近年来,道路照明设施随着各地经济和交通的发展,其规模及数量越来越大,道路照明耗电也迅速上升。路灯系统的耗电相当可观。正因为此,道路照明节电已日益成为受到重视的话题。近年来,很多地区发生的日益严重的电荒,更使许多部门认识到这一问题已成为当务之急。
本文站在技术角度,分别从路灯布置方式、配电系统、灯具配件等方面,就如何以科学、合理的方式,实现道路照明系统节能,阐述个人的一点体会。
道路的光源。城市道路照明应采用高强度气体放电,如高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯。高压汞灯具有光效高、耐震、耐热、寿命长、用电省的特点,但显色性差,适用于道路、广场、车站、码头、工地等场所使用。高压钠灯具有光效高、紫外线辐射小,
可在任意位置点燃,耐震、寿命长等优点,特别是它具有较强的透雾能力,因此,特别适用于道路照明。是比较理想的第三代光源,适用于要求照度高,显色性好的繁华街道和立交桥的照明。
道路照明的灯具。城市的道路照明应采用悬臂式高杆路灯。悬臂式高杆路灯分为单叉式、双叉式和多叉式三种,为了控制光通的分布,灯具内部都装有反光罩。灯具常以高压汞灯、高压钠灯或金属卤化物灯为光源,此类灯具的配光分为截光型、非截光型和半截光型三种。
(1)截光型配光较窄,光通分布主要集中在0度一60度范围内,严格限制了水平光线,几乎感觉不到眩光,因此适用于高速道路;
(2)非截光型光很宽(灯具横向),不限制眩光,光通分布一般在0度~80度范围内,而且在70度~80度之间光强很高,0度~70度之间较弱,因此,适用于要求明亮的繁华街道或其它场所;
(3)半截光型介于截光与非截光型之间,广泛用于一般道路照明。
的布置方式。路灯布置方式有单侧布灯、两侧交叉布灯、两侧相对布灯、丁字路口布灯、十字路口布灯和弯道布灯等许多种,其各自有其适用条件。路灯的安装高度、间距及悬臂长度为了减弱眩光,提高照明质量,避免路边树木遮挡灯光,应考虑安装高度、间距以及悬臂长度。对于悬臂式高杆路灯,其安装高度一般应在7m以上。若采用截光型灯具,灯柱的间距宜小于或等于安装高度的3倍;若采用非截光型灯具,灯柱的间距宜小于或等于安装高度的4倍;若采用半截光型灯具,灯柱的间距宜小于或等于安装高度的3.5倍。灯柱悬臂的长度应根据路宽和树木的品种决定,一般为1.5~3.5m。
道路照明的接线。城市道路照明的接线方式应采用架空线路或地下电力电缆线路。随着城市建设要求的越来越高,电力电缆线路应是{sx}接线方式,其优点是不占用空间,有利于城市美化。电力电缆线路一般利用灯杆下部的圆柱空间作为接线箱,在箱内接线和安装电气保护装置,电力电缆应在电缆沟内敷设,直接埋在地下的电缆,地下部分不应有接头,接头应设在灯柱接线箱内,以便日后检查、维修。
道路照明的控制。道路照明的控制,以前一般采用光敏电阻和机械时钟相配合的控制方式。由于光敏电阻受天气影响较大,因此控制时间误差也较大,且故障率较高。随着电脑使用领域的扩大,现在国内已开发生产出用于道路照明、霓虹灯、广告招牌灯等一些需要定时打开和关闭的微电脑时控开关,这种微电脑时控开关每天走时误差小于0.5S,具有不怕停电(内部自动充电)、体积小、调试方便、控制方式灵活多样等特点,在城市道路照明中已得到利用。道路照明是为行人和车辆服务的,前半夜行人、车辆较多,需灯光亮一些,到了后半夜,行人、车辆减少,从节约电能方面考虑,灯光暗一些也可以,这就要求路灯控制装
置具有使功率降低或隔点点亮功能。据报道,国外已有定时点亮、隔点点亮、调节功率等多种功能的电脑型路灯控制装置。随着电脑技术的进一步开发,符合人们要求、功能齐全的路灯控制装置,必将给人们带来更大的便利。在道路照明设计中,应优先考虑选用电脑型控制装置。
合适的照度是我们在道路照明节电工作中首先需要重视的问题。它包括两个方面:其一,为所设计的道路选择合适的照度标准;其二,采用适当的计算及设计方式,实现合适的照度。我们不难观察到,国内不少城市道路照度偏高,既增加了路灯照明的耗电,也削弱了道路两侧景观照明的效果。
