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1、小区灯杆节能控制系统设计说明书设计者：秦彦哲，吴保国,苗捷,陈泽鳞,成世海指导老师：胡勇有（华南理工大学环境科学与工程学院，510006）作品内容简介本方案根据目前小区的路灯浪费电力资源的现状，针对当前的一些节电技术的缺陷和小区自身的固有特点，设计出一种适合小区路灯使用的新型节能器。该节能器不仅比当前已有设备具有更大节能潜力，成本更低，还避免了当前技术导致的亮度盲区或局部过亮过暗的问题，更加关注小区居民的感官舒适度，从而具有更大的市场潜力。本作品重要的创新点是将路灯分为亮度较低的节能状态和正常照明状态（这两种状态的亮度可根据某盏灯的位置分别调节），加入了行人、车辆探测器，并能够将车辆探测器设置
2、在较远处，给予司机一定的反应时间。晚间18点-21点时间段为小区人流、车流在高峰区，路灯需要持续正常照明。21点到第二天凌晨6点，探测器可预测出即将经过照明区域的行人、车辆，在行人离路灯15m、车辆离路灯50m时，即将经过的路灯将由节能状态缓慢恢复至正常照明状态，行人、车辆经过之后，路灯又将从正常照明状态恢复至节能状态。为了保证行车安全，设置在路口的车辆探测器使车辆即将进入的整条小区直线道路上的庭院灯亮起。该产品可以根据附近建筑物布局调整特定某盏路灯节能状态和正常状态的亮度。从而避免市面上无法调节节能状态和正常状态亮度的产品在小区的复杂建筑物和绿化布局下导致的亮度盲区和局部过亮过暗的问题。为了
3、避免刺激司机行人，亮度变化用软件设置成缓慢变化，并且采用了成熟的调光控制技术，避免影响灯具寿命。该产品的意义在于，由于针对小区特点，达到了更大的节能潜力和满足小区居民感观舒适度的要求。结合我们在市场中已买的一些作品中需要的装置、部件，本研究技术产品平均到每盏灯杆所需的节能控制器成本为66元，论证整个装置节电率为33%。相比与市场上现有的节能控制技术设备，大部分后半夜亮度减半的节能控制器价格为200元以上，平均节电量为25%。我们的研究技术无论是从节电率上还是成本上都占据很大的优势，而且照顾到小区居民心理感受，更容易被接受。所以我们研发的这项技术市场潜力很大。目录1小区庭院灯运行现状研究32当前
4、公共照明主要节电控制技术53当前技术应用在小区的可行性研究54.根据小区特点设计节电器的创新点55研究报告的主要设计内容85.1研究方案的分步设计85.2研究方案的主要流程及装置图106经济成本分析与比较126.1 节能控制器的成本计算126.2 节能控制器节约电能计算126.3 节能控制器与其他节电设施的可行性比较137方案需改进的地方和下一阶段任务137.1需改进的地方137.2针对需改进的地方提出的下一阶段（过初赛后）的开发任务148研究项目的应用前景14参考文献15附件：161小区庭院灯运行现状研究节能这一概念与人们的生活息息相关，面对电力资源日益紧缺现状，路灯节能这一方面也日益受到关
5、注。当前不少城市道路照明路灯采取了相应的节能措施，也取得了可观的节能效果。然而在城市中的数以千计的小区中，却很少采用相应的节能措施。小区中分为车行道路和步行道路。步行道路采用的是庭院灯，光源一般是35W高压钠灯或LED灯。几乎所有小区步行道路庭院灯从傍晚开始通亮直到第二天早上才熄灭，而整个晚上都是采取满额亮度，极大的浪费了电力资源。图1某小区路灯整晚满额功率照明目前已有一小部分城市居民小区参考了公路路灯的节能措施，到了后半夜将电灯亮度调低，或采取隔一亮一的方式来节约用电，但是这样一个方法却带来路灯过亮或过暗的问题：（1）不能很好的应用在前半夜，因为其前半夜6个小时以上全部采取正常亮度，这样就会
