关键词：光源 节能 功效 分析
概述
进年来，我国的市政建设取得了飞速的发展，道路照明质量不断提高，高强度气体放电灯被广泛使用，对改善我国的投资环境，促进经济快速发展，方便群众生活，美化城市和作为一个外向型现代化城市的建设起了很大作用。但是伴随而来的是能耗的大幅度提高，特别是近年来能源价格大幅度提升，使电力耗费成为负担，因此，有必要加强技术改进，以期减缓能耗上升的趋势。在全球都在提倡绿色照明的时代，路灯的节能必然成为一种趋势。
为了进一步落实和贯彻执行中华人民共和国建设部研究制定的《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》在城市照明行业大力推进绿色照明工程，道路照明的设计是城市照明节能的关键，我国照明界早已认识到节能的重要性，并开始提倡绿色照明。
2003年，我院对市内世行贷款项目--中华大街、体育大街、槐南路等主要道路照明项目采用了ILUEST智能照明调控装置的设计，节能效果显著，达20%以上。但有一个缺点，成本投资太大，需3-4年才能收回成本，在国家大力推广照明节能的良好形势下，节能产品的研发与应用如雨后春笋般，层出不穷的应用于全国各大城市。
但对照明光源的节能采用何种方式、节能的经济效益有多少、是否有使用和推广的价值，目前尚未得到论证，也未得到同行的认可，因此至今未得到普及应用。本文以数据事实为依据，通过科学的计算，介绍两种照明光源节能的方法，论述在满足交通安全的前提下，节能定量分析及推广使用的可行性和重要性。
一、智能化节能型路灯箱式变电站
（一）、节电原理及产品主要优点
产品节电原理：智能路灯节能装置中配备独特的微电脑控制程序，采用了动态优化的智能控制技术，用以调整动态变化中的系统用电参数，并对其进行优化处理，保障用电系统始终工作于最佳状态的同时达到最佳的节电效果。
此路灯节能装置为人机界面，调节方式灵活；不产生高次谐波，输出端始终是完整的正弦波，对电网无污染，对用户的有线信号、无线信号均无任何干扰，不会对电网产生污染，属于环保型的智能节电产品；能耗小、使用寿命长，提高设备运行效率，减少多余电费支出；相对成本低，回收成本周期短，一般不超过1.5年，特别适于新建线路中；能实时监测，同时对输入、输出电流、电压和功率等参数提供动态数据、故障诊断和自动保护，稳定工作电压，设备运行更稳定可靠；节电效果显著，可达25%--60%针对电网电压偏高和波动等现象，调控装置可根据用户现场实际需求，实时在线调控输出最佳照明工作电压，并将其稳定在±2.5%以内，有效提高电力质量，从而达到稳定最佳工作电压的目的。
根据用户实际的照明需求，调控装置还可通过程序进行多时段节能电压设置，从而满足用户不同光源、不同时间的需求，实现最佳照明状态和最大节电率。
能够实时稳压、控压，路灯后半夜的供电电压会达到250V,智能调控装置高稳定的最佳照明电压，能够延长电光源寿命，减少照明运行及维护费用。
实现智能照明调控。为了满足不同用户对照明灯具控制的需要，有多种模式可供选择，如：端子控制节能动行模式；时间控制节能运行模式；通讯控制节能运行模式。可按现场实际情况，通过天文钟、智能探头或内部编程、远程计算机遥控，实现时控、光控、程控等多种智能化控制。并可根据不同时段、不同灯具、不同亮度要求。
调控装置采用手动和自动双旁路系统，以保证照明设备不断电，正常安全运行；串行通信遥测、遥信、遥感、遥控等功能，并可与上位机组网，执行调度指令，实现中心系统控制。
安装调试简便，不改变原接线模式，免维护，无需设专人管理，降低维护费用，减少维护工作量。
（二）、产品节能及效益分析
以400W的高压钠灯为例，当电压从242伏降到154伏时输入功率变化如下：
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分档
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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7
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电压（V）
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242
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220
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216
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212
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201
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192
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154
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输入功率（W）
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544
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450
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433
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417
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375
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342
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220
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例：郑开大道，道路宽42m,10车道，12m高路灯，35m间距交错布置，后半夜电压从采用节能前240V变至采用节能后196V.
后半夜未采用节能时电压为242V时现场测量路面平均照明Eav=35lx,后半夜采用节能措施后电压为192V时，现场测量路面平均照度Eav=25lx.
