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1、城市照明规划与控制中的节能策略论文关键词：节能照度标准照明功率密度值控制方式论文摘要：阐述了城市照明规划与控制中节能的重要性，介绍了几种新型节能方法，严格按城市照明专项规划进行设计方案优选，确保城市照明与周围环境协调统一；合理确定照度标准及照明功率密度值；光源、灯具和控制系统的选用；照明方式的确定；大力加强照明设施维护与管理、提高节能效果和防治光污染等问题。1城市照明现状分析在节能减排形势下城市公共照明面对的挑战主要集中在技术和管理两个层面。本文主要讨论有关技术层面的问题。道路照明光源以高强度气体放电灯为主，目前广泛用于与之配套的电器设备包括电感镇流器、触发器和补偿电容。这些配套设备在使用过程
2、中会出现以下几个无法解决的问题。功率因素低。电感镇流器自身功率因素很低，虽然可以通过电容补偿将功率因素提高到左右，但随着时间的推移，电容在生命周期中将不断衰减失效。自身功耗大。电感镇流器的自身功耗通常要达到光源的12%-18%，造成很多电能消耗。无法恒功率输出。电感镇流器的输出功率不稳定，随着输入电压的变化而变化，因此在输入电压不稳定，特别是在下半夜电压高的情况下，会耗费大量的电能。以400瓦为例，当输入电压达到260伏的时候，电感镇流器的输出功率将达到600多瓦，比正常情况下要多耗费近50%的电能。无智能调光功能。在夜半时分人车稀少的时候，道路通常可以不需要很高的光源照度，但由于这时候电压通
3、常会很高，在电感镇流器控制下的光源不但不能降低光照度，而且还会因为电压的增高而提高灯光亮度，造成不必要的浪费。近来市场上出现了一些具有调光功能的电感镇流器，似乎可以解决这个问题，但是价格高昂，同时即使可以解决调光问题，其余的几项问题也不可能得到解决，充其量只是一个过渡性的产品，因此许多发达国家如欧盟等国都不建议推广使用。2城市照明节能方案合理确定照度标准及照明功率密度值211 照度标准城市景观照明的目的是渲染气氛、美化环境、标志人类文明。这就自然涉及到一个“怎么照，照多亮”的问题。夜景照明的照度值1与建筑物外装材料、周围环境明暗程度、建筑物性质和特点等因素有关。应根据被照场所的功能、性质、环境
4、区域亮度、表面装饰材料及所在城市的规模等，确定所需的照度或亮度的标准值。表1为民用建筑电气设计规范(JGJT16-92)给出的参考值。表1 城市景观照度参考值另外，根据中华人民共和国建设部关于实施节约能源城市绿色照明示范工程评价指标(建城200497号)的要求，需注意以下两个方面居住建筑窗户上的照度和室内直接看到发光体(光源或灯具)的光强不得超过表2规定值。表2 住宅建筑控制干扰光的照度、光强和亮度规定值建筑或构筑物使用泛光照明灯具的上射光通量和总光通量比值(ULR)在风景区为零；城市低亮度(4cdm2)区为5；城填中等亮度(6cdm2)区为15；城市中心的亮度(12cdm2)区为商业区等为2
5、5。212 照明功率密度值照明功率密度值(lighting power density-LPD)指单位面积上的照明安装功率(包括光源、镇流器或变压器)，单位为Wm2。单位面积安装功率标准，大约在1975年首先由美国国家标准协会(ANSI)，美国采暖、制冷和空调工程师学会(ASHRAE)和美国照明工程学会(IES)共同提出和制定。该标准名为ASHRAE标准90-75，其中规定了建筑物被照场所的照明功率限值，目的在于控制建筑照明总的用电量，以节约能源。关于城市景观照明的单位安装功率，美国规定为269 Wm2，公共停车场照明为194 Wm2，公用车道、人行道照明为161 Wm2，花园、公园和风景区照
