摘 要：本文将照明节能工作作为系统工程来探讨，从技术节能和管理节能入手，对道路照明系统的各个环节，就如何保证照明质量，利用科技手段来降低能耗进行了分析。
关键词 节能 照明节能 道路照明
1. 综述
1.1照明节能是发展的需要
随着经济的飞速发展，能源紧缺成为一个不可回避的严峻问题，因此节能已成为当前的一个热门话题，从中央的“十一五”规划，到地方各级政府的重视，节能工作已成为各方关注的一个重点。因此，抓好照明用电的节约，是节能工作不可忽视的一个重要环节。
在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》的第六篇中建设资源节约型、环境友好型社会中的第二十二章发展循环经济的第一节就是节约能源。10大节能重点工程之一就是绿色照明：在公用设施、宾馆、商厦、写字楼以及住宅中推广高效节电照明系统等。建设部《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》中的11项主要目标，有7条与节能直接有关。
其实能源的世界性危机，已经在很早的时候，为人们提出了节能的要求。“绿色照明”（Green Lights）这一概念最早由美国环保局（EPA）于1991年提出并开始实施，美国、日本等发达国家和发展中国家先后制定了绿色照明工程计划，取得了明显的效果。在几度发生世界性的能源危机之后，世界各照明学会对照明设计的多项标准和要求，重新作了调整。
1.2照明节能应在保证照明质量的前提下进行
以节能为目的的绿色照明工程，是高度重视照明行业的节能工作，在满足照明质量和视觉环境需求的前提下，不是通过降低照明标准来节能，而是充分运用现代科技手段提高照明工程的设计水平，通过选择高效、节能的光源，提高照明器材效率和合理的运行维护管理来实现。
例如原1982年版的北美照明学会照明设计手册中之照度建议值即因受到能源危机影响，也是在不降低照明品质的要求下，适度调低了照度建议值，并将照度建议值的制订方式重新检讨而改版，减少能源的浪费与开始高效率灯具的研发来进行节约能源。
作为能源稀缺国的日本，其在照明节能的推动工作中，也是反对以牺牲照明质量、以安全为代价的片面节能。
在保证照明质量的条件下实施节能，绿色照明不是过去单纯的节能，而是建立在优质高效的照明环境基础上，去实施节约能源。那种不顾及照明质量，降低照明标准，片面追求节能，是不妥当的。
1.3照明节能是一个系统工程，不是推销一两款节能产品
道路照明节能是一个系统工程，体现在整个道路照明系统工程全过程的方方面面。必须综合考虑技术、管理等多方面的因素，要力求综合效益的最优化。
绿色照明远不只是推广应用某一两款节能产品。优质合理的设计、施工和养护管理， 研究生产和推广应用高效长寿的光源、优质高效的照明器材，以及降低在照明系统中各个环节的能耗，都是实施绿色照明的重要因素。如光源就是其中的一个要素。但高效光源有多种类型，如直管荧光灯、紧凑型荧光灯，以及高强度气体放电灯(HID)，LED灯等，其特点不同，应用场所也不同，都应给予重视。
下面将我处在道路照明节能工作方面的一些认识与大家作一个交流，欢迎大家批评批正，以便更好地指导我们的节能工作。
道路照明的节能主要分为两大类，技术节能和管理节能。
2. 技术节能
技术节能，就是通过开发推广节能技术，实现技术节能。主要是通过技术的革新，来提高效率。主要有供配电系统的节能，如变压器节能、电容补偿、负荷的三相平衡、降压节能等，以及照明设备的节能，如采用高效光源、高效的反光器、高效灯具、高效镇流器、电子镇流器、变功率镇流器等。
2.1供配电系统的节能
供配电系统的损耗，主要由变压器损耗、配电线路损耗以及开关仪表电气元件损耗组成。其中变压器和配电线路的损耗，约占供配电系统总损耗的95%以上，而配电装置中，各种开关仪表电气元件的损耗，所占比例不超过5%，所以，降低变压器及配电系统损耗是提高供电效率、节约能源的关键。
2.1.1变压器的节能
保持变压器在高效率下工作，是减少变压器损耗的基本手段。应根据负荷大小，合理选择变压器容量，使其运行过程中保持较高的效率，从而可以节省电能。采用高效率的变压器，可以节约电能，如配电变压器的空载损耗60年代初的ST型变压器是70年代初期产品S1型变压器的1.32倍，S1系列又比S6系列的大约小14%，而90年代后期以前应用的S7系列变压器又比S6系列的小45%，90年代末国家推广使用的S9系列变压器的空载损耗和负载损耗更小。目前，一种非晶合金的变压器，成为最节能的变压器，其空载损耗比普通变压器下降80%，起到了很好的节能效果。
2.1.2无功补偿
