关键词 城市照明 无极灯 LED灯 太阳能(风能) 集中控制 单灯控制
现代化城市室外照明不仅仅是以往传统概念上对道路、广场的功能性照亮，还包括室外的纪念物、招牌广告、自然景点、建筑物、园林小品等的亮化、美化等的景观照明。功能性照明是为满足夜间视觉辨识的生理、心理需要及环境安全性而提供的环境照明；景观性照明则是运用灯光来创造以观赏为主的艺术景观，是自然科学和美学相结合而形成的艺术化照明。
在目前全球能源紧张的大环境下，我国照明用电量已占总用电量的7％－8％。按照我国提出的“中国绿色照明工程”，照明节电已成为节能的重要方面。
尤其是城市室外照明已经成为现代文明的重要标志，作为城市基础设施设计的重要组成部分,在照明功能的体现之外它注重的是灯光亮度、色彩对比，表达的是景观环境，产生的是其社会和经济的价值,而不是照明的本身。其灯光设计和节能也必定得到重视。科学节能的城市室外照明将是一个地区文化、科技水平和经济实力的综合体现。
针对目前城市室外照明中最常用的节能手段和方法，结合南昌市照明节能工程中的一些应用实例概括如下：
一、科学选用电光源科学选用电光源是照明节电的首要问题。当前，国内生产的电光源的发光效率、寿命、显色性能均在不断提高，节能电光源不断涌现。除了在适合的场所广泛采用的光源（金属卤化物灯和高压钠灯）等比较成熟光效高的气体放电光源外，目前照明市场上节能效果比较好的有无极灯、LED灯以及太阳能、风能照明等。
无极灯：高频无极灯在结构上由三部分组成，即高频发生器（高频电源）、功率耦合器和涂有稀土荧光粉的玻璃泡壳组成，是集电子、电磁、真空等技术于一体节能环保新光源。它是通过高频发生器的电磁场以感应的方式耦合到灯内，使灯泡内的气体雪崩电离，形成等离子体，等离子受激原子返回基态时辐射出紫外线，灯泡内壁的荧光粉受到紫外线激发产生可见光。目前无极灯种类有：微波硫灯，环形日光电磁感应灯，GL高频无极灯等。
优点有：1.灯泡内无灯丝、无电极，光衰小，产品使用寿命长，一般达60000小时以上。适合在照明可靠性要求较高，需要长期照明而维修、更换灯具困难的场所使用。2.频率为2.65MHz，能有效地把电能转换成可见光，无频闪，不会造成眼睛疲劳。显色指数>80, 颜色不失真。适合显色要求高，照明安全系数大的商业、隧道、桥梁等公共场所照明。3.启动时间小于0.5秒，无须预热，并可以重复启动。适应温度范围大，零下40度，均可正常启动和工作。
缺点有：1.国内目前在荧光粉发光效率水平上还有待提高，大多数无极灯光效为80lm/w左右。2.无大功率产品，目前市场上常见的做得最大的功率泡形为185W，环形210W。限制了它在一些大功率高亮度照明场所的运用；3.由于无极灯在照明领域的推广宣传力度较为有限。而对照明灯具外形要求日益提高，无极灯相应的专用配套灯具就显得很少。为此在其价格相对传统的高压钠灯还无优势的情况下，将影响其大面积推广。
实例：我市永叔路是城区的一条主干道，最近对其路灯照明灯具全部更换为配套环形200W无极灯光源的专门灯具，几个月来运行稳定，无一维修记录。而且从照度、显色指数上看都优于原有400W金卤灯照明效果，而电能消耗只为原先的一半不到。其节能效果充分体现在了性价比的优越性上。
建议：在目前城市室外照明节能中，可在维修难度大，视觉要求高（如高层建筑外墙亮化、高速公路照明等）的照明场所中逐步推广使用无极灯。随着技术含量的提高和宣传力度的不断加大，无极灯或将成为21世纪最有发展前景的绿色节能照明光源的换代产品。
