關于市政道路照明設計及節能策略分析

北海市城市照明管理處 馬成翠

在城市建筑中，路燈是重要的照明設備，路燈可幫助人們在夜晚進行正確的行車指示，防止交通事故的發生。對于燈光系統來說，除了要達到燈光的功能要求外，更要達到節電的目的，使燈光進入到節能的范疇。因此，在現階段，道路照明系統應結合節能設計的思想，以實現可持續發展。本文以某市為例，對城市道路照明的現狀進行了分析，討論了市政道路的照明設計和節能措施。

1 城市道路照明工程設計與節能概述

在城市道路上安裝照明系統，其主要目標是為了在夜間或視線較差時，為保證行車的舒適性、安全性、減少交通事故、保護人民的生命財產安全，對提高行車安全性具有重要意義。另外，根據相關研究，路燈也能從某種意義上降低城市交通事故的發生率，增強城市交通的和諧。照明的設計應使半柱體表面的照明達到標準要求，這有助于及時發現可能存在的安全隱患[1]。

關于照明系統的節能問題，應在設計時考慮到節能的問題，所以在進行道路照明系統的設計時，應先對道路的性質進行分析，了解道路的特征，對道路交通量、行人量展開系統的分析和估算，還應對照明系統的能量消耗規律有一定的了解，只有在了解了這些因素之后，才能決定路燈的合理間距、數量和光源的類型。路面照明系統的設計應建立在對車輛和行人的估計量進行系統分析，以及對能耗標準的了解之上。為了滿足路燈系統設計的要求，作為一名設計師，不僅要有敬業精神，還要有專業素養，保證路燈照明充足，盡量減少能源消耗，此外，還應保證維修方便，降低維修成本。

2 市政道路照明設計

路燈布置。在進行道路照明設計時，應充分考慮其布置形式及間距。路燈之間的間距：路燈間距的定義主要是基于道路水平、道路寬度和城市道路綠化帶的高度。路燈之間的間距是基于道路水平、道路寬度和綠化帶的高度。傳統的布局方式包括單面、對稱雙面、交錯雙面、水平懸掛和中心對稱；傳統的布局方法包括單面、雙面對稱、雙面交錯、橫向懸掛和中心對稱。在滿足照明需求及統一的前提下，設計者要嚴格按照城市道路照明設計規范進行設計。針對不同形式的路面構造，進行照明布局的選擇。

供電電壓。城市道路照明用交流電源為380V/220V。10kV 市電在公路、路口設置一座箱形變電所，并將其降低為380V 交流電，供市區公路路燈使用。通常情況下，每1.6～2km 就有一座箱形變電所。

采用新型靈活布線方式。在電力系統的電力系統中，設計者需要對電力系統的工作環境有一個全面地認識。不但要確保變壓器的容量足以應付全部的電力需求，同時也要為將來的道路照明預留出一定的供電線路。另外，在布線過程中，也要考慮到已有的電力設施。一般選用4+1芯的YJHLV-1KV系列低壓4+1芯電纜，選用聚乙烯管材作保護套管，直接埋于永凍土之下。

3 關于市政道路照明電氣節能設計的策略

3.1 確定光照標準

在制定照明規范時，首先要做的就是搜集有關的資料。當道路的類型被確定后，需要了解特定的路面狀況，例如反光以及路面的寬度。路面上有更多的反光，人的視力會更好?？梢?，光度雖不能直接說明人的視覺感受，但對路面光度有重要影響。路面的光度與路面的材質有較大關系，路面的面漆材質必須根據國家現行國家標準CJJ45—2015《城市道路照明設計標準》對其進行了規范。我國城市道路有很多種：高速公路、國道、次干道以及背街小巷，表1顯示了各類型道路照明的分類。在制定照明標準時，應根據實際情況對橋梁、隧道、彎曲路段等進行相應的調整。

