道路照明節(jié)能設(shè)計(jì)思考

李松

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年來(lái)，節(jié)能已經(jīng)成為各行各業(yè)一個(gè)重要的課題，其中照明節(jié)能是其中很重要的一項(xiàng)內(nèi)容。國(guó)家出臺(tái)了《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ 45—2006）、《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2—01-2014）等有關(guān)道路照明方面的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)于照明功率密度值（LPD）、節(jié)能措施等方面都做了嚴(yán)格的規(guī)定。本文擬從設(shè)計(jì)的角度談一談?dòng)嘘P(guān)道路照明節(jié)能的一些想法。

1 道路照明常用節(jié)能措施

結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品的運(yùn)用，道路照明節(jié)能的常用措施包含以下幾個(gè)方面。

（1）采用調(diào)壓技術(shù)措施

由于城市電網(wǎng)在下半夜時(shí)用電處于低谷，電網(wǎng)電壓上升，加載在單燈上的電壓有可能會(huì)達(dá)到240 V甚至更高。在下半夜道路車流量明顯減少的情況下，不僅直接調(diào)高了燈具輸出功率，而且對(duì)于燈具壽命有很大的影響。通過(guò)采用在路燈配電前端設(shè)置調(diào)壓變壓器，設(shè)定在下半夜時(shí)調(diào)低線路上的輸出電壓（一般降為180 V），以降低燈具的輸出功率。

（2）調(diào)節(jié)燈具輸出功率

針對(duì)常用的高壓鈉燈光源，可采用雙功率鎮(zhèn)流器調(diào)節(jié)燈具的輸出。雙功率鎮(zhèn)流器是一種節(jié)能型的電感鎮(zhèn)流器，它的電感量可以進(jìn)行變換，從而使控制燈具的輸出功率隨之發(fā)生變化。上半夜路燈在額定功率下運(yùn)行，到了下半夜，自動(dòng)增大鎮(zhèn)流器的電感量，使路燈的輸出功率下降。

（3）其它常用節(jié)能措施

常用的節(jié)能措施還包括間隔開(kāi)關(guān)路燈的方式，通過(guò)雙回路供電或者通過(guò)電力載波技術(shù)，在下半夜關(guān)閉一半路燈，但在這種情況下，路面亮度縱向均勻度和路面照度均勻度也會(huì)下降，對(duì)道路行車的安全性產(chǎn)生一定的影響。

2 合理選擇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)

合適的照度在城市道路照明的設(shè)計(jì)工作中是首先應(yīng)該重視的問(wèn)題。《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45—2006）規(guī)范中，明確規(guī)定了主干路、次干路、支路分別對(duì)應(yīng) 30/20 lx、15/10 lx、10/8 lx的高低檔平均照度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)師須根據(jù)城市道路的性質(zhì)和規(guī)模，綜合安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析比較，確定合適的照度要求。比如國(guó)內(nèi)某城市高架環(huán)線快速路，設(shè)計(jì)時(shí)速60～80 km/h，照明設(shè)計(jì)中沒(méi)有片面追求照度，更多的是考慮路面亮度縱向均勻度，選取的平均照度標(biāo)準(zhǔn)是20 lx低檔值，幾年運(yùn)行下來(lái)，證明該設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是合理的、安全的。像這種動(dòng)輒幾十公里的城市高架環(huán)線，雖然道路設(shè)計(jì)時(shí)速高，但不存在行人及道路平交口，路面亮度縱向均勻度可能比路面平均照度更重要，合理選擇路面平均照度值，不管對(duì)于前期投資、后期管護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，還是對(duì)于城市照明節(jié)能，都是很有意義的。

我們知道，在城市隧道照明設(shè)計(jì)中，洞外亮度值L20（S）的大小，直接關(guān)系到隧道入口段、過(guò)渡段及出口段的亮度要求，設(shè)計(jì)師如果對(duì)于洞口環(huán)境、朝向、天空面積比、減光措施等因素考慮不充分，也不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)洞口亮度進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，往往把洞口亮度值設(shè)定得很高。實(shí)際上，在其條件相同的情況下，L20（S）設(shè)定為 4 000 cd/m2和 6 000 cd/m2，其設(shè)備費(fèi)及年耗電量相差達(dá)30%。所以，準(zhǔn)確選取洞口亮度值，可在較大程度上節(jié)約用電能源，節(jié)省投資。