LED（Light Emitting Diode）：又称发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中载流子发生复合，放出过剩能量而引起光子发射产生可见光，属于固态照明。其光源制造过程对环境影响极小，且废弃物可全回收。
优点有：1.附件简单：无启动器、镇流器或超高压变压器，点亮无延迟，响应时间快，能实现跳变、渐变、同步等色彩变化，可用于频繁变换、起闭的景观亮化，通过程序控制实现文字、图案显示；2.具有固体光源的最大优点，不充气，无玻璃外壳，无气体密封问题，耐冲击，可用在桥梁、隧道等抗震要求高的场所照明； 3.发光纯度高，光束集中，无需灯罩滤光，光波长误差在10纳米以内，非常适用于景观构图，标示照明；4.大的LED灯具可看成由LED细胞组成，最小的LED仅为平方毫米，数量级适应点、线、面、球、异形体乃至任意艺术造型的灯光雕塑亮化要求；5.耗电量低，达到传统热辐射光源发光亮度时，耗电量仅为传统灯泡的6%；6.使用寿命长，无灯丝结构不发热，正常使用在6年以上。
缺点：1.光通量(亮度)小、发光效率不高。2.单颗LED尚无法提供大亮度做主照明光源。3.LED灯具是对多颗LED集成组合而成的光源的二次光学设计体现，目前很多配光设计（灯具）还不能很好地和实际照明运用相匹配。4.LED光源PN结温度升高会造成器件性能变化和光衰减，对其灯具散热技术要求较高。
实例：在南昌市LED光源被大量应用于灯光雕塑的构图，景观建筑的勾勒亮化。如最近矗立在南昌大桥头高达54米的“豫章明珠”大型灯光雕塑，其中就采用了1200余只LED球体灯，由数万颗不同色彩的LED灯珠构成。在电脑控制下更换着七彩的光色，扮靓了洪城夜色。而在城区内的东湖、西湖、北湖、象湖以及玉带河畔充分利用LED灯的串灯、线灯、组群等方式展示了滨湖城市的魅力,将半导体光源独具的配光特性变幻应用得淋漓尽致。
LED固态照明带来的第三次照明领域的革命.作为一种有效的节能和环保手段，将通过改善人类生存环境、发展照明的新概念和新模式来改善和提高我们的生活质量。在外延、器件物理基础、荧光粉和封装技术上的突破，将是LED光源推广运用市场的关键所在。随着LED光源的技术不断成熟和制造成本的降低，其价格也越来越为现今照明市场所接受。
建议：在室外景观照明，信号指示以及城市隧道、立交、广场的辅助照明中积极应用LED光源。并可尝试在小区、公园等景观道路上逐步推广LED道路照明。
太阳能照明：太阳能光电照明是将太阳能直接转换成电能，提供给照明灯具的一种照明方式。太阳能光电照明系统一般由太阳能电池板、蓄电池、控制器、DC-AC转变器和照明灯具等组成。光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。
优点有：1.太阳能电源系统运行成本低，不需要埋设线路，不需要备件，不需要增添燃料，可以彻底解决照明耗电大的问题。2、太阳能系统设备可自动运行，不需管养人员经常职守。3、不包含任何运转部件，系统可连续工作、使用寿命长。4、太阳能电源系统的直流输出电压十分稳定。5、除了直接的经济效益以外，太阳能还有很多间接优点。在其它一些供电系统，往往由于断电而立即造成巨大的经济损失。太阳能系统仍能保证稳定可靠地工作。
