关键词 道路照明节能 道路照明设计 照明功率密度 节能型电感镇流器
前 言
建设节约型社会已成为我国的一项重要国策，各行各业都要认真做好节能、节地、节材、节水工作，道路照明行业也不能例外。和国家的“十一五”规划要求单位GDP能耗降低20%左右相适应，最近建设部颁发了《“十一五”城市绿色照明规划纲要》，明确要求“以2005年底为基数，年城市照明节电目标5%，5年(2006～2010年)累计节电25%”。从我们这几年先后修编《建筑照明设计标准》、《城市道路照明设计标准》过程中所了解的我国道路照明现状看，尽管各地路灯部门已经很重视节能工作，也采取了适合自己的节能措施，但目前我国道路照明能耗水平仍然偏高。这就隐含着两个问题，一是实现节能并不是一件轻而易举的事，不付出艰苦努力，轻轻松松想达到25%的目标是不可能的。二是我们的节能潜力仍然很大，只要我们从多方面采取切实有效的措施，不要说节能25%，达到更高的目标也是可能的。道路照明如何节能，各地已有很多成功的经验，各种照明杂志上也发表了很多文章，列出了种种节能措施。我认为大家的文章都很好，但把道路照明设计专门作为一项节能措施的不多，把它作为一项关键的或重要措施就更少了。本文正是在这种背景下专门讨论照明设计中碰到的问题及如何进行设计的问题，以期引起大家的重视，从而推动节能工作的开展。
一
改革开放以来，随着我国社会经济和城市建设的快速发展，作为市政建设重要组成部分的城市道路照明也大大加快了前进的步伐。仅以灯盏数为例，根据城市道路照明技术情报总站统计[1]，1999年全国还只有近300万，2005年就发展到730万(不包括夜景照明)，6年增长了2.3倍。灯多了，安装功率和耗电量也必然大幅度增长，2005年分别达到142.3万Kw和39亿kWh。占全国总发电量多少呢？据报导，我国2005年发电量为24740亿kWh[2]，照比计算，城市道路照明耗电量占总发电量的～0.16%。(2003年底北京市的道路照明耗电(1.24亿kWh)占同年电力公司电量销售(390亿kWh)的0.13%[3]),再加上夜景照明，可以肯定地说，目前我国城市照明的耗电量占全国总发电量的比例超不过0.3%(不包括北京、天津、上海，景观照明的安装功率)。近一、二年有不少媒体和业内人士的文章称城市公共照明耗电量占全国总发电量的4%～5%，占照明耗电量的30%[4]，达600多亿度，比实际数字高估了十多倍，不知道这些数字是怎么得来的。我们提出这些数字的目的是想表明自己的观点，做什么事情都要实事求是，把基本数据搞清楚、搞准确，不要一讲节能，为了突出它的重要性就拼命加大数字，从而误导领导、误导别人也误导了自己。从上面引用的数据看，如果我们承认情报总站的统计数字，加上20%夜景照明能耗，再考虑5%的统计误差，2005年城市公共照明耗电基数应该不超过50亿kWh，如果节电25%就是～12.5kwh。
二
道路照明节能措施有很多种，从大的方面我们可以把这些措施归为三类：一是道路照明设计阶段的节能措施；二是运行期间的节能措施；三是管理方面的节能措施。在这三类措施中，目前大家最重视的是二类和三类。实际上第一类措施即照明设计最重要，它是节能的龙头，也是关键。讲它是龙头，是因为其他措施都由它带动，都预先在设计时规划，讲它是关键是因为节能指标(或任务)往往靠设计去完成，其他措施只能起辅助作用。新修订的《城市道路照明设计标准》中规定的机动车交通道路照明功率密度(LPD)限值(见附录1)，正是针对照明设计提出的要求，也就是说，做完设计时就要确保实际能耗低于标准规定的LPD限值，在路灯实际运行和管理工作中只不过是进一步采取措施，极尽可能进一步降低能耗。
道路照明设计工作可细化成三项：①合理选定照明标准值；②选择高效照明器材；③优化照明设计。下面分别予以讨论。
1. 合理选定照明标准值
这是设计工作的第一步，也是实现节能的前提。
首先我们要防止两种倾向，一种是一讲节能就想到降低标准，比方说，按标准要求亮度需达到2cd/m2，你却按1cd/m2去设计，均匀度也达不到标准要求，运行时到了该开灯时间却还不开灯……，不错，能倒是节了，照明水平却下来了。我们不要这样的节能，我们要在符合照明标准要求即确保照明数量和质量的前提下讲节能，换句话说节能决不是靠降低标准来实现的。另一种倾向是在一部分人中间特别是主管领导中存在着道路照明越亮越好的思想。我们要和他们讲明白，一是道路照明不需要那么亮，二是过亮反而带来种种问题。道路照明毕竟和室内照明不同，道路照明的目的是为机动车驾驶员提供良好的视觉条件，使他们能及时发现前方60m-160m范围内的障碍物(国际上认定的障碍物一种典型尺寸为18cm×18cm，反射比为0.5)，而室内照明，比方说教室照明的目的是为学生提供良好的阅读条件，学生视觉作业的对象是毫米级的字母，前者最高需30lx(沥青砼路面)，而后者却需300～500lx，甚至更高。驾驶员并不要求路灯那么亮，更不是越亮越好。太亮了会带来诸多问题，一是浪费电能，二是增加投资，三是导致光干扰和光污染，也就是说破坏了环境。
