上海道路照明节能设计与节能技术研究与应用

    摘　要：本文主要对上海市道路照明系统节能的规范和依据、管理与技术原则进行简要描述，并介绍主要的道路照明节能技术及适用范围，提供实施案例以作参考。

    关键词 照明节能 标准规范 设计依据 评价指标

    1. 概述

    为将上海加快建设成为资源节约型城市，促进电力和能源的可持续利用，保护城市生态环境，推广道路照明节能具有十分重要的意义。

    道路照明系统的主要功能是：保证交通安全，提高交通运输效率，保障人身安全，提供舒适环境，提升都市形象。

    道路照明节能是在保证上述系统功能的前提下改进和提高系统的能效，其主要措施包括：安装高效的照明系统、提高维护系数、采用适当的调光方法、根据本文的要求进行合理的照明设计和管理。

    道路照明节能主要目的：在满足道路照明各项功能需要的基础上，提高道路照明的系统的能效，降低系统功耗，节约能源，减少污染，以达到节能和环保的目的。

    2. 规范和依据

    2.1 标准规范

    本文以国际照明委员会(CIE)和国家相关标准为参考依据，结合上海市道路照明和节能领域的相关标准规范进行编写，主要包括：

    《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006、《Techinical Report Recommendations For The Lighting Of Roads For Motor And Pedestrian Traffic》CIE115-1995、《城市道路照明工程施工及验收规程》CJJ89-2001、《电气装置安装工程35KV及以下架空电力线路施工及验收规范》GB50168-1992。

    2.2 设计要求

    2.2.1 道路分类

    为保持与现行规范的一致性，上海市对城市道路功能分级按照快速路、主干道、次干道和支路四级划分，划分原则如下：

    1.快速路设有中央分隔带，具有4条以上机动车道，全部或部分采用立体交叉与控制出入，供汽车以较高速度行驶。上海快速路具有以下2点：

    ⑴机动车专用，如高架路、高速路。

    ⑵快速路两侧设置较宽的防护隔离带。

    道路红线宽度50m以上，设计车速60～80km/h，车道宽度一般为3.5m，客车专用车道可降至3.25m。

    如：南北高架、延安路高架、内环线、外环线、沪嘉高速公路、沪宁高速公路。

    注：高速路的车辆进出段、收费站等特殊路段应按照快速路的照明设计要求。

    2.主干道与快速路共同构成城市主要交通走廊，贯通城区大部、连接中心城各部分和郊区重要公路。

    主干道一般为双向6～8车道。上海市内环以内车道宽度平均3.25m，至少有一条车道宽度为3.5m，供公共汽车和大型客车使用。内外环间射线道路车道宽度3.5m，如：杨高路、沪太路、远东大道、浦东大道、张杨路、肇嘉浜路。

    3.城市次干道是城市内部区域间联络干道，兼有集散交通和服务性功能，次干道服务对象的多样性决定了其功能的多样性。

    次干道最小宽度为32m，布置双向4条机动车道、2条非机动车道和人行道。一般次干道红线宽度不小于35m，宜取40m；机动车道数超过双向6车道，道路红线宽度为42m或45m。景观性次干道对道路红线宽度不作限制，可以更宽。如：长宁路、武宁路、南京西路、浦东南路、东方路、周家嘴路、大连路。

    4.城市支路是次干道与里弄内部道路的连接线，以服务功能为主。支路还包括非机动车道和步行道路。

    上海内、外环之间的支路宽度以20m和24m为主，16m和30m为辅，道路断面均为一块板。包括内环以内车行道宽度5.5m以上能够通行机动车的道路。如：华山路、福州路、浦电路、武定路、蓝村路、枣阳路。

