城市道路照明节能设计分析

总751期第十七期2021年6月
河南科技
Henan Science and Technology
城市道路照明节能设计分析
郑燕亲
（厦门市市政工程设计院有限公司，福建厦门361000）
摘要：节能是国家发展经济的一项长远战略方针，综合利用并节约能源可以促进我国国民经济的绿色发展。

在城市发展过程中，道路照明的节能设计是实现节能减排的重要途径。

本文从光源选择、变压器设备选择、智能控制等方面入手，分析城市道路照明的节能设计。

关键词：道路照明；节能设计；智能控制；城市
中图分类号：TU113.666文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）17-0109-03 Analysis on Energy-Saving Design of Urban Road Lighting
ZHENG Yanqin
（Xiamen Municipal Engineering Design Institute Co.,Ltd.，Xiamen Fujian361000）
Abstract:Energy conservation is a long-term strategic policy for the state's economic development,comprehensive utilization and energy conservation can promote the green development of China's national economy.In the process of urban development,the energy-saving design of road lighting is an important way to achieve energy-saving and emis⁃sion reduction.This paper analyzes the energy-saving design of urban road lighting from the aspects of light source selection,transformer equipment selection and intelligent control.
Keywords:road lighting；energy-saving design；intelligent control；city
城市道路照明可以为车辆驾驶员及路上行人提供一个良好的可视环境，进而为人们夜间出行创造安全感和舒适感。

随着国民经济的快速发展，我国城市化建设不断推进，城市道路照明需求越来越多，其能耗随之大幅提升。

因此，道路照明节能也是设计人员必须考虑的关键问题。

新时代，必须全面贯彻和落实习近平生态文明思想，以合理利用能源、提高效率为核心，树立节能理念，转变发展方式，调整基础服务设施结构，强化科技创新，加快构建资源节约型、环境友好型的基础服务生产方式和消费模式，促进基础设施建设又好又快发展。

基于此，本文以厦门市大嶝大桥道路照明设计为例，分析城市道路照明常用的节能措施。

1工程概况
现状大嶝大桥跨径布置为（4×35）m+（5×35）m+（40+ 3×60+40）m+（5×35）m+（5×35）m，桥梁规模为大桥。

主要建设内容为对现状大嶝大桥两侧进行桥梁拼宽改造，车行道由双向6车道提升至双向8车道，并在桥梁两侧新增人行道，满足两岸慢行连通需求，拼宽后的桥梁全宽由原
来的26m增至43m。

项目路线全长约为1.26km，其中，桥梁拼宽改造段为931m，道路等级为城市主干道，主线设计速度为60km/h，辅道设计速度为40km/h。

2道路照明节能设计
2.1道路照明节能概述
实行节能措施的前提是保障城市道路照明质量，达到城市道路照明目的。

要结合道路等级，依据相关设计规范，确定合理的道路照明节能设计方案，有目的地选取各项设计参数，在降低能耗、提高能源利用率、节约能源的同时，使照明效果最优。

2.2设计标准
本项目道路照明设计执行《城市道路照明设计标准》（CJJ45—2015），该标准给出了亮度、照度两套评价系统及相应的评价指标和数值，设计时主要以照度评价系统为准。

首先应根据规划进行分析，并与住房和城乡建设部门、交通管理部门沟通，确定道路等级，根据道路重要性合理确定照度标准；进行计算分析，拟定设计方案；综合考虑节能与投资经费开支情况，采用节能的高效光源；
收稿日期：2021-05-20
作者简介：郑燕亲（1987—），女，本科，工程师，研究方向：电气设计。

交通与建筑
·110·第17期
最后进行多方案综合经济比较分析，从中找出最佳照明
设计方案。

大嶝大桥道路等级定位为城市主干道，根据
《城市道路照明设计标准》（CJJ45—2015），确定其设计参
数，如表1所示［1］。

表1大嶝大桥道路照明设计参数
序号1 2 3 4
设计参数
道路等级
平均照度/1x
照度均匀度
功率密度值/（W/m2）
详情
城市主干道
30.0
0.4
1.0
2.3光源节能
在选择光源时，以满足道路功能照明为基础，结合景观照明要求，通过比较传统高压钠灯、金属卤化物灯、高频无极荧光灯和发光二极管（LED）灯的主要技术指标（见表2），本项目确定照明光源均采用LED灯。