许多人往往不重视照明标准的合理选择，其中，有两方面原因，一是看不到它的重要性，看不到它带来的节能效果，其实节能效果是很明显的。我们不妨举个例子，假定说你当初所设计的道路标准要求是30lx，而由于种种原因没有把好关，建成后实际照度达到60lx，如果你坚持按30lx设计，实际运行时是30lx，很显然，不就节能50%了吗？调查中发现，目前各个城市新修的道路照度达40～50lx的还真不少，甚至有的达到180lx，当初若能把这些超标的道路都降下来，节省的能源就是一个很大的数字。另一个方面原因是因为他们更重视运行过程中的线路调压和降压作用，其实这是不对的，起码是不完善、不全面的。设计阶段如果把照度定得太高，运行时经调压即使照度降低一半(实际上是不可能的)余下的照度或许还会超标，可见不能把节能完全寄托在调压降压上。
正确的做法是，在进行道路照明设计之初，就应该和当地市政建设部门、交通管理部门沟通，确定所设计的道路属于哪一级，据此选定相应的照明标准值，然后才开始照明设计。
2.选择高效照明器材
这里讲的照明器材包括道路照明所采用的光源、灯具和镇流器，为了减少道路照明能耗，达到节能目的，应从众多的产品中挑选效率高、耗能低的产品。
首先讲光源，按道路照明标准规定，一般情况下高压钠灯是首选光源，但高压钠灯光效差别很大，按国家标准《高压钠灯能耗限定值及能效等级》(GB19573-2004)的规定，应该采用符合节能标准值要求的光源，对400W、250W高压钠灯来说，初始光效分别达110lm/w和100lm/w就可以使用。而目前有一些优质产品，如飞利浦、欧司朗、GE等几家公司生产的高压钠灯光效已达135lm/w或更高。很显然若采用这几家公司的产品，在光源这项上可节能20%。
道路照明所采用的灯具，效率也有很大的不同，拿常规道路照明灯具来说，按标准规定，效率达到70%就可以用。在灯具配光不变的前提下，若采用的灯具效率达到77%，则比采用70%效率的灯具，在灯具这一项上可节能10%。在这里顺便提一下切勿陷入盲目追求高效灯具的误区，切莫谁家标榜的效率高就用谁的。选择灯具首先还是要看配光，配光不理想光效再高也不可用。此外还要动动脑筋，进行判断，有的厂家号称常规路灯灯具效率可以作到90%，你相信吗？试想一想用作灯具反光板的高纯铝板反射比是多少？用作透光罩的玻璃或聚碳酸脂等材料的透射比又是多少？还要考虑灯具内光线多次反射及光源自吸收所造成的损失等等，真正意义上的灯具效率或说得更确切一点灯具的光输出比达到80%就相当不错的了。
再有就是镇流器。我们可以把它归为三类，即普通电感镇流器、节能型电感镇流器和电子镇流器。目前我国高强度气体放电灯用得最多的是普通电感镇流器，正在大力推广的是节能型电感镇流器，很有发展前途的是电子镇流器。这几种镇流器的耗能有很大差别，对道路照明常用灯功率(150w～400W)而言，普通电感镇流器，自身能耗约占灯功率的～15%，节能型电感镇流器，自身能耗约占灯功率的～10%，而电子镇流器不会超过10%。鉴于目前节能型电感镇流器产品已很成熟，寿命长，价格也不算贵，而电子镇流器，虽有许多优点，但除了150W及以下小功率产品外，尚处于提升和试用阶段，因此修改后的《城市道路照明设计标准》建议“高强度气体放电灯宜配用节能型电感镇流器，功率较小的光源可配用电子镇流器。”很明显，若用节能型电感镇流器和电子镇流器代替普通电感镇流器，在镇流器这一项上可节能～30%。
当然，选择照明器材时还要考虑经费开支。一般效率高的优质器材，价钱会贵许多，确定采用哪一种器材时，一定要结合自身情况，将节能和投资综合考虑，有时适当降低一点要求也是不得已的事。
3.优化照明设计
在进行照明设计计算时也要防止两种倾向，一是不进行设计计算，完全凭经验办事。即以为多宽的路、要达到多少照度、采用什么布灯方式、杆高多少、间距多少，用什么光源和灯具，根据以往经验大概这么一估，就认为做到八、九不离十。实际上不设计的结果，照明的数量、质量和节能两种标准都可能不满足。另一种倾向，就是先根据道路的条件和照明标准从即将实施的节能标准中找到LPD限值，然后倒过来去套，从而找出各种几何参数值。这实际上还是不设计，其结果虽然能耗不超标，但照明的数量、质量也很难达标或不能全面达标。