有時(shí)候我們也碰到這種情況，設(shè)定的路面平均照度設(shè)計(jì)標(biāo)注是30 lx，但選取設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算下來(lái)，往往達(dá)到40 lx，甚至50 lx。設(shè)計(jì)雖然可能不超過(guò)規(guī)范允許的LPD值，但我們?yōu)槭裁床荒芡ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)盡量接近設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)？這也是需要我們注意的問(wèn)題。

3 合理設(shè)置燈具及燈桿

道路照明燈具的合理布置，首先建立在準(zhǔn)確計(jì)算的基礎(chǔ)上。在筆者接觸過(guò)的一些項(xiàng)目中，部分設(shè)計(jì)利用道路照明的簡(jiǎn)化計(jì)算公式進(jìn)行道路照明計(jì)算，公式中沒(méi)有任何體現(xiàn)燈桿高度、燈具仰角、燈具配光的參數(shù)。這種簡(jiǎn)化計(jì)算，只能估算出路面平均照度，不能計(jì)算出路面照度均勻度，更莫談規(guī)范要求的炫光限制閾值增量和環(huán)境比。從設(shè)計(jì)的角度看，這是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模脤I(yè)軟件計(jì)算可解決這一問(wèn)題。

DIALUX軟件是一套成熟的照明計(jì)算軟件，該軟件利用燈具的IES配光文件，模擬街道場(chǎng)景，輸入各種數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確對(duì)規(guī)范要求的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。我們以某一條典型道路為例，說(shuō)明合理設(shè)置燈具的重要性。

該道路為城市地面主干路，機(jī)動(dòng)車道平均照度值按30 lx設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。采用12 m/10 m高路燈，挑臂1m，燈具仰角8°，燈桿兩側(cè)對(duì)稱布置，間距35m。光源采用高光效高壓鈉燈，截光型燈具，燈具維護(hù)系數(shù)為0.7。其中圖1是我們經(jīng)常在道路上看到的路燈布置形式：250 W高壓鈉燈照向機(jī)動(dòng)車道，150 W高壓鈉燈照向人非道路。這種方式看似合理，其實(shí)未必。如果我們按照?qǐng)D1、圖2來(lái)布置路燈，把燈具IES文件及設(shè)計(jì)參數(shù)導(dǎo)入場(chǎng)景模擬計(jì)算后（采用DIALUX計(jì)算軟件，國(guó)內(nèi)知名品牌燈具配光文件，下同），可得到表1的結(jié)果對(duì)比。

從表1可看出，照向機(jī)動(dòng)車道的250W高壓鈉燈已經(jīng)能滿足人非的照明需求，照向機(jī)非的150W高壓鈉燈其實(shí)不需要設(shè)置，其僅起到增強(qiáng)人非道路照度的作用，而結(jié)果又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范的要求。我們知道，人非道路對(duì)于功率密度值是沒(méi)有要求的，雖然這種設(shè)計(jì)不違反規(guī)范，但我們費(fèi)盡心思考慮各種節(jié)能方式，卻忽略了最基本的節(jié)能方式，即減少不必要的照明燈具。

表1 不同燈具布置照度計(jì)算結(jié)果對(duì)比

有時(shí)，合理設(shè)置燈桿的位置，對(duì)于節(jié)能也是有意義的。現(xiàn)在很多道路設(shè)計(jì)中，為了美化城市環(huán)境，會(huì)在機(jī)非分隔帶或者人行道上種植樹(shù)木，這也導(dǎo)致了日后樹(shù)木可能會(huì)對(duì)道路照明造成較大的影響，形成大片暗區(qū)。這時(shí)候，我們應(yīng)與相關(guān)專業(yè)充分溝通，綜合各種條件，合理設(shè)置燈桿的位置，盡量避免不利情況的產(chǎn)生。

