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咨詢熱線:17736920826市政道路綠色照明設(shè)計分析研究
本站 2021/1/10 9:22:16
我國當前在市政照明方面仍然存在很大節(jié)能空間，綠色照明也逐漸成為照明設(shè)計的重要方向。本文對市政道路綠色照明設(shè)計進行分析和探討，分析其設(shè)計原則，提出合理的設(shè)計措施。
關(guān)鍵詞:市政道路 綠色照明 節(jié)能
1引言
在城市道路中設(shè)置照明系統(tǒng)，最主要的目的就是在夜間或者視野不是很好的情況下，為駕駛員創(chuàng)造一個良好的駕駛環(huán)境，保證行車的舒適與安全，減少交通事故的發(fā)生，保護人民的生命財產(chǎn)安全。
另外，根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，道路的照明系統(tǒng)還能夠在一定程度上降低犯罪行為的發(fā)生，促進社會的和諧。
隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，城市道路建設(shè)規(guī)模不斷擴大，人們對市政道路照明設(shè)計提出了更高的要求，即在滿足照明需求的基礎(chǔ)上，更多地融入保護環(huán)境、節(jié)能減排的理念。我國當前在市政照明方面仍然存在很大節(jié)能空間，綠色照明也逐漸成為照明設(shè)計的重要方向。
2道路綠色照明設(shè)計原則
(1)了解道路特點，周邊地塊使用情況，道路的行車輛、行人量，根據(jù)相關(guān)照明標準(如《城市道路照明設(shè)計標準》、CIE標準)選用恰當?shù)恼彰髻|(zhì)量指標。這些指標包括路面亮度(或照度)水平、亮度(或照度)均勻度、眩光控制等級、環(huán)境比、誘導性等。
(2)在路燈及燈桿布置安裝形式、照明器材的選擇、照明系統(tǒng)的控制方式等方面均應體現(xiàn)節(jié)能的原則。
(3)在滿足照明功能要求的同時，適當考慮照明系統(tǒng)的裝飾性和景觀效果，使其達到與城市環(huán)境的和諧統(tǒng)一。
(4)在滿足照度要求的前提下，選擇經(jīng)濟合理的設(shè)計方案，節(jié)約投資。
3市政道路綠色照明設(shè)計措施
3.1 道路照明光源的合理選擇
城市道路照明選用高光效的光源是節(jié)能的一個重要方式，同時不同的道路類型和不同的場所應該安裝適合周圍環(huán)境的照明設(shè)備。選用照明光源，首先要滿足照明設(shè)施的適用要求(照度、顯色性、色溫、啟動、再啟動時間等)，其次按環(huán)境條件選用，最后綜合考慮初始投資與年運行費用。道路照明目前常用的光源以高壓鈉燈、LED燈、陶瓷金鹵燈為主。具體特點分析如下。
(1)高壓鈉燈:透霧能力強、顯色性差。普通高壓鈉燈大功率燈管(250W~400W)光效高，整燈光效約為70lm/W，而小功率燈管(100W~150W)，整燈光效約為60lm/W。高壓鈉燈燈具消耗功率較大，且受電壓波動，環(huán)境溫度等因素影響較大，實際運行中，電器消耗功率可能達到光源功率的20%，甚至更大。高壓鈉燈在點火時需要大約5min的預熱時間才能達到完全的光度輸出。高壓鈉燈的光度輸出會跟隨電流波形變化而改變，因而會出現(xiàn)閃爍的情況。高壓鈉燈包括光源、電器附件(主要是鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器)和燈具，鈉燈用于路燈平均壽命24000h。
(2)LED燈:LED顯色性好，多采用白光。LED路燈光效高，大約100lm/W~120lm/W。采用恒流源的方式供電，與電壓的波動無關(guān)。LED芯片雖說壽命很長，理論能達到50000h。但由于封裝后的溫度，散熱等諸多因素大大影響燈具的壽命，故要保證LED燈具的使用壽命，應選用正規(guī)廠家的產(chǎn)品。
(3)陶瓷金鹵燈:輸出光譜為接近太陽光的自然白光，光效在2800lm/W~4500lm/W，顯色指數(shù)高Ra＞80。光源尺寸小，便于進行燈具設(shè)計，可產(chǎn)生比較合理的配光。中間視覺效應使陶瓷金鹵燈的實際光效更高，可達到95lm/W~110lm/W。壽命在15000h~30000h。黃色光譜豐富，透霧性好。高光能維持率:15000h光通維持率在70%。