设计时要记住的一点是，道路照明有多项评价指标，每一项评价指标都必须满足。满足就是只要达标就好，没有必要超标更不应大大超标。比如，计算结果平均照度刚好达标(Eav=30lx)，而照度均匀度则超标许多，达到0.7，这肯定不能算是好方案，还得把照度均匀度降下来，其结果是能耗也会降下来。
设计时还要注意一点，《城市道路照明设计标准》给出了亮度、照度两套评价系统以及相应的评价指标和数值。设计时可任选一种，但不要互相搀和。这就是说，除了共用的眩光限制评价指标(TI)和环境比评价指标(SR)以外，若选用亮度系统就得采用平均亮度、亮度总均匀度和纵向均匀度指标及其数值，若选用照度系统就得采用平均照度、照度均匀度指标及其数值。不能有的用亮度评价指标，有的用照度评价指标。因为这两套评价指标虽有联系但有差别，两者在数值上并不存在严格的对应关系，如亮度总均匀度达到0.4，其照度均匀度也一定是0.4，通常这不大可能，但可以肯定的是亮度均匀度高，照度均匀度也会高。设计时只要满足一套评价系统的要求就可以了。当然《城市道路照明设计标准》中也讲了，有条件计算的地方还是应该以亮度评价系统为准。
再则，设计计算时一定要知道灯具的确切光度数据，否则就无法计算，这一点对采用自编的或有专门要求的计算机程序进行设计者最重要。因此要防止厂商造假，张冠李戴拿别人的数据顶替。碰到这种情况，一定要让厂家将灯具送到国家法定的质检部门去检测。
前面讲过，我们的要求是在符合照明标准即照明数量和质量达标的前提下尽可能节能。因此在设计时不能只满足一种方案，以为只要它达到两种标准的要求，设计工作就大功告成了，事实上会有多种方案都能符合两种标准的要求，因此，我们一定要多提几种方案，经过计算后，挑出符合两种标准要求的多个方案，进而作综合经济分析比较，从中找出相对来说是最佳的方案，也就是说要优化照明设计。也许有的设计人员会问，那得提多少方案、计算多少遍呀？这对刚开始进入道路照明设计领域的人员来说的确有点烦。但万事总是有规律可寻。大家知道，影响路面照明数量和质量以及LPD的因素包括三类：一是灯具安装几何条件；二是光源种类、功率和光通量；三是灯具配光及其IP值。因此可以通过对这些影响因素的不断变换和调整，寻找出更佳的设计方案。随着设计人员对标准规范的逐渐熟悉、对这些影响因素的了解不断深入、设计经验的不断积累，设计水平会越来越高，到那时所提的方案会越来越离谱，也许只需反复几次，就可以从中找出比较中意的方案作为实施的方案。
建设部前不久下达了城市照明每年节电5%，五年累计节电25%的目标，如何理解和执行呢？对此我有三点想法：①建设部的目标，新建道路应该不包含在内，因为它是以2005年的耗电量为基数。因此对新建道路应明确节电要求，是否可以提“新建道路的照明单位面积能耗(LPD)不得超过新颁布的《城市道路照明设计标准》中规定的功率密度(LPD)限值”。②节能目标完成情况应以“五年累计节电25%”作为检查和考核的主要指标。因为一座城市要完成某项比较大的节能改造项目或采取某些比较重要的节能措施，在时间上有延续性在横向上有关联性，不可能每年刚好节电5%。五年中某一年达不到5%，就认为该年没完成任务，不是很科学、合理，只要五年累计节电达到25%就应该认定它达到了要求。③每座城市应制订自己的节能计划。制订计划时在时间上不要搞均摊、一刀切，不必按每年都节电5%去实施，只要把握在总体上五年达到节电25%就行。在地域(道路)上也不可能搞平均主义，比如有的道路灯具或光源落后，照度偏低，急需改造。改造后耗电量会增加，不能因为要求节电而不去改造。有的道路目前照度、亮度很高，超过标准好几倍，对它的要求就不是节电25%的问题，照度、亮度降下来后节电50%甚至更多也不会有问题。这样做，才能体现“节能不是靠降低标准来实现”和“在符合标准要求的前提下讲节能”这两句话。我认为，各地路灯部门，只要认真做好道路照明设计工作，并结合自己的实际情况采取其他一些节能措施，挖掘节能潜力，五年累计节电25%的目标一定能实现。
附录1 各级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
标准(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照度值时，LPD标准值不得相应增加。
参考文献
[1]城市道路照明技术情报总站编，2005’路灯单位名录、设施统计资料汇编。
[2]国家电网公司门户网站
[3]袁增义，试论城市道路照明与节能，海峡两岸第十一届照明科技与营销研讨会专题报告文集(2006年12月，宁波)。
[4]《照明》2005年中国城市道路照明设计与产品应用论坛专刊、《道路照明》及其他刊物上有多篇文章引用了这样的数据。