缺点：1.光电转化率很低。太阳能电池板原材料选用要考虑其光导效应及如何产生内部电场。不仅要吸光效果，还需要看它的光导效果。世界上最高光电转化效率目前也不过11%。2.光伏发电需要很大的面积。以单晶硅或多晶硅为主要原料的太阳能电池板正越来越多地进入我们日常视线。这种被称为“绿色电站”的身后，却“隐藏”着一系列高能耗、高污染的生产过程。这与环保的整体概念又有相悖。3.太阳能光照要求复杂，日光辐射情况适当。在阳光不太充足的多云天气或者是雨天和闷热的天气里，太阳光伏效应转换的效率将会大幅度降低，然而系统还仍需连续供电。所以对很多需要保证照度的场所光靠太阳能供电照明还不理想。4.光伏发电成本太高。受原料价格和提纯工艺的限制，太阳能发电成本始终高高在上。
太阳能电池板主要用的高纯硅生产技术还被国外公司垄断，目前依赖进口，价值不菲。
目前我国光伏发电、风力发电等年增长速度都在20%以上。可再生能源已成为实现能源多样化，应对全球气候变化和实现可持续发展的重要替代能源。太阳能利用是个源源不绝的绝佳能源替代方案，以往由于光伏板组件等制作成本高、光电转换效率低等应用不广泛。现在由于科学技术的提高，相关问题正逐步得到解决，使得太阳能在照明中的利用变得更便宜与充满前景。目前在城市公园、绿地、郊区道路等以试点方式采用LED光源作为照明光源和采用太阳能作为供电能源的现代照明方式，节能减排效果明显。随着LED的研制成功，大大地降低了太阳能灯具使用成本,而且一些生产厂家开发出了太阳能与风能相结合的新型太阳能灯，风能与光能互补运用。这种新型灯在我国一些城市试用后效果不错,并呈现出取代传统照明光源的趋势。
二、合理采用照明控制节能措施根据我国《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》实施细则，照明控制节能措施应该建设和管理并重，按照“有利管理，集中高效”的原则选用技术先进、经济合理的节能措施。除原有最常采用的在后半夜不影响交通安全情况下隔盏熄灯和关闭人行道侧路灯（不得关闭沿道路纵向相邻的两盏灯具）的方法外，目前城市室外照明控制节能措施中最常见的为集中控制节能和单灯控制节能，通过降压、减少电流和功率达到节能的方法。
集中控制节能措施：在城市照明线路中，一般是在照明供电回路的初始端，也就是路灯控制箱柜中通过控制信号控制变功率控制器实现照明设施变功率运行达到节能目的。一般是根据不同路段“时间—车辆（人）”的统计，获取相应照度调整率，在后半夜某个时段，平滑的通过“智能光源降压--稳压--调光”
达到延长光源电器寿命和节能双重目的。
照明调压集中节能器一般采用的技术有：1.可控硅斩波调压；2.变压器抽头变压；3.带补偿多抽头调功式；4.无极调功；5.数控无触点式。集中调压节能具有便于安装、控制和维护特点。但由于集中控制节能一次性投入较大，而节电的多少是由照明供电电压决定的，在正常供电半径下的照明设施在后半夜随着城市电网供电负荷下降一般都会升高，有降压节电的可行性，电压越高降压越多，节电率自然也就越高了。而一些老城区由于本来照明设施，特别是路灯末端的电压往往就不够，后半夜节电的空间就比较小。
特别是对路灯供电变压器采用的是公变（和其他用电共用变压器）情况下，集中调压就容易造成线路末端电压过低，整体照度不均匀情况。建议集中控制节能措施重点选用在新建照明工程使用，或在老城区有条件的照明线路改造中试用。
单灯控制节能措施：根据某些光源在工作电流适当减少时仍然能正常运行的原理，对每个单灯加装定时控制器，在不同时间段对光源回路中串联的镇流器调节变功率，而达到节能目的。通常可预定2～4个照明时间段切换，如前半夜、后半夜、黎明等让照明光源在不同功率下运行，在满足不同时间段照明功能的节能降耗。