无功功率是与消耗无关的电能。因些，从表面上看好象没有损失。但是对于电力设备来讲，就必须相应增加这一容量的变压器及导线等等。此外，由于装置及导线的电阻，无功电流将会变成热而损失掉。因此，改善功率因数，减少无功功率在节能上是非常有效的手段。提高功率因数可以降低配电损失。以安装电容器，提高功率因数为例，当气体放电灯系统的功率因数从0.5提高到0.85，系统电流下降40%左右，而线路损耗下降65.4%。
2.1.3三相平衡
在供电方式上，可以采用单相方式，也可以采用三相方式。如果以单相方式损耗值为100%，则三相平衡的方式为其16.7%。三相负荷的不平衡度会增加其线路损耗。因此，尽量保持负荷的三相平衡也能起到节能效果。
2.1.4调压节能
在电压波动较大的地方，或供电电压过高的情况下，即照明灯具端电压波动超过额定电压的90%～105%范围时，采用具有调压、稳压功能的装置，该类装置是通过实时采集输入电压信号，并与设定输出电压进行比较，通过可控硅斩波、自耦降压和微电脑控制的方式，依靠“降压”来节能。这种节能方式适合于电源电压较高的场合，其调节范围也应适度，否则会影响路灯的正常运行。其节电率一般在10%～20%，一次投资较高，且体积大，安装位置受一定限制。
2.2照明设备的节能
照明设备的节能，包括选用高效率的光源，反射器，透光罩，配套的电器附件等等。
2.2.1光源的节能
光源的节能，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。应尽量采用光效高、寿命长的光源。
2.2.1.1道路照明系统应积极推广高压钠灯、金属卤化物灯
高压钠灯和金属卤化物灯是目前高压气体放电灯（HID）中主要的高效照明产品。
高压钠灯的特点是寿命长（24000小时）、光效高（100-120lm/W）、透雾性强，可广泛用于道路照明、泛光照明、广场照明等领域，用高压钠灯替代高压汞灯，在相同照度下，可节电37%。而高光效高压钠灯(增强型)，其光效更高，寿命更长。以250W为例，增强型与原普通型相比，光效由112lm/W，提高到128lm/W；光通量由28000lm，提高到33200lm；寿命由24000小时提高到32000小时。在实际使用中，平均亮度提高14.2%，寿命延长33.3%。
金属卤化物灯是一种在高压汞灯的基础上在放电管内添加金属卤化物，使金属原子或分子参与放电而发光的高压气体放电灯，它的特点是寿命长(8000-20000小时)、光效高(75-95lm/W)、显色性好，广泛应用于工业照明、城市亮化工程照明、商业照明、体育场馆照明等领域，用它替代高压汞灯，在相同照度条件下，可节电30%。
2.2.1.2庭院灯应积极推广使用紧凑型荧光灯
紧凑型荧光灯比普通白炽灯能效高，可达60lm/W，是白炽灯的6～8倍；寿命长，可达10000小时，是白炽灯的10倍。相同功率的紧凑型荧光灯，比汞灯有更高的发光效率和光通量，而且在各种场所的照明中能够配合多种灯具，安装简便，可在工厂照明，室外道路照明中应用，对于照度要求不高的庭院灯中可以推广使用。
2.2.1.3在特定场合可用LED等新光源
LED(Light Emitting Diode)，又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。LED的优点是，其寿命长养护工作量小，耗电量小节约能源，方向性较好避免光污染，体积小便于隐藏灯具，响应速度快便于控制变化等特点，在景观照明中得到非常广泛的运用，从点光源、美耐灯带，到数码光管，地埋灯、投光灯几乎涉及传统光源的所有领域。LED因其节能省电的特点，目前正越来越多地与太阳能装置相结合，组成最为节能环保的照明设施。
2.2.2灯具的节能
选择配光好、反射率高、维护工作量小的灯具，可以在达到同等照明质量的基础上，减少灯具的数量和电能损耗，从而起到了节约能源的作用。根据建设部《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》的要求，在2010年，灯具效率在80%以上的高效节能灯具应用率达85%以上。而目前，国内的灯具效率参差不齐，能达到80%以上的廖廖无几，灯具效率与反射器的反射率和配光特性、灯罩的透光性能以及灯具的防护性能，有着密切的关系。更换高效灯具可以很好地节能的效果，但是更换的成本也是一个不容忽视的问题。
2.2.3电器附件的节能
2.2.3.1节能型镇流器
根据建设部《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》的要求，高压钠灯镇流器能效指标因素(BEF)达到或超过GB19574-2004标准。国内大量的电感镇流器仍是传统老产品，其性能稳定、价格便宜，但功率损耗大。从我国国情出发，如果把传统电感镇流器更新为节能型的，将会取得可观的节能效果。
下表是普通电感镇流器与节能型电感镇流器的功耗比较表：
|
灯功率（W）
|
镇流器功耗占灯功率百分比（%）
|