6、明为110 Wm2。我国北京市绿色照明节能地方标准规定为35 Wm2，比美国略高。鉴于城市景观照明的表面照度或亮度与表面的反射比及洁净程度有关，同时随背景即环境亮度的高低发生变化，因此，照明单位面积安装功率也同样受立面反射比、洁净度和环境亮度这三个因素的影响。使用单一的单位面积功率指标反映不出变化情况，而且和照度或亮度难以统一。建议一般按表3规定单位面积安装功率标准。表3 城市景观单位面积安装功率标准城市照明节电措施目前国内照明节能主要的途径有两种：第一种是采用高效的节能型光源，也就是使用发光效率高的灯具，称为本质节能。第二种是在现有照明系统上加装节能控制设备，也就是在照明系统使用过程中实现能
7、效的最优控制，称为过程节能。从技术角度，对目前城市照明节电措施进行阐述和分析，就如何以科学、合理的方式，实现道路照明系统节能。221采用新型节能光源城市照明的节能是伴随着科技进步而逐步深入展开的。在上世纪80和90年代，主要围绕城市路灯光源的更新换代进行节能。于80年代末开始以50W的高压汞灯代替60W的白炽灯，之后，又全面推广节能灯。于90年代中期起，采用高光效的高压钠灯作为道路照明的主要光源，淘汰光效相对较低、对环境有污染的高压汞灯。 随着科技进步高效光源和新型灯具不断涌现，如无极灯、LED灯、太阳能灯等等。例如：景观照明使用的可塑霓虹灯，其每米功率为，用每米2W的发光二级管灯带，可使总功
8、率节约88%。 从实际应用的角度来看，采用新型节能光源适用于新设计的照明回路。对于已有的照明系统，因高效节能光源是传统光源价格的5-10倍，更换所有灯具初期投入资金和人力比较大，在不能分批分次更新灯具的照明场所，这样做一次性投入太大，使许多单位望而却步。同时，如果采购的节能型灯具本身质量有问题或是电网供电质量不好，使节能型灯具使用寿命缩短，这样就可能造成使用单位出现“节能不节钱”的不正常现象。对现有照明系统的节能改造，一般采用加装节能、控制设备，较为经济和实用，也就是在照明系统使用过程中实现能效的最优控制。222 采用单灯补偿电容路灯采用的光源，基本是气体放电灯，其功率因数相当低，一般在以下，
9、从而使回路电流大，在线路上产生的损耗相当可观。城市道路照明设计标准中，要求气体放电灯应加电容补偿，补偿后功率因数应不小于。但标准中并没有明确是在路灯电源处集中补偿，还是在灯具处分散补偿。目前国内城市路灯系统采用的电容补偿方式两种均有。由于路灯设施是均匀分布在道路纵向两侧，由路灯电源至路灯灯具的低压配线较长，道路照明系统产生的损耗主要发生在这一段。采用路灯电源处集中补偿方式，并不能减少低压配线的耗电。而采用单灯分散补偿，无疑减少了路灯电源至路灯灯具这一段线路上产生的损耗，将起到较好的节电效果。同时也减少因需电源变压器容量大的设备投资。补偿后单灯功率因数将不小于。223采用隔盏关灯控制技术在上世纪
10、 70 年代，由于美日韩等国经济的高速发展，曾经导致过一次严重的能源危机，在当时，日本曾使用路灯过隔盏亮控制技术，即上半夜灯全亮，后半夜，隔盏关闭，实现节能。目前在国内隔盏控制方式在大城市很少采用，但在地级城市和县城比较多。但自2002年电荒以来，为了节能，这种控制方式又以节能工程改造理由，重新作为一种“高科技”节能技术，被部分地区采纳。但是这种控制方式存在如下问题：首先，这种控制方式要采用特殊布线实现，但由于电力供应是三相线，而要实现 1/2 的功率控制，因此无论如何，都将导致电力变压器的三相严重不平衡。前半夜以及后半夜不平衡，导致灯具电压过高，灯具烧毁严重。其次，由于隔盏关闭、后半夜时，道
11、路长达40米的阴影，出现斑马效应，给行车带来安全隐患，也影响社会治安和城市形象。 七十年代日本进行间隔点灯的试验，结果导致生产率和办公效率降低以及治安、道路交通事故的大幅上升。采取了半夜灯、部分照明等方法，违反了有关部门对路灯照明“亮灯率”的原则要求，同时这种用降低“亮灯率”达到省电目的方法将带来严重的社会问题。显然，这种消极的节电是不可取的，在保证照明效果下点着灯节电，这才是科学的，合理的选择。224 采用智能光源降压一稳压一调光技术 如何让路灯亮起来，让城市亮起来，亮得更科学，亮得省电省钱?答案是：采用智能光源降压一稳压一调光技术。 智能光源降压一稳压一调光技术是国际上流行的全数字智能路灯
