城市照明节能应从设计抓起

摘  要  随着城市建设的发展，城市照明有了巨大的发展，它提升了城市形象之外，但是城市照明需要较高的运行成本，特别是城市照明的电费支出每年明显增加。做好城市照明节能，进行科学合理的照明设计是根本的问题。本文主要谈谈如何通过科学地设计来兼顾照明效果和节能的问题。

关键词  城市照明  设计方案  节能效果

一、城市照明设计主要忽略的几个问题

1、过于注重路灯造型忽视功能照明

市区的部分道路照明过于强调艺术造型，而忽略道路照明应该以功能照明为主。如在六车道的道路两侧安装五火荷花灯、中华灯等造型的路灯，乳白色的灯具透光性极差，只好不断增加光源的功率和数量，明明安装一支普通的400W就能取得的照明效果，而要用几支250W才能达到。

2、 过于追求路面的高亮(照)度

市区的部分路段通过增加路灯排数、加大光源功率等种种办法，大大提高了路面亮(照)度，使平均照度大于40Lx。而根据CIE的建议和多数国家的标准规范以及汽车驾驶员视觉作业的要求，高速路、主干道路的维持平均亮度最高达到2cd/m2（柏油路面维持平均照度约30Lx）也就足够了。路面太亮，既浪费能源和资金，又增加光污染和光干扰。

3.忽略灯具的配光性能

合理的配光有利于提高路面的平均亮(照)度，确保亮(照)度均匀度和限制眩光符合标准要求。但是现在的城市照明工程从材料采购到施工已按招投标的模式进行，运行管理单位不能根据配光曲线直接指定某种品牌子型号的灯具，而对于投资单位来说，价格永远放在第一位，往往使用部分配光性能差的灯具。

二、城市照明设计订三个阶段应保证照明效果下的节电

城市照明设计应分为方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段。下面就谈谈如何“在保证照明效果下的节电”。

（一）方案设计是照明设计的一个关键性阶段，也是整个设计构思基本形成的阶段。以前我们不太重视方案设计，找几个灯型样本给有关领导定。随着新设计规范的执行，我们应适应时代的发展从严做起。

1、正确地确定城市道路的级别

国家的相关标准规范根据道路在城市中的地位、道路的形式、道路的设施情况等提出了道路的划分依据，随着城市建设和交通运输的发展，道路的角色和其所承担的功能又有所变化，这些都是确定道路级别的依据，设计者还应该对道路的现状进行深入和全面的调查，以求正确地设定道路的级别。

2、道路状况的调查

要想在做好道路照明的同时，又做到节能，就需要进行深入、全面、科学的调查，根据道路的具体情况进行有针对性的照明设计，需要高的就高、需要低的就低，或者，在一些特殊的道路区段，通过强化某些特定照明来提升照明水平。普通路段和特殊区段，既要考察作为设计对象的道路，也要考察与该道路相连的或周边的道路；既要了解城市规划和道路建设部门对这条路的等级定位，也要考虑这条道路的现状情况和将来角色；还要了解道路周边的建筑性质，也要了解道路上的交通方式和交通流量的时间特点，调查之后，才能进行针对性设计，从而既达到照明标准要求，又能合理地节约能源。

3、合理确定照明标准和进行照明方案选优

对功能性照明而言，应该根据视觉来选择照明标准。当车辆在道路上行驶时，驾驶员的视觉主要是观察路面上的其他车辆或障碍物，因此，所需要的照明就主要是保证驾驶员看见这些障碍物及其相对位置和移动趋势。国内外相关的道路照明标准都是根据此类视觉的要求，是通过大量的科学实验而得出的结论，因此，标准中的照明水平是完全能够满足要求的。

谈节能不能不顾照明效果，那种以牺牲照明效果来达到节能目的的做法是绝对不科学的。比如，道路交会区的交通状况复杂，是交通事故的频发区段，在照明方式也有所区别，因此就需要提供更高水平的照明。如果在此处降低照明标准，那就意味着可能造成严重的交通危险。

（二） 初步设计的详细程度应能满足确定设计方案中重大技术问题和有关实验、设备选制等方面的要求，设计的内容包括：设计说明书、总平面图、设计图纸、设计委托或设计合同中规定的透视图、鸟瞰图、灯型图等。

1、对道路照明能耗实行定量控制

通过制定道路照明节能的定量化指标，可以更有效而且更科学地控制能耗。此种方式就是提出在被照明道路的单位面积路面上所使用的照明安装功率限值，即照明功率密度。我国《城市道路照明设计标准》中规定的各级道路的照明功率密度如表1所示。

表1   机动车交通道路的照明功率密度值

道路级别	车道数 （条）	照明功率密度（LPD）值 (W/m2)	对应的照度值 （lx）
快速路 主干路	≥6	1.05	30
	＜6	1.25
	≥6	0.70	20
	＜6	0.85
次干路	≥4	0.70	15
	＜4	0.85
	≥4	0.45	10
	＜4	0.55
支 路	≥2	0.55	10
	＜2	0.60
	≥2	0.45	8
	＜2	0.50

注：1 本表仅适用于高压钠灯，当采用金属卤化物灯时，应将表中对应的LPD值乘以1.3。 2 本表仅适用于设置连续照明的常规路段。 3 设计计算照度高于标准值时，LPD值不得相应增加。

