城市道路LED节能灯改造

1引言

城市道路照明系统是夜间人行和车行交通的安全保障，在满足照明功能的条件下必须重视节能减排问题。虽然道路照明的要求越来越高，但并不是照明越亮越好，研究出适合城市道路照明节能方案与技术还有很多工作要做。目前，节能作为我国的一项基本国策，已经越来越受到各行各业的重视。道路照明是一个很大的电力用户，在保证道路照明水平的前提下，节能是很有必要的。根据建设部《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》提出的节能减排要求和目标，需要大力推广应用绿色节能照明新产品、新技术，合理控制道路照明亮灯时间，严格控制高耗低能的道路照明设施建设，加大节能改造力度。当前，随着LED照明技术的不断发展，主要是以其功率的增加，效率的提高，成本的下降，LED照明越来越多的被各类照明工程所采用。LED不但在装饰性照明领域，在功能性照明领域也已占有一席之地。如信号灯、汽车尾灯、防水防爆型电筒，包括一部分室内照明及道路照明。本文对城市道路照明的发展现状进行研究，深入讨论LED节能灯在城市道路照明建设与改造当中的应用前景，分析影响城市道路照明节能改造效果的主要因素，提出适合我国城市道路照明建设改造的建议，为今后的城市道路照明设计与改造起到一定的借鉴作用。

2道路照明的发展现状

城市道路照明有其特殊的功能性，道路照明的设计需要考虑众多的因素，比如包含照度充足、照度均匀度、节能以及维护便利等。此外，照明灯具应具备高效率，照明利用率佳、恰当的配光、寿命长以及防水防尘等特点。对于城市道路照明已经进行了严格的规定。为了满足道路照明的指标．同时为了加大路灯的间距、减少灯杆数以降低造价以及减少对环境的影响，道路照明设计应选用合理配光的灯具，通过计算来平衡和确定路灯的间距，杆高以及功率。现今，常规的道路照明设计应根据不同的路幅，采用100-400W的大功率高压钠灯，灯杆的间距约为20-40m，杆高约为8～13m[1]。在发达国家，各大城市都建设有完好的道路照明系统。为了兼顾安全和节能性能，一般将城市道路进行分区定级，再分别规划与施工。比如，美国某城市将道路照明分为机动驾驶照明、行人照明、公共广场照明、标志建筑物照明等。根据这些等级分类，市政系统将道路主支干分区域，施以不同标准的照明密度、照明强度、照明设施等建设。国内部分学者也做了大量的研究[2，3]，重点阐释了当前我国城市道路照明取得的成绩以及存在的不足，存在的问题主要有两条：（1）未严格参照有关标准来指导城市道路照明规划与建设。一些城市虽然意识到照明系统的重要性，却不肯投入资金建设道路照明；而有些城市则过分地强调夜间形象，投资大量资金，却不合理规划照明线路，耗费大量的资源。（2）忽视节能减排。有些城市道路照明过分贪图虚华，忽视了场所自身的属性，盲目采用大量高科技、高功率的照明产品。

3LED节能灯具在道路照明改造中的应用前景

不管是从功能性上还是从美观性上考虑，灯具起到了决定性作用。随着节能灯泡技术的迅速发展和瓶颈突破，在城市道路节能照明建设与改造当中有效利用节能灯泡将会直接提高照明系统的节能减排能力。商品化的、发光效率大于100lm/W的照明级高亮度白光LED（HBW-LED，以下简称为LED）技术的飞速发展，其能耗仅为白炽灯的1/10，另外其工作寿命可达10万小时以上[4]，为第四代照明带来了前所未有的机遇，是一种具有广阔应用前景、性能优良的道路照明光源。随着科技的不断进步，特别是近几年来，半导体材料应用技术的高速发展，LED在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。LED路灯在道路照明中的应用也越来越引起各方面的关注。LED作为一种固体照明光源，以其长寿命、高光效、多光色及一次配光定向照射功能，可在安全低电压下工作，也可连续开关闪断，能轻松实现0~100%调光功能等诸多优势，成为新一代光源的发展趋势。超长寿命：LED光源有人称它为长寿灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，比传统光源寿命长5－l0倍。绿色环保：光源中没有水银，没有污染；光谱中没有紫外线和红外线，而且废弃物可回收；低电压，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。节能：LED作为点光源，如果设计合理，很大程度上可以直接解决传统光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题。因其对光照射面可控，理论上可以做到在目标区域内完全均匀，能避免传统光源“灯下亮”现象中的光浪费[5]。同时其技术进步空间很大，随着LED效率的快速提升，LED路灯在节能方面显示出了巨大的潜力，符合节能减排的国家政策。光效优势：因为人眼在道路照明的背景亮度中处于中间视觉状态，人眼视觉响应是随环境照明变化的，在中间视觉状态下LED路灯比常用高压钠灯路灯的发光效率高，通过光谱加强等优化方法可以得到发光效果令人满意的LED光源[6]。调光优势：LED灯具可实现0~100%连续调光，可根据环境光照及交通状况灵活调整光输出，在保证照明质量的同时降低不必要的功耗。采用传统钠灯及金卤灯的路灯，一般只能实现小范围的调光控制，应用中不可避免的受到其最低工作电压要求的局限性。正因为LED拥有如此巨大的优点，似乎全世界的目光都聚焦在LED这个新型的光源上，被誉为2l世纪的绿色照明产品，甚至人们预言未来会取代大部分传统光源。为此，我们在部分道路上安装了几款国内规模较大的几个厂家的LED路灯，对目前LED路灯能否在城市道路照明发挥应有的作用进行了试验。