节电率（%）
|
|
|
普通电感
|
节能型电感
|
||
|
100
|
15～20
|
＜11
|
4～9
|
|
150
|
15～18
|
＜12
|
3～6
|
|
250
|
14～18
|
＜10
|
4～8
|
|
400
|
12～14
|
＜9
|
3～5
|
2.2.3.2电子镇流器
电子镇流器具有效率高、功率因数高、无频闪、无噪声和节能等优点，用电子镇流器替代传统电感镇流器可节电20%～30%，但目前大功率HID电子镇流器，因线路复杂、散热困难、成本高等原因，导致价格过高和产品质量难以令人满意，适用范围受到限制。
2.2.3.3变功率镇流器
该装置是通过一定时控制器(一般在路灯开灯后4～6小时)，在路灯回路串入一附加镇流器，将灯泡功率降下来，从而达到节能的目的。使用变功率镇流器会使路面平均照度下降30%，但均匀度仍保持不变，这在后半夜车流、行人较少时，对使用功能不会有明显影响，如果计及后半夜电源电压上升的因素，路面照明的下降还会小些。运行后，该装置的节电率可达20%以上，一次投资小，但变功率镇流器体积比常规镇流器要大，有的灯具电器室如果较小的话，安装就会有困难，尤其是对原有路灯的改造中，这个矛盾可能会更突出。
3. 管理节能
管理节能，主要是通过加强道路照明的设计、施工和养护管理各环节的制度建设和监管，实现管理节能。主要有合理地设计选择恰当的照度标准，采用全半夜灯运行方式，开、关灯的智能化控制等等。
3.1选择合理的照度
选择照度是照明设计的重要问题。照度太低，会影响夜间车辆和行人的通行，产生交通安全事故，造成生命和财产受损的严重后果，而不合理的高照度则会浪费电力。
下表是采用不同设计标准的能耗密度比较：
|
车行道宽
（米） |
E平均
（Lx） |
光源
（W） |
排列
|
灯间距
（米） |
能耗密度
（W/m2） |
能耗增减
|
|
14
|
15
|
150
|
单侧
|
32
|
0.335★
|
—
|
|
25
|
150
|
双排
|
40
|
0.536
|
+60.0
|
|
|
30
|
150
|
双排
|
33
|
0.649
|
+93.7
|
|
|
20
|
20
|
150
|
双排
|
36
|
0.417★
|
—+42.
|
|
30
|
250
|
双排
|
42
|
0.595
|
9
|
|
|
40
|
250
|
双排
|
32
|
0.781
|
+87.3
|
|
|
30
|
20
|
250
|
双排
|
40
|
0.417
|
-14.9
|
|
25
|
250
|
双排
|
34
|
0.490★
|
—
|
|
|
30
|
250
|
双排
|
28
|
0.595
|
+21.4
|
|
|
40
|
400
|
双排
|
39
|
0.684
|
+39.6
|
|
|
40
|
20
|
250
|
双排
|
33
|
0.379
|
-26.2
|
|
30
|
400
|
双排
|
39
|
0.513★
|
—
|
|
|
40
|
400
|
双排
|
29
|
0.690
|
+34.5
|
注: 各种道路采用不同设计标准的能耗密度增减值，以打★者作为基准值。
3.2全、半夜灯运行方式
现在城市的主干道很宽，许多道路照明采用了双光源或多火灯，而下半夜车辆稀少，对照明质量的要求可以适当降低；此外，现在很多三块板式的道路结构，在照明设计时通常考虑了快、慢车道的照明，而在后半夜，慢车道的非机动车和行人很少，对照明的要求不高。对于这些情况，采用全、半夜灯的运行方式，可以取得很好的节能效果。以下是两种全、半夜组合方式的节电比较：
|
全夜灯
功率（W） |
半夜灯
功率（W） |
年亮灯
时间（W） |
半夜灯
时间（小时） |
与纯全夜方式的
能耗比值（%） |
节电率（%）
|
|
250
|
150
|
4200
|
5
|
0.788
|
21.2
|
|
400
|
250
|
4200
|
5
|
0.783
|
21.7
|
3.3智能化控制
道路照明的智能化控制，特别是路灯“三遥”监控系统的发展，是具有高技术含量的路灯控制系统。它利用有线或无线的传输方式，使用计算机系统对路灯的启闭、运行状态、故障监测等进行遥控、遥测、遥信，从而实现对路灯的远距离监控和管理，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，为缓解电力紧张形势，利用智能化控制达到了节能目的。
以开灯控制为例，在江南一年中晴天约有1/3，多云的天气为1/3强，阴雨天为1/3弱。其中，通过光控来控制比定时控制，在晴天会比多云天晚5-10分钟，比阴雨天晚15-35分钟。经统计，其分布概率如下表：
