慢車道和人行道的亮度降低。實(shí)踐證明，懸臂傾角可以作成50或15。，一般選在5°以下合理。傾角過(guò)大，雖然車道側(cè)的照明利用率增加，但人行道的照明利用率則下降。
2城市道路照明的節(jié)能措施
城市路燈照明節(jié)能的渠道方法很多，綜合起來(lái)節(jié)電效果較好的有光源合理選擇、先進(jìn)的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)合理、提高功率因數(shù)和定期維護(hù)等幾項(xiàng)，分述如下：
2．1光源的選擇
選用節(jié)約電能的光源和燈具，是節(jié)電的重要內(nèi)容，所以要選擇經(jīng)濟(jì)性好，消耗電能和投資、維護(hù)費(fèi)用低、發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、光色和顯色性好、光通量高、氣體放電等配套的鎮(zhèn)流器，啟動(dòng)設(shè)備等性能要好的光源。如表3可以參考。
光源和燈具的合理選擇，對(duì)節(jié)約電能影響很大，如選擇不當(dāng)，電能損失可高達(dá)30～40％。反之，就可以大大節(jié)約資金。
光源的發(fā)展大約分為三代：白熾燈為第一代，熒光燈和高壓汞燈為第二代，高壓鈉燈為第三代。從表3可見(jiàn)，高壓鈉燈的發(fā)光效率和壽命最高，效率是高壓汞燈的2到2.3倍，壽命是4～4．8倍，效率是白熾燈5．6～11倍，壽命是16～24倍。用高壓的鈉燈取代白熾燈，可節(jié)約電能80％以上，代替高壓汞燈可節(jié)電60％。同時(shí)高壓鈉燈還具有結(jié)構(gòu)牢固、抗繡蝕能力強(qiáng)，技術(shù)性能穩(wěn)定、光通維持性好，維護(hù)系數(shù)高、透光性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所以高壓鈉燈已成為被廣泛采用的光源，城市路燈照明己大量采用。
2．2合理的道路照明設(shè)計(jì)
道路照明設(shè)計(jì)應(yīng)遵循國(guó)家的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)前要做好調(diào)研工作，調(diào)研道路的種類、路線形式、道路平剖面、路面反射率和交通情況，區(qū)別主干及分支道路、管理形式，推算交通量與行車速度。特別要注意重要交叉點(diǎn)，人行橫道的附近情況，其次調(diào)查道路周圍有關(guān)情況、氣象條件、供電電源等。重視影響道路照明
設(shè)計(jì)質(zhì)量的主要因素：
(1)路面的平均亮度；
(2)路面亮度分布的均勻程度；
(3)采用照明器的技術(shù)指標(biāo)與眩光抑制程度；
(4)道路照明器布置的誘導(dǎo)性等。合理的道路照明設(shè)計(jì)十分重要，如果圖紙有缺陷或設(shè)備選擇不當(dāng)，都會(huì)造成損失，損失就造成浪費(fèi)。
2．3控制路燈的設(shè)置更合理
控制路燈的開(kāi)關(guān)，要控制方便、準(zhǔn)確和安全，不管采用人工、時(shí)鐘自控、光電自控或微機(jī)控制的啟閉時(shí)間都要準(zhǔn)確，這是可以節(jié)電的一個(gè)方面。以某市為例，裝燈容量從97年底統(tǒng)計(jì)為700kW，如果控制路燈啟閉時(shí)間不精確，提前亮燈或延遲熄燈都會(huì)浪費(fèi)電能。
2．4降低照明線路無(wú)功損耗和縮小供電半徑
目前城市路燈照明，相當(dāng)部分是感性負(fù)荷，電源除供給有功功率外，尚需供給無(wú)功功率。由于無(wú)功電流通過(guò)線路系統(tǒng)，導(dǎo)線上有電阻造成電能損失，并會(huì)引起如下?lián)p害：功率因數(shù)愈低，則電力算是愈大，電壓降低愈大；增大電力損耗，感性負(fù)荷導(dǎo)致無(wú)功電流而產(chǎn)生電力損失和降低電壓，電壓降低路燈亮度也降低，不能保證照明質(zhì)量；影響電費(fèi)收費(fèi)率(低)，所以水電部用電規(guī)則規(guī)定，用戶必須保證有功功率在0．9～0．95，裝設(shè)必要的電容補(bǔ)償，在電源側(cè)并有關(guān)接入電容器組，將無(wú)功功率降低到最低限度，也就是提高功率因數(shù)。充分考慮按負(fù)荷的增減，采用不用容量移相電容組補(bǔ)償來(lái)改善功率因數(shù)。補(bǔ)償電容組接入電源用三角形接法比較好。功率因數(shù)補(bǔ)償要自動(dòng)控制，控制器指令分步投合，以感性負(fù)載功率因數(shù)的大小自動(dòng)分步組合投入或推出電容器臺(tái)數(shù)，以保證功率因數(shù)經(jīng)常處于0．95左右，以改善感性負(fù)載滯后的功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)能目的。
2．5路燈系統(tǒng)和燈具定期維護(hù)
城市路燈系統(tǒng)常在風(fēng)吹雨淋、粉塵等異常環(huán)境中使用，難免要損壞。如不定期檢修，將會(huì)成為事故潛伏隱患或出現(xiàn)事故。某市曾有條路燈桿，因年久失修未發(fā)現(xiàn)根部銹蝕將斷裂，一次強(qiáng)風(fēng)襲擊，突然斷裂，剛好壓死一個(gè)騎自行車路人，帶來(lái)重大事故。如有定期檢修，事故就可以幸免。在路燈系統(tǒng)檢修中，首要檢測(cè)絕緣電阻，在更換燈具和控制部件時(shí)，要選用節(jié)能高效安全產(chǎn)品，采用合理的維修施工工藝，保證維修施工質(zhì)量。
燈具的造形、結(jié)構(gòu)形式是由使用場(chǎng)合決定的，為提高燈具的發(fā)光效率，很多燈具在制造時(shí)都增裝了反光板。在燈具使用過(guò)程中，反光板會(huì)銹蝕減少反射率，降低亮度；燈具玻璃會(huì)粘上粉塵、油污等，降低玻璃的透明度。所以對(duì)燈具要定期檢修，力求保持正常發(fā)光效率。燈具能發(fā)揮其照明作用，就是把光源產(chǎn)生的光通量透過(guò)玻璃燈罩，照射到需要的地方，燈具發(fā)光效率就光源光通量的利用率，任何燈具的光源的光通量及反射光板的反射效果，其總發(fā)光效率總是小于1，如果同一種功率的光源，一種使用在高效燈具上，光通量利用可達(dá)70～80％；另一種使用在低效率的燈具上，光通量只能利用40～50％。那么使用在低效率燈具就浪費(fèi)電能。所以說(shuō)明選用高效燈具，定期檢修路燈系統(tǒng)，是節(jié)能和保證城市道路照明質(zhì)量有效措施。
3結(jié)束語(yǔ)
文章粗略談了城市道路照明和節(jié)能，在希望能得到設(shè)計(jì)人員的重視支持的同時(shí)，更重要的是希望能得到全社會(huì)特別是電氣工程施工和維護(hù)人員的關(guān)注，共同節(jié)約國(guó)家資金�？茖W(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，與城市道路照明有關(guān)的國(guó)家新規(guī)范和新標(biāo)準(zhǔn)不斷地修訂完善。