12、节能控制技术。它充分考虑了城市道路照明的实际状况，依据人体工程学中的视觉理论，采用现代控制论中的最优控制方法，实现了对路灯电压及照度的动态智能化管理，即TPO管理(TIMEPLACEOCCASION)。此项技术的基本思路就是：在繁忙的时段，控制路灯保持较强的照度，接近午夜时分，开始自动调光，在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度的照明。它的主要优点就是在调光的同时也大幅降低了电耗，节约有功电耗达30以上。其控制过程是：通过测取城市道路车辆及行人的时间一车辆(人)统计规律，获取相应的照度调整率，依此来设定计算机的控制程序，根据照度调整率，从某一时刻开始，平滑地对路灯输入电压进行动态调整，使路
13、灯输入电功率与实际照度要求达到最佳匹配，不仅节约了电能，而且稳定了电压，延长了路灯的使用寿命，达到了双重意义上的节能。 225 改变控制方式采用光控和时控相结合的方式，根据季节的变化随时调整控制路灯的开关时间，做到合理开关灯，对不同的路段采用半夜灯节电方式，即在照度较高的街道或城乡结合部街道的路灯，由于后半夜人、车流量较少，照度不需要太高的情况下，在23:00以后灭一部分灯，以达到节约电能的目的，其特点是：投资小，见效快，且效果明显、方法简单易行、维护方便，其最大的缺点是照度不均匀且无法解决下半夜电压偏高而影响光源寿命的问题。226 采用节能型镇流器 目前有三种: 电子镇流器、节能型电感镇流器
14、和变功率镇流器。电子镇流器具有功率因数高(),输入电流小，功率损耗小，适用电压范围宽，即在电压从178242伏变动时输出功率几乎不变，它的自身消耗功率约占光源总功率的10%，且可提高光源的发光效率，综合节能效果可达到10-30%,应该说是一种比较理想的镇流器，目前只有少数地区在应用，但目前主要问题是使用价位高寿命短和产品质量不太稳定。传统普通电感镇流器自身能耗约占灯功率15-20%,250w高压钠灯镇流器自身能耗约30-50瓦，节能型电感镇流器自身功耗10%左右，250w镇流器 自身功耗应小于25瓦。节能型电感镇流器能耗低，高可靠性及长寿命和相对较低的价格使其具有很高的性能价格比，目前在我国正
15、在推广应用。西安市从1998年开始至今基本采用了节能型电感镇流器，仅此每年就可节约电费240万元左右。 变功率电感镇流器，在镇流器中间插头，改变镇流器阻抗，使其输出到灯的功率不同来调光。高压钠灯可降低功率040%，金卤灯020%或 30%的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，从而降低了输出电压的平均值，达到控压节电的目的。这类节能调控设备对照明系统的电压调节速度快，精度高，可分时段实时调整，有稳压作用。因为主要是电子原件，相对来说体积小、设备轻、成本低。但该调压方式存在一致命缺陷，由于斩波，使电压无法实现正弦波输出，还会出现大量谐波，形成对电网系统谐波污染，危害极大，不能用在有单灯电容补偿电路中。国内已规定对电气设备谐波含量的限制，北京、上海、广州等大城市，对谐波含量超标的设备限制并入电网使用。大功率可控硅斩波型节电设备，因其自身存在谐波污染的缺陷，如果加装滤波设备，成本太高，是不经济的，所以此类设备是不宜用于照明电路中。322自耦降压式调控装置现在市场上最多照明节电产品就是此类产品。它的原理是，通过一个自耦变压器机芯，根据输入电压高低情况，接连不同的固定变压器抽头，将电网电压降低5、10、15、20V等几个档，从而达到降压节电的目的。这类产品最大的优点是克服了可控硅斩波型产品产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，结构和功能都很简单，