现行有效的标准《城市道路照明设计标准》是1991年制定的。不可否认,相对于我国沿海一些近年来交通发展较快、经济较发达城市,由于其出行时间延长、交通量大、交通情况复杂,这个标准中的照度标准要求偏低。但我们也不应过分地选择较大的照度。根据中的实践,在具体中,可视道路所在城市的性质和规模、交通信号的完善程度、道路与周边环境分隔状况在《城市道路照明设计标准》中xx值与低档值之间进行照度选取。
照度标准确定后,如何进行照度计算,是设计师们头疼的问题。常规的利用系数法计算粗糙,且无法确定均匀度。手工逐点计算法计算精度虽高,但需要收集大量的灯具资料,计算工作量也很大。以上两种计算方式在实践中均不适用。笔者建议,可使用多家国内外灯具厂家编制的照明计算软件,计算中虽然只能对相对应厂家生产的灯具进行照度计算,但对于路灯系统设计还是有相当的参考意义。建议在设计中选择一到两家软件对照度进行计算从而快速方便地确定灯具布置形式、杆高、路灯间距、光源容量,实现合适的照度,避免或减少路灯系统设计的盲目性。
电容补偿。路灯采用的光源,基本是气体放电灯,其功率因数相当低,一般在0.45以下,这样会使回路电流大,在线路上产生的损耗就相当可观。《城市道路照明设计标准》中,要求气体放电灯应加电容补偿,补偿后功率因数应大于或等于0.8。但标准中并没有明确是在路灯电源处集中补偿,还是在灯具处分散补偿。目前,国内城市路灯系统采用的电容补偿方式则两种均有。笔者认为,由于路灯设施是均匀分布在道路纵向两侧,由路灯电源至路灯灯具的低压配线较长,道路照明系统产生的损耗主要发生在这一段。采用路灯电源处集中补偿方式,并不能减少低压配线的耗电。而采用单灯分散补偿,无疑减少了路灯电源至路灯灯具这一段线路上产生的损耗,将起到较好的节电效果。电容量与路灯常用光源——高压钠灯的配套建议按灯具厂家推荐选择,补偿后单灯功率因数将大于或等于0.85。
关闭半数光源。显然,关闭半数光源的方式节电效果直接而且显著,节电运行时段节电达.50%,总体约在30%左右。在电力紧张的背景下,政府出台了一些文件,要求在后半夜,采取“亮一隔一”或“亮一侧灭一侧”的措施,关闭部分光源。笔者认为,这只能作为缓解电力紧张局面的权宜之计。因为“亮一隔一”或“亮一侧灭一侧”不仅减小照度,同时区别于不同的灯杆布置方式,照度均匀度将不同程度、甚至是严重的下降,对交通、行人安全、维护社会治安将产生不利影响。20世纪70年代的世界性能源危机中,日本曾在道路上进行间隔点灯的试验,结果导致治安、道路交通事故的大幅上升。另外,这种方式由于需要在同一路径上敷设两根路灯供电电缆,也增加了建设投资。因此,应区别于不同的灯杆布置方式,谨慎采用关闭半数光源的方式。
常规灯杆布灯时,往往采用车道侧单光源灯具。灯杆布置有单侧布置、交错布置、对称布置。单侧布置时,若选用这一方式,则后半夜车道明暗悬殊,照度均匀度远低于道路照明设计标准的要求。例:某单侧布灯的,前半夜全亮时均匀度高达0.53,采用“亮一隔一”后均匀度则下降至0.07。因此我们不应顾此失彼,在单侧布灯时,不宜推广关闭半数光源的方式。
交错布置、对称布置时,采用这一方式,虽然均匀度稍差,但若选择配光合适的灯具,均匀度还是可以达到或略低于道路照明设计标准的要求。在实践中,可根据车道宽度、道路交通量、周边人流量等,有选择性的使用这种方式。
在照度要求高、机动车道较宽的快速路、主干路上进行常规灯杆布灯时,可考虑采用车道侧同杆双光源灯具的方案,两个光源可等功率或不等功率。采用这种布灯方案时,上半夜两个光源全亮,后半夜关闭其中一个光源。这种方式对照度均匀度基本没有影响,在单侧布置、交错布置、对称布置时,均可采用这一方案。
笔者在丹东市政院兼职做路灯照明设计时充分考虑了以上诸点,结合电子万年历和亮度控制,灵活设计了丹东市材草市街和桃源街的路灯照明,满足了规范要求,达到了市政府示范路的标准。