2、全面考虑道路照明评价指标要求

评价一个道路照明设计的好坏，不仅仅是考虑路面亮度（或照度）一个指标，而是一套照明指标，其中包括视觉功能性方面和视觉舒适性方面的评价指标：路面平均亮度、路面亮度总均匀度、路面亮度纵向均匀度、失能眩光（阈值增量）、环境比、诱导性等，每一个评价指标都与道路照明质量密切相关，偏废任何一项，都将会降低其质量水平。比如，当路面平均亮度为1cd/m2时，如果路面亮度总均匀度从0.4降低为0.2，那么，觉察几率将会从70%降为10%左右；又比如，在当路面亮度为1cd/m2、路面亮度总均匀度为0.4的前提下，如果眩光增大，阈值增量从7%增大到30%，那么，觉察几率将会从70%下降到25%左右。由此可见，每一项评价指标都与照明质量密切相关。如果不对照明质量指标进行全面的考虑，只是一味地追求高的平均亮度值，除了浪费能源之外，得不到任何好的道路照明效果。只有各照明指标都达到标准要求，同时又满足节能评价值的要求，才能认为道路照明设计是科学合理的。

3、通过照明控制节能

在深夜普遍降低路面亮度（或照度）是节能效果最为明显的一项措施。采取过和正在采取这种措施的国家也不少。由于深夜车流量小，应该普遍推行这种措施。但是，在居住区不宜推行这种措施。其理由一是居住区夜间行人的安全和住户的安全极为重要；二是该区的照度本来就不高，即使再行降低，节能效果也并不明显。

因此，应该在主干路、次干路采取这一措施。实施这一措施的办法：

a、采用双光源灯具是一种合理的办法。深夜的交通流量小，关闭一支光源，既可以达到节能目的，又不影响路面亮度（或照度）均匀度。

b、采用变功率镇流器或有载调压变压器调压节的等。

c、采用深夜关掉不超过半数灯具的办法，其优点是简单实用，缺点是会导致路面亮度（或照度）均匀度降低。采取这种办法时要注意的是不允许关掉道路纵向相邻的两盏灯具，以避免均匀度降低得过多。

d、选择合理的控制方式，采用具有可靠度高和一致性好的控制设备也是一项重要的节能措施。控制方式选择合理，控制设备质量可靠，准确控制全年开关灯时间，达到节能目的。

e、采用智能节电器来调整供电电压降低负载的电流和功率，抑制和减少高次谐波、提高功率因数保证节能降耗。

（三） 施工图设计的深度应能满足设备、材料的选择与确定、非标准设备的设计与加工制作、施工图预算的编制、工程施工和安装的要求。

1、照明设计中的节能与灯具、灯型的关系

在进行道路照明设计的时候，有些设计者往往是选择一套设计方案，经过计算后，看看如果达不到标准要求，就调整其中的某个参数，再行计算，一旦符合了标准的要求，就算大功告成。其实，这样做往往得不到最好的设计方案。可以说，能够达到标准要求的设计方案绝对不止一个。所以，为了获得好的照明效果，同时又为了节能的目的，应该提出多个设计方案进行选择。通过在光源功率、灯具配光、照明方式、灯具布置方式、安装高度、灯杆间距等之间进行调配组合，以获取多个满足标准要求的方案，然后对它们进行经济性和技术方面的比较分析，选择出技术先进、经济合理、节约能源的设计方案。

2、光源电器、灯具的选择

光源选择应遵循的原则是，在满足照明标准要求的同时考虑节能。目前应用最广泛的光源是高压钠灯，其性能稳定、寿命长、价格合适，其色温和显色性完全能够满足机动车道路照明的需要。

高压钠灯镇流器主要有三种：普通电感镇流器、节能电感镇流器、电子镇流器。普通电感镇流器目前用得最多，节能电感镇流器如今正在进行大力推广，电子镇流器具有很好的发展前途。就目前道路照明中常用的150W-400W高压钠灯而言，镇流器功率占灯功率的比值：普通电感型大约为15%，节能电感型大约为10%，电子型约为10%以下，但电子镇流器目前比较成熟的只是150W以下的功率，所以，应根据情况酌情选择。

目前我国已制定了《高压钠灯能效限定值及能效等级》（GB19573-2004）、《高压钠灯用镇流器能效限定值及节能评价值》（GB19574-2004）等标准。为了节约能源，应选择符合这些标准中关于节能评价值规定的光源和镇流器。

道路照明灯具的效率应该在70%以上，但前提是应该满足光强分布和眩光控制的要求，否则，配光不合理，灯具效率再高也是没用的。另外要注意的一点是，由于灯具出射的光线要经过反光器反射以及出光口的玻璃透射，过高的灯具效率中就会存在不可信的因素，或者存在着其他的问题，通常，效率高到80%左右是比较合理的。

新型光源，无极灯与发光二极管LED的工艺日新月异，光效越来越高，功率越做越大，已经开始应用于景观照明，相信不久将直接用于道路照明，事实上，在国外已经有试验成功的道路。

当然仅通过设计阶段就完成城市照明节能不太现实，日常路灯维护管理也十分重要。清扫和维护灯具等照明设备对节能有着重要的现实意义。若能按一年周期进行一次灯具彻底清洗，IP65等防护等级高的灯具清洗周期更长，所以，保持0.65以上的维护系数应该是没有问题的。即通过清扫灯具和修剪灯具周围的遮光树枝来提高光源光通量利用率，这样就有可能在满足照明数量和质量要求的前提下，达到节能的目的。

此外，当光源达到其额定寿命时，就应及时进行更换。否则，让光源在超出其额定寿命的低光通情况下运行，不仅达不到照明质量指标的要求，还会浪费能源。