4佛山市某项道路照明节能改造

4.1项目概况

佛山某道路全长约2400米，道路的路灯安装情况见表1。

4.2节能改造方案

实施节能改造工程之前，首先应对改造项目现有的能耗情况、运行效果进行诊断，诊断的方法主要包括资料搜集分析、理论计算及现场测试等三种。其次是根据诊断结果对项目进行改造的可行性及预计达到的节能量进行合理的评估，从而制定科学的改造方案。

4.2.1改造前诊断本项目在改造前，对道路照度、照明配电系统进行了现场测试，测试方法及相关结果如下：（1）照度测量范围在道路纵向应为同一侧两根灯杆之间的区域；在道路横向，现场灯具采用对称布灯或双侧交错布灯，宜取二分之一的路宽。（2）照度测量布点方法道路照度测量应将测量路段划分为若干大小相等的矩形网络。照度检测采用数字式照度计。照度测量的测点高度应为路面，道路照度测量可采用中心布点法和四角布点测测量。（3）照明配电系统佛山某道路的照明配电系统共设置2个配电箱进行控制。其中L1配电系统（自编系统），其大概控制约56盏灯的道路照明，L2配电系统（自编系统），其大概控制约56盏灯的道路照明。L1及L2配电系统的整体测试数据见下表2。

4.2.2改造主要采用的技术措施（1）合理优化照明设计参数通过抽检机动车道23个区间的路面平均照度，检测结果均达到《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）的要求，且远高于标准要求（道路路面平均照度实测值为20.5lx，标准要求为15lx），通过合理优化照明设计参数从而实现节能。（2）更换高效的节能灯具将现有的高压钠灯置换成能效较高的LED灯。（3）重新规划配电系统对照明系统进行合理的改进，尤其是要合理布置配电系统，并做好相关维护工作。

4.3节能效果计算

改造方案制定完成后，应对节能效果进行理论计算，通过计算进一步核实改造方案的可行性。（1）节能量估算值各配电系统的节能量计算公式如下：△P=PY-P''''H（1）式（1）中：△P—节能量，kW；PY—改造前能耗值，kW；PH—改造后能耗值，kW。若改造前后各配电系统管辖灯具数量不变，则改造后1小时的节能量计算见表3。（2）节能率节能率计算公式如下：ξ=ΔPPY×100（2）式（2）中：ξ———节能率，%；ΔP—节能量，kW；PY—改造前能耗值，kW。根据以上公式即可计算出L1配电系统的节能率，改造后的L1配电系统节能率约为51.2%，L2配电系统节能率约为48.6%，节能效果明显。

5小结

综合以上方面，通过现场测试及理论分析说明城市道路照明应充分重视节能，需要从以下三个方面着手：一为设计理念要杜绝越亮越好的观念，如改造前照度值设计偏大，改造后可按照国家标准或者行业标准适当降低照度值；二为选择好性能好的光源和灯具，充分发挥LED节能灯的优势；三是要对照明系统进行合理的改进，尤其是要合理布置配电系统，并做好相关的维护工作。另外，政府也要积极支持节能照明，在政策上给予宽松的环境与鼓励性补贴，努力探索道路照明节能的新途径。