    附表2.2.1列出了本市机动交通道路的四级七类功能分类情况。

级别	快速路	主干道		次干道		支路
类型	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ	Ⅶ
道路使用	汽车或客车专用	机动车专用	汽车或客车专用	机动车专用或机、非合用客车专用		机非合用	非机动车与行人 优先、货车限制
道路分隔 形式	封闭	中央分隔	中央分隔带 或划线分隔	快慢分隔	快慢分隔单向设 计时快慢不可分	不分隔	不分隔
通行能力	≥1000pcu/h	700～1000pcu/h		500～700pcu/h		＜500pcu/h
道路红线 宽度(m)	50～60	50～60	42～50	42	36～42	24	16
机动车道 路(双向)	≥6允许偏置	6～8可设可变车道	4～8	4～6	4，允许是一 组单向道路	2～4	2～3
自行车道 形式	无	与人行道共用	与人行道共用 局部可独立	机动车或独立	独立或与人 行道共用	机非合用 划线分隔	机非合用
公交线路	公交快线	主干线路及少量区域线路		主干线路、区域线路公交线路
公交站形式	不设站	港湾站	港湾站	港湾站	路抛站	路抛站	路抛站
路边停车	—	禁止	禁止	禁止	短时停车	允许	允许
出租车扬招	—	禁止		禁止	允许	允许
限速(km/h)	60～80	60	50	50	30～40	30	20
行人过街	—	少	低	较少	中等	多
道路两侧 开发		低	低	中	中～高	高

    2.2.2 道路照明指标体系及规定

    根据道路使用功能可分为主要供机动车辆使用的机动交通道路照明和主要供非机动车和行人使用的人行交通道路照明两类。

    机动交通道路照明应满足路面平均亮度（或路面平均照度）、路面亮度总均匀度和纵向均匀度（或路面照度均匀度）、眩光限制、环境比和诱导性等评价指标。各级道路照明标准见表2.2.2.1


    注：①表中规定把亮度作为道路照明评价指标的同时也接受照度这一评价指标，这是针对目前实际情况而采用的一种过渡办法，在有条件进行亮度计算和测量的情况下，还应以亮度指标为准；

    ②表中所列的平均照度仅适用于沥青路面，若是水泥混凝土路面，其平均照度值可相应降低约30％；表中各项数值仅适用于干燥路面。

    人行交通道路照明应满足路面平均照度、路面最 小照度以及垂直照度等评价指标。

    同一级道路选定照明标准时，交通控制系统完善、不同类型道路使用者的分隔良好的道路，宜选择低档值，反之宜选择高档值。

    同一级道路选定照明标准时，应考虑所处区域的性质和规模，市区和其他繁华区域可选择高档值，而效区和乡村可选择低档值。


    以上表中规定的平均亮度（或照度）值均为维持值，新安装光源、灯具的道路，其路面的初始亮度（或照度）值应相应提高30～50%。

    3. 道路照明节能原则及评价

    3.1 道路照明节能管理原则：

    1、道路照明系统的建设目标是提供与周边环境相适应、满足功能要求、讲求实用、适度考虑美观的和谐照明。

    2、道路照明节能措施的采用可以结合当地景观照明、绿化带照明、广告灯照明，考虑周边环境的影响进行综合考虑；

    3、道路照明系统的节能必须综合考虑技术、管理等多个方面因素，要力求综合效益的最优化；

    4、道路照明节能要因地制宜，讲求实效，要具体情况具体对待；

    5、要把道路照明节能作为规划设计的重要内容加以贯彻并付诸实施；

    6、对采取节能技术措施的照明设施，应加强管理和巡视，保证系统的正确运行。

    3.2 道路照明节能技术原则：

    1、道路照明系统的技术要求是安全可靠、科学合理、先进适用、维护方便，应用节能技术保证系统的功能达到各项技术指标；

    2、要全面考虑道路照明系统的性能和节能效果，综合考虑光源、灯具及附属装置、照明供电、照明控制等各技术环节的节能效果和作用；

    3、节能设备的推广和使用应以安全、可靠、成熟为原则，产品应达到国家、行业及企业相关技术标准，优先推广获得国家节能认证的产品。

    3.3 道路照明节能设计评价指标

    本文采用机动车交通道路的照明功率密度作为照明节能的一项重要评价指标。

    各级机动车交通道路的照明功率密度值不应大于表3.3的规定。


    4. 节能技术

    4.1 光源

    光源节能主要取决于光源的光效和光衰指标，综合考虑显色性、使用寿命、启动特性等因素。道路照明系统应积极推广高压钠灯、金属卤化物灯；庭院灯应积极推广使用紧凑型荧光灯；在特定场合可用无极灯、半导体发光二极管(LED)灯等。