4 LED燈用于道路照明是否節(jié)能

當(dāng)每個(gè)人說(shuō)到LED照明的時(shí)候，一個(gè)關(guān)鍵詞就是“節(jié)能環(huán)保”，確實(shí)，LED作為一種新型光源，具有光效高、壽命長(zhǎng)、顯色性好等特點(diǎn)。但是，經(jīng)常有產(chǎn)品供應(yīng)廠商宣稱LED路燈比高壓鈉燈節(jié)能30%，甚至說(shuō)節(jié)能50%。這種說(shuō)法是否真實(shí)，還是以計(jì)算作為依據(jù)來(lái)分析比較。將圖1及圖2中的250W高光效高壓鈉燈替換為260W的LED光源，將圖1中的150W高光效高壓鈉燈替換為70W的LED光源，其余條件相同，計(jì)算結(jié)果如表2。

綜合表1及表2不難看出，260 W的LED路燈相對(duì)于250W高光效高壓鈉燈，對(duì)于機(jī)動(dòng)車道側(cè)的照明節(jié)能意義其實(shí)是有限的，在人非道路側(cè)不設(shè)置照明燈具的情況下，LED燈對(duì)于機(jī)非道的照明還不能滿足規(guī)范要求。為什么會(huì)這樣呢？事實(shí)上，LED燈的光效大約為100 lm/W，燈具效率85%～90%，高光效高壓鈉燈的光效能達(dá)到130 lm/W，燈具效率約為70%～75%。對(duì)比之下，兩者的效果是差不多的。由于LED光源方向性強(qiáng)的特點(diǎn)，大部分的光照向機(jī)動(dòng)車道地面，但這也導(dǎo)致了機(jī)非道路的照度就不足了。本來(lái)一套高壓鈉燈燈具能解決人非及機(jī)動(dòng)車道的照明，換成LED燈就得兩套了，這也進(jìn)一步增加了投資。

表2 替換為L(zhǎng)ED燈具計(jì)算結(jié)果對(duì)比

5 LED燈用于城市隧道照明節(jié)能意義

對(duì)于節(jié)能設(shè)計(jì)，其實(shí)是個(gè)相對(duì)的概念。由于城市隧道照明一般對(duì)于顯色性有要求，較少采用高壓鈉燈作為隧道基本照明光源。較多采用LED燈和熒光燈作為隧道基本照明光源，相對(duì)于熒光燈，LED燈不管是光效還是燈具效率，均比后者高，其節(jié)能效果是顯而易見(jiàn)的。

另外，由于隧道加強(qiáng)照明需根據(jù)洞外亮度、車流量、天文時(shí)間等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整輸出，LED燈相比其它光源有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)電力載波或通訊技術(shù)，可根據(jù)各類參數(shù)實(shí)現(xiàn)LED燈0%～100%無(wú)極調(diào)光輸出。但高壓鈉燈由于電壓過(guò)低時(shí)的自熄現(xiàn)象，常采用回路控制的方式進(jìn)行加強(qiáng)照明的8級(jí)調(diào)光。這種控制方式弊端也很明顯，高壓鈉燈啟動(dòng)慢，往往幾分鐘才能達(dá)到正常光通量輸出，熄滅后在十幾分鐘后才能重新啟動(dòng)。這就大大延長(zhǎng)了調(diào)光周期，不能實(shí)時(shí)根據(jù)室外亮度及其它參數(shù)及時(shí)作出調(diào)整。另外，這種控制方式所需的電纜回路多，進(jìn)一步增加投資和維護(hù)成本。

6 結(jié)語(yǔ)

道路照明節(jié)能設(shè)計(jì)中，不能局限于滿足照明功率密度值的要求。除采用各類節(jié)能技術(shù)外，還需要合理選取各種參數(shù)，在精確計(jì)算的前提下，合理設(shè)置燈具及燈桿，將節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化。

LED燈作為新型光源，其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。經(jīng)過(guò)上文中的計(jì)算和分析，相對(duì)高光效高壓鈉燈，LED燈在道路上的節(jié)能效果較有限。由于LED燈可控性強(qiáng)，在隧道照明中具有較大優(yōu)勢(shì)，且避免了LED燈透霧性差的缺點(diǎn)。所以筆者對(duì)一般道路，特別是較寬的主干路對(duì)于LED路燈的使用持保留態(tài)度。在城市隧道照明中推薦使用LED燈作為照明光源。

LED光源近年來(lái)發(fā)展迅速，其價(jià)格也在逐步下降，但還存在散熱、光衰問(wèn)題，另外LED燈具的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的程度也不足，這些都是進(jìn)一步需要解決的問(wèn)題。