表1 機動車道照明標準值路面亮度

3.2 燈桿高度設計

根據理論上的車行道寬度，單側路燈設置的有效寬度等于道路的實際寬度，減去道路懸掛的長度。如果是雙側布置，則其有效寬度為實際寬度減去兩側懸掛的部分。若中心隔離帶為對稱，則該有效寬度為其實際寬度。燈的排列有很多種，包括單向照明、雙向照明和對稱照明。單行道的布置是針對次級干道和居民區的布局，而主干道和次級干道的布局都可采用其他布局。

為防止高速公路、國道等路段產生令人討厭的強光，CJJ45-2015《城市道路照明設計標準》中的截光式照明，二級路段采用半截光型照明。與此同時，燈具、燈桿及其他配套設備，在防震、防水、防塵等方面也要加以考慮。通常采用6～12m 高、2m 長、傾斜角度不大于15°的燈具。在設計中，應根據具體情況，選擇合適的燈光形式，并對路燈桿的高度、間距進行適當的設置。

3.3 光源選擇

在城市道路照明中，高壓鈉燈、發光二極管等光源被廣泛使用。將高壓鈉燈用于城市照明，不僅可以降低投資，而且可以提高RA 顯色指數。LED 擁有其小尺寸、可調光、能聚焦、定向、耐用、節能、抗震等優點，但成本較高，散熱效果不佳。針對目前的市場情況，通常使用高亮度的光源來進行高亮度的照明，但也存在一些問題，比如亮度太高、光照質量不佳。因此，在研發LED 照明產品時，必須針對不同的安裝場所和需要，選用合適的LED 照明產品，才能有效地延長照明設備的使用壽命，提升照明設備的亮度。

3.4 對供電線路和管道進行供配

在普通照明線路中，三相四線供電是常用的供電方式。連接時，每根燈桿都可以按照A、B、C 三種不同的方式進行安裝，并且可以很好地平衡功率負荷。在制定線路圖時，除依據設計者的設計經驗外，還應該把其他的用電負荷，臨時的應急電源、臨時的燈光、臨時的指示燈及指示牌等都要考慮進去。為了使城市的可持續發展得到充分地考慮，所有的要素都是必需的。此外，還要考慮到照明線路周圍的環境因素。電力電纜可選用銅芯的塑料絕緣電纜，既能確保導線的走線，又能對其進行更好地保護。一般情況下，在城市地下公路建設中，不可對其進行改建，可采用敷設保護管線的方式。

3.5 選擇高性能的鎮流器

壓電開關用于限制放電燈的工作電流。用一種適合于燈泡種類和特點的鎮流器，把一種適合于放電燈的引燃電路串接起來，使引燃燈泡具有較高的引燃電壓，使燈泡在一定的時間內保持一定的電流范圍。目前，市面上使用最多的有電感鎮流器，其中電感鎮流器有節能式和傳統式兩大類。城市道路照明需要200～450W 的電能，其中電子鎮流器、節能電感鎮流器耗電量約占全照明總能耗的8%，而傳統電感鎮流器耗電量約為11%和18%。

3.6 確定市政道路照明系統的功率密度

在城市道路上，燈光強度是一個重要的概念，其基本意義是：燈光強度是城市道路上燈光強度的一個重要指標。要根據城市道路的特定功能和位置來確定城市道路照明系統的功率密度，也可根據車道數進行整體調整。國道快速路由于車速較快，通常有六條雙車道，因此功率密度應高于30Lx；國道交通壓力較大，六個雙向車道，為確保行車安全，其能量密度為30～20Lx；對主干道構成的壓力較小，四車道公路的功率密度可控制在20～15Lx，四車道以下公路的功率密度可控制在15～10Lx。研究成果將為提高城市道路照明效率提供理論依據，為我國城市發展提供科學依據。

4 市政道路照明電氣節能方法

4.1 根據時間調整照明系統的開閉

一般來說，城市道路的照明系統是由每條道路兩邊的一列路燈構成的，除了必需的夜間照明效果之外，為了能及時地調節照明系統的開關，可以讓道路兩邊的路燈交替熄滅，或者只熄滅其中一個路燈。在設計市政道路節能照明時，在夜晚交通流量不大的中小城市，要結合城市的實際照明需要和居民的生活習慣。