3.2 路燈布置及燈桿安裝形式的選擇
在照明系統(tǒng)設(shè)計的過程中，首先分析道路的斷面形式，根據(jù)道路寬度，道路所處的環(huán)境，以及預期的晚間車流量和人行數(shù)量，然后根據(jù)這些參數(shù)，按照設(shè)計標準，確定路燈的布置方式。如果附近有交叉路口、斑馬線或者公交車站等，可以對路燈的設(shè)置做出合理的調(diào)整，避開以上所提的那些設(shè)施或者場所。
為進一步加強行車安全度，可在交叉路口的地方強化照明，增強駕駛員對外界事物的分辨度，可使用大功率的燈具或者增加路燈量達到這一效果。如果道路周邊有商業(yè)區(qū)或者人流量較大的公園等地方，可以適應照明效果較弱的景觀燈，不僅可達到照明效果，還可以對景觀具有很好的裝飾效果。
一般來說，常規(guī)路燈布置主要有單側(cè)布置、雙側(cè)對稱布置、雙側(cè)交錯對稱布置，中心對稱布置等方式。常規(guī)燈具的布置方式、安裝高度和間距可按CJJ 45-2015《城市道路照明設(shè)計標準》表5.1.2經(jīng)計算后確定。如有一條機動車道寬15m的城市次干路，如果路燈采用對稱布置，可按H≥1.2Weff設(shè)計路燈安裝高度，即9m燈桿，間距S≤3.5H，即31.5m間距。但是這里存在一個誤區(qū)，規(guī)范并不是要求路燈設(shè)置的高度和間距必須按照表格所給參數(shù)設(shè)置，其僅為方便設(shè)計人員盡快確定參數(shù)進行設(shè)計和計算。
由于光源的種類，燈具的配光曲線各不相同，并不能簡單的套用表格。如上述舉例，通過專業(yè)的照明仿真計算軟件DIALUX，選用飛利浦的LED路燈配光曲線，經(jīng)仿真計算，間距35m也完全能滿足城市次干路的均勻度標準，這樣設(shè)置的燈桿數(shù)量是相應減少的。所以設(shè)計人員在路燈布置時，需要從多個方面進行考慮，同時需要一定的計算，這樣才能合理的設(shè)計路燈布置。
3.3 照明節(jié)能控制技術(shù)
道路照明控制系統(tǒng)的設(shè)計應綜合考慮技術(shù)、管理、節(jié)能、投資等多方面因素，達到經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一。照明控制除了根據(jù)日照時間定時開關(guān)燈，宜在主干路、次干路上采用深夜適當降低路面亮度(照度)的節(jié)能措施。幾種較常用的半夜燈控制方式如下。
3.3.1 全半夜燈分回路控制
配電回路采用雙回路(電纜)供電，燈具1盞間隔1盞分別接入2條回路，在深夜關(guān)閉一半的光源。此種方法適用于路燈采用雙側(cè)對稱布置的情況，且應交錯關(guān)閉。優(yōu)點是控制方式簡單直接，可靠性高;缺點是一次投資大(電纜數(shù)量翻倍);關(guān)燈后照明均勻度達不到要求。
3.3.2 燈具自帶降功率控制
高壓鈉燈通過配置雙功率鎮(zhèn)流器，LED通過自調(diào)節(jié)驅(qū)動電流來實現(xiàn)，在深夜時段，使光源的光通量減至原來的50%~70%，在不影響安全的前提下，達到有效節(jié)能的目的。優(yōu)點是不需要額外增加設(shè)備;缺點是雙功率鎮(zhèn)流器或調(diào)節(jié)模塊故障率較高。
3.3.3 路燈節(jié)能調(diào)節(jié)變壓器
路燈節(jié)能調(diào)節(jié)變壓器路燈節(jié)能調(diào)節(jié)變壓器可以控制路燈的降壓調(diào)流節(jié)能功能。
路燈的亮度要求低時，同時也是用戶用電量低的時候，這時路燈的電壓會相對升高，路燈較平時亮，這樣就會造成電能的浪費和路燈設(shè)備的能耗加大、使用壽命降低。通過使用路燈節(jié)能調(diào)節(jié)變壓器可以在電壓方面降低電能的消耗，保護路燈設(shè)備的安全照明。其優(yōu)點是便于實施和老路改造;缺點是不適用LED等恒流源光源。
3.3.4 結(jié)合單燈監(jiān)控配置的選擇性半夜燈控制