6、出现在没有行人、车辆经过小区道路时的电力资源浪费这一现象，而除了晚上6-9点人车流高峰期以外其余时间人车流量确实相对较少，所以我们认为小区照明有更大的节能潜力。图2 某小区晚上22时路灯满额功率照明（2）某些小区采取后半夜强制节能措施（即一直处于节能状态），导致其照度很低，采用强制节能技术会给小区居民带来不便。事实上已有一些采用该技术的小区针对这样的节能技术进行投诉。图3 某小区采取后半夜强制节能照明（3）隔一亮一或亮度降低在较长的公路上可以得到较好效果，但小区由于建筑群布，道路和景观绿地布局各异，小区路灯并非设置在在一条直线上，会使某些区域无法照明成为盲区。图4 某小区道路拐弯照明盲区小区照
7、明节能措施的采用，降低了小区的公共耗电量，在一定程度上将降低了每户居民的物业费用，也顺应节能环保的时代要求。我们希望为小区照明找到更好的节能技术，这是我们分析问题的出发点。2当前公共照明主要节电控制技术现有的文献中单独针对小区的节能技术不多。所以我们针对当前已有的照明灯杆节能技术进行分析：（1）小区智能灯光控制系统：部分文献提及采用智能灯光控制系统进行小区改造，采用5类线将小区所有灯具连接起来，由中央控制电脑统一调控。（2）隔一亮一：此技术是在路灯系统中采用两条线路，在后半夜关闭其中一条线路，这样就达到每隔一盏路灯亮一盏，这一路灯系统保证了后半夜路灯系统一定的节能效果。（3）单排路灯亮：此技术
8、主要是针对一些道路比较宽需要用到道路两边均需安装路灯系统的情况，这两排路灯拥有各自的线路系统，这样在后半夜只要关闭其中一条线路，就达到了保证一定照明效果，也实现了节能效果。（4）亮度降低：此技术主要是通过在路灯上安装节能控制器，路灯在后半夜处于其较低的功率下工作，实现了节能效果。（5）声光控技术：这一技术主要应用在楼道灯。在晚上这一黑暗的环境下，只要行人或车辆发出一定分贝的声音路灯即会点亮，并持续一定的正常亮度时间，声音消失一定时间后电灯会熄灭。这样虽起到了很好的节能效果，但也带来了扰民后果。3当前技术应用在小区的可行性研究（1）该技术在实际应用案例极少，而且集中在豪华会所。可能原因是成本太过
9、高昂，某些娱乐场所才需要如此复杂的灯光调控。而且对于已建小区，还需开挖路面进行改造。（2）隔一亮一技术固然有一定的节能效果，但同时也存在着不少缺陷。这一技术是针对后半夜的节能措施，所以在前半夜除去6-9点这一人车流高峰期时间段外，不能很好地实现节能效果；另外小区道路拐弯较多，直线道路较短，若采取隔一亮一技术就很可能存在着亮度盲区，影响居民交通出行。（3）单排路灯亮技术除了半夜隔一亮一技术存在前半夜不能节能的不足以外，还有对道路布置存在着限制要求，即小区道路一般比较窄，很大一部分是采取单排安装路灯。（4）亮度降低同样存在着前半夜不能节能的缺陷，同时会给晚归的居民带来不便。（5）声光控技术存在两方
10、面问题，一：主要光源为用在楼道里的白炽灯，原理是控制供电的通断。而小区照明光源为LED灯或35w高压钠灯对电压调制深度等有要求，简单频繁亮灭会极大影响寿命，我们想找到一种不影响寿命的控制方式。二：采用声控需要行人发出声音，而且每一盏路灯都需行人喊出声音，给行人带来很大不便的同时也会给小区制造噪声污染。三：若有风声或周围施工作业发出的声音同样会激发电路系统，造成不必要的电力浪费。4.根据小区特点设计节电器的创新点针对当前小区路灯节能现状及节能技术的现状，本作品旨在为了节约能源、积极推广绿色照明，既能提高居民小区照明质量，又能降低百姓的生活成本，拟新开发出一种小区式智能化路灯节电器。小区式智能化路
11、灯节电器是在后半夜节能的基础上，前半夜同样也能实行节能要求的系统，它满足在小区道路上有人、车经过时处于正常亮度，无人无车时路灯处于亮度较低的节能状态。基于这种节能系统，我们分析小区式智能化路灯节电器需具备以下几个特点以及我们的解决思路：1. 小区人流车流在6-9点时间段为高峰区，路灯需要持续正常通亮解决思路：针对该特点，我们希望设计一种在集中时间段保持长亮，非集中时间段没有行人或车辆经过时，小区道路路灯处于节能状态，有人经过时路灯恢复正常照明的节电器。这样，既有一定的亮度保障小区治安环境给居民带来安全感，又给居民带来一定良好的视觉感官，避免光污染。而在非集中时间段，只要进入需照明区域，路灯就能