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5分钟
|
10分钟
|
15分钟
|
20分钟
|
25分钟
|
|
20%
|
10%
|
10%
|
10%
|
10%
|
计算（5×20%+10×10%+15×10%+20×10%+25×10%)×365/60=48.7小时，因此去除其它一些干扰因素，通过光控来调整开灯时间，亦可以全年节电1%左右。
3.4合理的养护管理制度
由于光源和照明器的污染，使光通降低，这是造成能源浪费的原因。制定合理的养护管理制度，及时修复故障灯，定期更换寿命到期、光通量降低的光源也是重要的工作。而在设计时，考虑到将来的养护管理工作，多采用维护管理容易的照明方式、照明器具和光源，将可减少维修的人力工作，间接也是发挥节能的效果。
4. 节能案例分析
4.1紧凑型节能灯替代高压汞灯技术经济分析
4.1.1技术指标比较
|
|
光通量（lm）
|
平均寿命（h）
|
镇损（W）
|
|
GGY50
|
1650
|
8000
|
8
|
|
25W节能灯（3U）
|
1378
|
6000
|
3
|
|
40W节能灯（4U）
|
1800
|
6000
|
5
|
注：表中光通量及平均寿命按亚牌灯泡，镇损按12%。
4.1.2投资比较
|
|
灯泡
|
镇流器
|
备注
|
|
GGY50
|
9元
|
45元
|
飞亚牌灯泡为15元
|
|
25W节能灯（3U）
|
15元
|
|
|
|
40W节能灯（4U）
|
45元
|
|
|
4.1.3年运行费用比较
 |
4.1.4年节约电费
 |
4.1.5结论
1)用40W(4U)节能灯替代50W汞灯，照度略有提高，初期投资和年运行费用分别下降16%和9.8%。每只灯年节电54.6度，节电费28.39元。
2)用25W(3U)节能灯代替50W汞灯，照度略有降低，初期投资和年运行费用分别下降72%和47%。每只灯年节电126度，节电费65.52元，效果明显。
4.2智能节能器节能技术经济分析
现以一台控制箱带120盏250W钠灯进行节能改造为例，将某厂家智能节能装置进行技术经济分析。
该装置是通过微电脑实时采集输入电压信号，并与设定输出电压进行比较，一般通过调节串联电抗器的抽头位置，将输出电压自动调至设定值。该装置是通过“降压”来节能，适合于电源电压较高的场合，其调节范围也应适度，否则会影响路灯的正常运行。其节电率一般在10%～20%，一次投资较高，且体积大，安装位置受一定限制。其节能效果如下表：
|
节能装置名称
|
投资
（万元） |
节电率（%）
|
年节电量
（度） |
年节电费
（万元） |
投资回收期（年）
|
|
智能照明节电装置
|
3.8
|
20
|
25200
|
1.31
|
2.90
|
注：该装置选45KVA(0.25KW×120÷0.85=35.3KVA)
4.3变功率镇流器技术经济分析
现也以一台控制箱带120盏250W钠灯进行节能改造为例，对某厂的变功率节能装置进行技术经济分析。
该装置是通过定时控制器(一般在路灯开灯后4～6小时)，在路灯回路串入一附加镇流器，将灯泡功率降下来，从而达到节能的目的。使用变功率镇流器会使路面平均照度下降30%，但均匀度仍保持不变， 这在后半夜车流、行人较少时，对使用功能不会有明显影响，如果计及后半夜电源电压上升的因素，路面照明的下降还会小些。该装置的节电率可达20%以上，一次投资小，但变功率镇流器体积比常规镇流器要大，有的灯具电器室如果较小的话，安装就会有困难，尤其是对原有路灯的改造中，这个矛盾可能会更突出。
其节能效果如下表：
|
节能装置名称
|
投资
（万元） |
节电率（%）
|
年节电量
（度） |
年节电费
（万元） |
投资回收期（年）
|
|
变功率镇流器
|
1.8
|
24
|
33452
|
1.74
|
1.03
|
注：250W/150W变功率镇流器每套按150元年运行小时为 4200-365×4.5=2557.5小时
每套节电为 (250+25)-(150+16)=109W电费按0.52元/度
5. 结束语
“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”我觉得这句古诗很形象地道出了节能工作在道路照明行业的现状。随着节能工作的越来越重视，技术的不断提高，新产品的不断涌现，控制和管理方法的不断进步，我们相信一定可以通过绿色照明工程推进，用最低的能耗，获得最佳的照明效果。
参考文献：
1.《照明技术手册》，朱小清主编，北京：机械工业出版社，2003
2.《电器照明设计》，周太明等编著，上海：复旦大学出版社，2001
3.《城市道路照明设计标准》CJJ45-91
4.《绿色照明工程实施手册》，张绍纲主编，北京：中国建筑工业出版社，2003