图一 后半夜采取节能措施前后所测照度值
假设郑开大道一台160KVA路灯箱变，所供路灯512盏，每盏400W、原方案用电量按平均每天11小时（前半夜4小时、后半夜7小时）计算：
前半夜 电压为220V:512×0.45（KW）×4（h）=922KWh
后半夜 电压为242V:512×0.544（KW）×7（h）=1950KWh
年用电量为2871×365=1048023 KWh,按0.5元/KWh计算，电费为52.4万。
采用智能化节能型箱式变后每天用电量：
1、前半夜 电压为220V:512×0.45（KW）×4（h）=922KWh
2、后半夜 电压为192V:512×0.342（KW）×7（h）=1226KWh
年用电量为2148×365=784020KWh,按0.5元/KWh计算，电费为39.2万。一年节约电费13.2万，节电率为25%以上。
一台160KVA普通箱变约13万的话，一台160KVA节能型箱式变约21万元，利用节约的电费，半年就能收回成本。
（三）、结论
由上述计算可见，采用智能化节能型箱式变，使用寿命为15年的话，例如石家庄市每年用于道路照明的电费为1800万元，假设采用此节能方式，除半年用于回收资金外，本市路灯行业每年可为国家节省约450万元。智能化节能型路灯箱式变电站，是一种最新的环保型节能装置，不但节电率高，而且还可延长光源的使用寿命，每年将为国家节省一笔很大的费用，其经济效益是非常可观的。
二、数字式高强度气体放电灯智能程控器
（一）、节电原理及产品主要功能
（1）、节电原理：
1、通过提高功率因数可实现在保证照明效果不变的前提下节电20%,即以提高转换效率来实现的节电。
2、通过分时段调光控制可以在第二种节电途径的基础上再节电20%,即以系统智能控制来实现节电，使综合节电效果可以达到30%以上。
（2）、智能程控器具有以下功能：
1、数字软启动功能：根据光源类型，自动选择输出方式，在光源正常点燃后进行数字控制的预热，最大限度的减少启动电流对光源的冲击，有效地延长了光源使用寿命。
2、数字系统随机启动技术：在设定的时间内，智能程控器每次启动的延时长度通过系统控制软件预置的随机变量设定，这样避免因同一线路上多机同时启动对电网造成的大电流冲击。最大限度的降低对配电设备和供电线路的要求，改善电网运行质量。
3、数字自动匹配光源技术：智能程控器内部装有A/D转换器，采用函数计算的软件方式对输出端进行实时采样。采样后的数字信息通过微电脑芯片处理，自动识别出当前负载类型，并自动调节内部参数及驱动策略，实现较为理想的匹配。
4、数字自动调光技术：智能程控器内置功率控制方案，可以针对用户要求进行设置，而且这种功能的实现不须外加任何调压设备及人为操作。自动实现输出功率在额定功率35%-100%范围内的线性调整。其调光的深度、趋向、时段均可通过软件设置完成。
5、数字功率控制技术：数字功率控制技术是通过微电脑芯片对输出频率的精确合成实现的。使功率输出稳定精确。即使电网电压大幅度波动，实际的输出功率稳定度也优于±1%.
6、数字“声频共振”抑制技术：数字保护技术、软件升级功能、数字自诊断技术、数字联机调光技术、数字联机控制技术。
7、具有预热启动，热态再启动功能。
（3）、数字式高强度气体放电灯智能程控器的主要技术指标：
线路功率因数c o s φ > 0 . 9 9 5 、电源电压AC170V~AC265V;频率40HZ~200HZ、电源波形畸变<6%、平均照明流明系数>0.95、正常工作环境温度范围-25℃~+55℃、平均寿命>20000小时。
（二）、产品节能及效益分析：
1、节电：高强度气体放电灯使用时需要配备镇流器和触发器，传统的电感镇流器自身发热严重，功率因数仅为0.45~0.85,线路损耗很大，电能浪费严重。而智能程控器采用电子线路进行高效转换，功率因数高达0.995以上，具有恒功率输出、能效高、灯电流波峰比低、良好的电磁兼容性等特点，在实际使用中节电效果尤为明显。
图二 输入电源电压对功率的影响
由于夜间大量的民用和工业用电设备停止使用，电网电压会因负荷的降低而提高，通常可以达到240V甚至更高。当电网电压偏高时电感镇流器输出功率也会随之上升，但智能程控器由于具备恒功率的特性，输出功率不变。下面以400W有功率因数补偿的高压钠灯电感镇流器（按功率因数0.85核算）和智能程控器（按功率因数0.995核算）做对比。
⑴ 假设实际电网电压为240V,按照每盏平均每天照明11小时，电费0.5元/KWh一年经济效益对比如下：
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有功功率
（W） |
功率因数
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年耗有
功电量 （Kwh） |
有功电费
（元） |
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智能程控器
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400
|
0.995
|
1606
|
803
|
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电感镇流器
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476
|
0.85
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1911
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955.6
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相对于电感镇流器来说，智能程控器的应用可节约电费为：（955.66-803）/955.6=16%
（2）启动功率方案控制和不启动功能功率方案控制对比节电效果
智能程控器由于具备4段功率控制方案的预设功能，在道路照明中可以根据实际需要，在合理的控制照明效果的基础上进行程控调光，使节电效果进一步提高。
假设以下面的功率方案进行调光控制：
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有功功率
（W） |
功率因数
|
年耗有
功电量 （Kwh） |
有功电费
（元） |
|
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智能程控器
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330
|
0.995
|
1325
|
662.5
|
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电感镇流器
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400
|
0.995
|
1606
|
803
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（803-662.5）/803=17.5%
（3）智能程控器启动功率后的综合节省电费：
智能程控器启动功率方案后相对于400W有功率因数补偿的高压钠灯电感镇流器节约电费为：
16%+（1-16%）×17.5%=30.7%
由此可见：使用智能程控器可以让用户降低电费开支，大幅度的降低了电力需求，明显缓解电力紧张的状况。
每盏400W高压钠灯每年电费为：0.45×365×11×0.5=903元
安装智能程控器后节省电费为30.7%×903=277元
三、结论
每只智能程控器按1100元算，使用寿命按10年，三年多可收回成本，其余年限内均可净节省电费资金。
由于智能程控器具有软启动和恒功率输出的功能，可以延长灯泡使用寿命，每盏路灯按使用寿命24000小时以上算，即使用寿命为6年，经实际测定，采用智能程控器后，灯泡使用寿命可延长1倍以上，可大大降低维护路灯所产生的人工和材料的费用。
做为设计工作者，在设计中考虑多为国家节省资金和能源，是我们义不容辞的责任。因此，目前在国内道路照明行业，针对情况对光源采用不同方式的节能，将是一项非常重要的工作。