12、恢复亮度，不给居民带来任何不便。2. 采用探头能探测到某盏小区路灯周围需要照明的行人、车辆解决思路：由于小区内的地形、道路布置不同，在普通十字路口或其他一些道路交叉口，各个方向都有可能经过行人或车辆，所以在此的探测仪需要360度感应，而普通的单线道路上只需180的感应角度。3.小区道路上有行人经过时，离路灯15M处路灯由较暗的节能状态开始缓慢变亮解决思路：在道路有行人出行时需不影响其照明需求。当人体距离路灯一定距离时，探头仪能得到感应信号并传输到节能系统，路灯开始慢慢恢复正常亮度，而等人走出探头仪这一感应范围之外，其同样会做出感应信号传输到节能系统，路灯在设定的时间长度后开始慢慢变暗直至恢复到
13、节能状态。我们根据实际小区的情况发现，离路灯15M处道路照明已经很暗，我们的技术只影响到离路灯15M以外的地方，而进入15M范围后跟未节能的照明状况一样。所以采取该节能措施对行人影响很小。图5 灯杆正下方路面照明情况 图6 离灯杆15m处路面照度已经很低4.小区道路上有车辆经过时，离路灯50m时路灯开始缓慢变亮解决思路：车辆行进较快，司机需要一定的反应时间。在道路有车辆经过并距离路灯一定距离时，探头仪立即做出感应并将信号传输到节能系统，路灯开始慢慢恢复正常亮度，而等车辆行驶出探头仪这一感应范围之外，其同样会做出感应信号并传输到节能系统，路灯在设定的时间长度后后开始慢慢变暗直至恢复到节能状态。5
14、0m能满足以70码速度行车的司机反应时间。小区步行道路上车速达不到70码，对司机造成影响很小。5.采取节能措施时，不影响灯具寿命解决思路：现有的指定光源有特定的调光控制技术，以防止调光影响灯具寿命。我们需要采取不同光源有不同调光方式，例如，高压钠灯在电压调制深度不超过50%时不影响灯具寿命。6.节能状态和正常照明亮度的设计需满足小区建筑物复杂的布局某盏设置在道路交叉口的小区路灯负责的区域较大，在节能状态下不能太暗。而附近有围墙，车库等建筑的小区路灯区域由于光线会反射，在正常照明状态下不应过亮。图7 周围有建筑物或围墙反射容易过亮扰民图8 同规格路灯设置在交叉口导致过暗解决思路：采用红外遥控调节
15、特定某盏路灯节能状态和正常照明的亮度。这样极大地方便了根据周围景物调整设置在不同位置的小区灯杆的亮度。避免因为复杂建筑物布局造成节能状态亮度过低或正常状态亮度过高的问题。同时可能因为周围有绿地等景观设定特定亮度组合营造多层次的灯光范围。如下图，小区由于布局复杂，同样规格的灯杆，会由于周围情况，出现相对过亮或者过暗的问题。图9 庭院灯在居民楼边上扰民 图10 这样是不是好多了？（注：PS后）7每个路灯设置地感探测仪成本过高，地感探测仪离路灯较远，用电线与路灯相连需要较长的电线解决思路：由于无线模块传输距离可达100M，我们采用无线模块使得单个地感探测仪链接多个路灯节能控制器。例如一条100M的小区道路，路灯设置的较密，在汽车经过设置在路口的地感探测仪后整条路的路灯恢复正常照明。我们的设计思路主要优势在于：1、比现有节能器节电率更高，且更适合小区使用2、能够加装在现有小区灯杆上，无需开挖路面，改造费用低廉 3、成本很低5研究报告的主要设计内容5.1研究方案的分步设计为了满足小区用灯的上述特点，我们拟定如下方案：（1）以人体感应探头感应进入需照明区域的行人。（请看视频演示）我们找到一种人体感应探头，它在以其为圆心的指定区域内感应到人体后，能给出一个开关信号。我们选用的是半径15m的探头。图11人体探头正面图 图12 人体探头背面图公路是直线型的，通常180度的探测范围就足够了。而小区道