    各种光源的适用场所：在快速路、主干路、次干路和支路宜采用高压钠灯；在市中心、商业中心等对颜色识别要求较高的机动交通道路、商业区步行街和人行道路宜采用金属卤化物灯；庭院灯宜采用紧凑型荧光灯；对新型光源(如无极灯、半导体发光二极管(LED)、可再生能源灯具等)可在试点成熟的基础上予以应用。

    4.2 灯具及其附属装置

    在道路照明系统灯具的选择中应综合考虑下列因素：应有较高的灯具效率；合理选择灯具的配光；选择维护系数高的灯具。

    在具体实践中，应注意：

    1、在选择灯具时，首先要满足光强分布和眩光限制的要求，在此前提条件下再选择灯具效率高的产品(＞70%);

    2、加强灯具的清洁和维护，按不同的环境状况，每半年或一年进行一次彻底清洗，保持0.65以上的维护系数；

    3、在保证平均亮度和均匀度的前提下，路灯的灯间距可以适当增大，通过合理的配光灯间距至少可以增加30%左右；

    4、灯具的节能性和经济性应整体考虑，防止灯具的散热性能不够好而造成光源和镇流器的寿命减少；

    5、镇流器是电气附件中节能的重要器件。高压钠灯和金属卤化物灯的节能型电感镇流器在使用寿命、可靠性和性价比方面目前占有优势。在150W及150W以下的小功率光源可考虑使用电子镇流器。电子镇流器要求抗干扰性能强，尽量避免应用在雷电干扰强烈的区域。

    6、高压钠灯镇流器能效因数(BEF)按公式(1)计算：BEF=—*100……………………(1)

    式中：BEF—高压钠灯镇流器能效因数；

    m—高压钠灯镇流器流明系数值；

    P—线路功率。

    高压钠灯镇流器节能评价值参照表4.2。


    7.使用电感镇流器的气体放电灯线路功率因数一般在0.4～0.6，必须采取补偿措施使功率因数不低于0.85。

    4.3 照明配电

    照明配电变压器、线缆、设备应考虑：照明配电变压器负荷应考虑三相负荷平衡；线缆(架空线路、电缆)也应采用节能型材料，选择合适的截面以降低线损；节能设备的选用不应影响电能质量，尤其是要注意防止电网谐波超标。

    4.4 照明控制

    1、选择合理的控制方式，采用具有良好可靠性和一致性的控制设备以达到节能目的；

    2、深夜适当降低路面亮度(照度)是一项十分有效的节能措施，可以在主干路、次干路上采用，具体措施包括：

    ①推荐采用限流方式降低路灯光源功率的节电装置，如双功率镇流器等；

    ②在电网电压过高或不稳定的地方(照明灯具端电压超出额定电压的-10%～+5%范围)，可采用稳压节电装置；

    ③调光时间也应考虑周边环境照明的影响，如繁华商业区的道路照明可以在景观灯、橱窗灯开启期间也进行调光；

    ④采用智能控制系统实现调光，综合考虑控制系统性价比和道路照明实际情况，控制系统选型的原则是“区域控制和单点控制相结合的方式”，区域控制即以路灯监控系统远程监控终端(RTU)对控制箱出线的控制，单点控制即单灯限电流型控制；

    ⑤智能控制系统根据照明系统的工况调光以达到恒定光输出CLOU(constant light output)及单灯控制是今后控制节能的发展趋势。

    4.5 设备的质量控制

    1、路灯管理部门提供新产品、新技术的现场实验场所，鼓励相关企业免费提供技术和产品，对一些经过实验和评估节能效果显著的技术和产品要积极使用；

    2、制订节能设备的技术管理条件及标准，并以节能指标作为重要考核要素，保证设计与施工的良好衔接，从源头控制设备质量，对设备质量要进行全过程技术监督；

    3、优先选用通过国家节能认证的产品。

    4.6 照明成本评估

    道路照明节能要注重效益(包括经济效益和社会效益)。对照明系统的成本评估宜采用全寿命周期成本分析(LCCA)法，即将照明系统按规划设计、采购、安装、运行维护直到退役的整个寿命周期的各个阶段的成本进行测算，并计算到净现值(NPV)，从而可以得到更加科学的评估结果。

    照明系统成本构成：准备阶段：设计、采购和安装费用=初始投资；运行阶段=能源费用+维护费用；寿命终结期：灯具拆除和再利用；总成本=初始投资+电费+维护成本。