单灯控制节能器应用常见两类，一类是时间预置功率变换节能电感镇流器，通过时间预置变换电路（控制器）使节能型电感镇流器（一般采用高导磁、低损耗硅钢片材料），在合理设计下自身损耗可比传统的镇流器低30％以上，在设定的不同时段变换电感量，电路中光源消耗功率也随之发生变换。适合新建照明工程，整套节能装置运行稳定，可靠性高，相对原有照明设施一次性投资费用虽有所增加，但节能的同时还能提高照明设备的有效使用寿命。
还有一类是原来光源的镇流器不动，串入节能型限流电抗器，该限流电抗器的接入时间由时间预置转换开关来完成。上半夜限流电抗器不串入限流电抗器，下半夜由时间转换开关自动串入限流电抗器，使光源在额定功率的50%～60%处运行。该节能方法非常适合老的道路照明设施改造，不需要更换原灯具配套镇流器，方便施工又能降低施工造价。
由于目前很多单灯节能产品大多是定时加继电器对串联电感切换控制，节能运行时间相对固定（即开灯后几小时开始节能运行）不能随季节和环境随意调节，而且对老的照明设施加装节能器后，在控制器切换的瞬间容易对光源产生冲击造成瞬间灭灯现象。联网控制产品现在已有出现，但真正能做到双向控制还较少。
实例:南昌市洪城路采用了250W→150W变功率单灯控制改造节能措施。目前运行一年多，每天亮灯12小时，额定功率运行4小时，降功率运行8小时，每KWH南昌公用照明用电为0.98元计，通过控制系统实测数据如下：
通过实例，单灯控制节能一方面降低了灯功率，同时降低了镇流器自身损耗，节电率达到30%以上。
而且相对投入不是很高，维护方便。还避免了集中控制降压-稳压-调光的很多技术缺点，值得推广。
三、其他容易忽视的节能措施1.从设计源头节能，合理选择照度、照明方式和控制方法是最大的节能。充分利用“中间视觉”理论（不再赘述），根据人眼对亮度的“平稳和陡坡”
现象（即人视觉对亮度敏感度达到一定阀值后会钝化的现象），不论是功能性还是景观性照明要设计合理的照度、亮度水平，防止光污染。同时在不影响照明功能效果的同时，充分利用自然光。根据不同季节时间，通过精确的控制方法控制照明设施的启闭。一个城市的室外照明每节约一分钟的耗能，累计效应是巨大的。
2.灯泡、灯具积污时，其光通量可能降到正常光通量的50％以下。为此定时对照明设施清洁和维护，保持灯具良好反射率和透光率同样是节能的最简单方法。设计时要选用密封性能IP55以上的灯具，既能保持较好的透光率，又减少清洁和维护工作量。
3.照明线路的损耗约占输入电能的4％左右，影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面积。大多数照明电压为220V，采用三相四线式供电。
在照明系统接线中应综合考虑半夜灯以及广告灯箱等供电及不同时段的三相四线平衡。并尽量采用路灯专用变压器供电。
城市室外照明节能是一个系统工程，它以高效节能的照明电器产品为基础，以先进科学的现代照明技术为手段，以满足人对照明质量和水平的需要以节约能源，保护环境和促进国民经济可持续发展为目的，建立高效节能、安全经济、有利管理、有益环境的照明系统全过程。以上仅是对城市室外照明，当前最常用的一些节能方法优劣作以简单概述。随着城市室外照明技术的科技含量的不断提高，在实际工作中我们也将不断实践，摸索前行。根据每个城市的不同实际情况综合采用既节能又经济的方法，最适合的就是最佳的方法。
参考文献:
[1]王声学。吴广宁，蒋伟等《LED原理及照明应用》［J］灯与照明，2006.12[2]李健《谈路灯供电系统的节能》［C］道路照明技术，2008.3[3]《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006［s］[4]中华人民共和国建设部办公厅《“十一五”
城市绿色照明工程规划纲要》［s］