單燈監(jiān)控系統(tǒng)是利用計算機技術(shù)、通信技術(shù)，通過遠程監(jiān)控主機實現(xiàn)設(shè)備電氣主回路/各支路電氣參數(shù)實時檢測、節(jié)能控制、遠程管理，再通過單燈控制器實現(xiàn)對各個燈具的節(jié)能控制。要實現(xiàn)單燈控制完整的組成需要3部分:監(jiān)控中心的單燈監(jiān)控軟件、各配電柜內(nèi)分布的單燈監(jiān)控主機、每盞燈桿內(nèi)的單燈控制器終端。
目前，常用的單燈監(jiān)控從通信技術(shù)上主要分為電力載波單燈監(jiān)控和ZigBee單燈監(jiān)控。電力載波是利用傳輸電流的電力線作為通信載體，中間無需任何的布線就能實現(xiàn)通訊，且對每一盞進行控制。ZigBee單燈監(jiān)控通過ZigBee技術(shù)實現(xiàn)近距離，低復雜度，低功耗，低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。
采用單燈監(jiān)控選擇性半夜燈控制的優(yōu)點是針對每一套燈獨立控制，降功率運行，間隔關(guān)閉均可靈活實現(xiàn);缺點是需要結(jié)合各個城市路燈管理要求建設(shè)單燈監(jiān)控系統(tǒng)。
3.4 照明供電設(shè)計
道路照明常用的供電方式采用10/0.4kV箱式變電站供電。對于箱式變電站變壓器容量的選擇，除了需要根據(jù)路燈的實際負荷，還要統(tǒng)籌考慮道路沿線信號燈、公交車站等容量。箱式變電站應該盡量布設(shè)在道路路幅外或高架橋底等，這樣能夠有效避免變電站給行人造成視覺障礙。變壓器應選擇干式變壓器，并采用節(jié)能型變壓器。箱式變電站應設(shè)置于城市電力規(guī)劃所規(guī)定的10kV電源線路一側(cè)。同時應調(diào)查周邊路網(wǎng)的路燈電源點設(shè)置情況，統(tǒng)一考慮。
路燈專用線路供電三相負荷分配應平衡;道路照明380/220V配電線路供電半徑不宜大于800m。低壓照明線路的末端電壓降應不大于額定電壓的5%。
供電電纜應采用銅芯電纜或合金電纜，并選擇合適的電纜截面。在電纜截面的選擇上，傳統(tǒng)道路照明考慮均會選擇大于16mm2截面電纜，甚至主干路選擇25mm2~35mm2截面電纜，但是由于現(xiàn)在大量節(jié)能型光源如LED的應用，實際現(xiàn)在線路上的負荷很小，在選擇電纜時應通過計算選擇合適截面，而不是一味的放大電纜截面。
3.5 城市燈桿的功能性擴展
由于路燈沿著城市的道路、街道大量分布，具備了“有網(wǎng)、有點、有桿”三位一體的特點，其單一的照明功能正趨向于多元化。照明設(shè)計中需要更多的將路燈桿的功能和定位豐富起來，打造一個智慧化、綠色化的現(xiàn)代城市。
3.5.1 “智慧”燈桿
智慧燈桿是以照明燈桿為基礎(chǔ)，集成了音視頻監(jiān)控設(shè)備、無線基站、WIFI熱點、多媒體屏幕及天氣、環(huán)境等參數(shù)感知器等。依托綜合管理平臺、可以實現(xiàn)智能照明、綠色能源、智能安防、無線城市、互通互聯(lián)、智能感知、智能交通、智慧市政等諸多應用。
3.5.2 多桿合一
當前不少城市存在著由路燈桿、電力桿(塔)、監(jiān)控桿、交通指示牌、廣告牌基礎(chǔ)設(shè)施管理分散、功能單一引發(fā)的桿塔林立的問題，“多桿合一”成為解決這個問題最好的方式。
今后的路燈照明設(shè)計，需要多專業(yè)協(xié)調(diào)設(shè)計，路燈設(shè)置點位更多的需要綜合考慮交通、安全等設(shè)置的功能需求。
目前，推進“智慧化、多桿合一”建設(shè)的過程并不容易。這其中涉及到多項城市公共設(shè)施的整合，每一套設(shè)備都有單獨的線纜、網(wǎng)絡需要鋪設(shè)和設(shè)置，這需要聯(lián)合多個部門進行資源共建。但是相應的照明設(shè)計理念需要先行一步建立。
4結(jié)束語
隨著城市道路發(fā)展，城市照明設(shè)施得到快速增長，城市照明用電量迅速上升，道路照明已成為城市能源的消費“大戶”。因此應不斷優(yōu)化市政道路照明設(shè)計，不僅要合理選擇道路照明配電系統(tǒng)，還要實現(xiàn)道路照明設(shè)計的節(jié)能目標，以創(chuàng)造出綠色、環(huán)保、節(jié)能的城市環(huán)境。
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