4.2 關閉雙光源燈具的一個光源

在市政道路兩側的照明系統中，可采用雙光源燈具，結合夜間市政道路上的車輛運行狀況，可關閉其中一個光源，這樣能最大限度地維持市政道路表面照明的均勻性，兩個光源能夠將市政道路照明系統的照明和亮度分為兩個不同的水平，從而方便了管理。但是，由于使用兩個光源，會使照明設備和鎮流器的維護成本，以及光源和照明設備的投資等都有所增加。所以，在城市道路照明中，要根據城市道路照明的具體要求來選用雙光源。

4.3 利用控制器調節鎮流器運行參數

雙動力鎮流器主要包括兩個部件：一個是控制部件，另一個是控制部件；現在的市場主要有電子鎮流器和電感鎮流器；這種雙電源鎮流器也叫變功率鎮流器。功率鎮流器的控制方式有兩種，一種是集中式控制方式，另一種是定時控制方式。該時控器的鎮流器可在城市道路照明的條件下進行調節。集中式控制系統的鎮流器，操作參數應保持一致。該控制器通過調節其電感，實現對其有功、無功功率的調節。

4.4 合理安排運行時間

如果路燈放置在兩側，應避免選擇一側路燈關閉的方法，這種方法雖然可以靈活、容易控制、經濟，但照明均勻度低。采用雙光源燈具的道路可以在出行需求低的時候關閉一個光源，這樣更容易管理，也可解決照明均勻性問題。有些地區選擇微機時間控制，結合具體的日出日落時間考慮，明確開啟和關閉光源的合適時間。

但由于受氣象光照因素的影響，開關時間有明顯差異，容易出錯，效率也不高，因此要逐步放棄這種方法，采用集中遙控、智能控制，進一步提高效率。在實際工作中，根據季節變化、地理位置，調整燈光的開關時間，采用時間控制、燈光控制相結合的手段，以15Lx 自然光為標準來開燈，同時積極建設智能控制系統、利用計算機信息技術實現遠程監測，遠程控制路燈運行，實時監控故障問題，達到科學管理的效果，進一步完善系統，從長遠來看也有利于節能環保。

4.5 減少照明線路的無功損耗，減小供電半徑

目前，城市路燈中有相當一部分是感性負載，在電力供應過程中，除了有功之外，還要有無功。當無功電流流經一條線時，在一根線上存在一種電阻，這就導致了電力損耗，其后果是：一是功率因子小，需要更多的電能，壓降高；電能損耗增大，因感應負荷而造成無功電流和電力損失，造成了電壓下降，從而使路燈的亮度下降，從而不能確保照明的質量；對電力費用的影響（低）。

為此，電力規范對用戶提出了有功功率在0.9～0.95的要求，并對其進行了必要的電容補償，使無功功率損失降到最小，也就是增加了功率因數。通過引入移相電容群，并考慮負荷的增減，提高了系統的功率因數。為使功率源與補償電容器組相連，建議采用三角形接線的方法。應使用自動化控制，即通過控制器按不同的感性負荷的功率因數，將輸入和輸出電容按一定的順序依次進行組合，保證總的功率因數為0.95以上，從而提升感性負荷的滯后特性，實現節能。

二是可通過合理選用照明變壓器容量、增加變壓器負荷比（75%～80%）等方式，來改善裝置的自然功率因素。變壓器的長期負載率在30%以下時，必須予以替換。另外，為保證燈絲電壓的穩定性，在燈絲上增設節能器，可自動調節電壓。如果電壓太高，會對燈具的使用壽命造成不利影響，還會造成用電浪費；如果電壓太低，就不能確保照明品質。如果安裝了這個節能器，不僅可以自動調整電壓，同時其也能保證燈泡工作在規定的電壓范圍內，并有良好的節能效果。減小供電范圍，可降低壓降。在同樣的負載條件下，可減小空氣管道橫截面，節省投資。