目前，国家号召节能减排，提倡绿色照明，LED光源具有节能、环保、寿命长、免维护、易控制等诸多优势，大功率LED产品的应用有比较大的潜能。

综合考虑照明质量要求和节能环保等因素，本项目采用LED灯。

2.4变压器节能
作为道路照明供配电系统的一个重要环节，变压器的设备能效值对于系统整体的能效影响比较大。

本次设计遵循以下原则，达到变压器节能的目的。

2.4.1设备选型。

由于道路照明白天断电、夜间通电的运行特点，其专用变压器的空载工作时长比一般大于50%，选用经济、合理、节能型的变压器也是节能设计的一项重要内容。

本项目选用节能的S13-M系列高效变压器，减少损耗，降低运行成本［2］。

2.4.2负载率。

为减少变压器损耗，通常需要保证变压器在高效率下工作［3］。

本项目通过计算用电负荷大小，合理配置变压器的容量，使变压器能够高效地运行，从而节省电能。

本项目采用路灯箱式变电站，可以为本项目道路及周围道路照明、景观照明、广告灯箱、交通信号灯及公安监控等用电提供电源。

变压器的负荷情况如表3所示。

表3变压器负荷情况单位：kW
序号
1
2
3
4
5
6
负荷名称
道路照明
景观照明
交通信号灯用电
广告灯箱用电
公安监控
预留
大小
99.65
20
10
10
10
20
经计算，变压器负荷功率为169.65kW，变压器负载率为71.43%。

实践表明，变压器的长期负载率是额定容量的50%～70%时最合适，在此条件下，电能损耗最小。

2.4.3无功补偿。

配电变压器的效率不仅随着输送有功功率的变化而变化，还随着负荷功率因数的变化而变化。

功率因数不得低于0.9，通常功率因数低时，变压器效率相应降低，应对变压器进行无功补偿，提高功率因
表2常见光源的技术标准对比
参数名称
综合光效/（lm/W）平均寿命/h
色表
色温/K
显色指数
灯的点燃再燃时间
灯温/℃
路灯配光
优点
缺点
性价比
高压钠灯
70～120
28500
黄白色
2000～2500
20～30
3～5min
＞350（很高）
好
点燃后可在较低电压下工作；
光效高，耐震；透雾性强；和其
他光源混光，可获光效高，照
度高，光色改善
显色性差；需要配备整流器、
启辉器才能启动；后期存在一
定的维护成本；光源及整流器
使用寿命一般；光源含有害金
属汞，灯具报废时易污染环境
初期成本低，运行成本高，不
环保，性价比低
金属卤化物灯
65～90
20000
白色光
3800～4300
69
10s左右
＞300（很高）
一般
发光效率高；光色好，核心电流
小，电压波动稳定性比较高
寿命短，光稳定性差（起动后，
15min才稳定）；关闭后需要约
10s起动；光源含有害金属汞，
灯具报废时易污染环境
初期成本低，运行成本高，不环
保，性价比低
高频无极荧光灯
65
60000
白色光
2700～6500
80
瞬间点燃
＜80（较低）
差
寿命长，节能（光效高），瞬间
点燃，无闪烁现象，光衰小；亮
度高，光线柔，显色性好；绿色
环保光源，对环境无污染
价格较贵；有电磁干扰，需要
高频电源；目前无法实现大功
率化，一般功率在165W以
内；目前没有统一的国家标
准，元器件不能自由替换，增
加维护成本
初期成本较高，但运行成本较
低，节能环保
LED灯
100～110
50000～100000
白色光、多色光
3000～7000
＞65
瞬间点燃
＜60（很低）
好
高效节能；寿命长；耗电少，维护
成本低；光色好，高显色性；绿色
环保，不产生有害物，无辐射；可
实现智能控制，人性化设置
首期投入成本较高；需要驱动电
路；行业内生产厂家太多，技术参
差不齐
初期成本高，但运行成本低，节能
环保
城市道路照明节能设计分析
第17期·111·
数，这样可以大大减少无功功率在变压器上的传输，从而减少变压器上的损耗，这种方法节能效果显著［4］。

当功率因数较低时，通常采用就地电容补偿或者减少感性负载运行。

本项目在变压器低压侧设置集中功率因数补偿装置，补偿后功率因数应大于0.9。

提高电压质量，减低线路损失，提高了变压器的利用率。

2.5控制节能
2.5.1智能控制。

路灯控制柜内安装智能控制系统，降低下半夜照明功耗。

据调查，各城市道路的年平均照明时间为4380h，而每天22:00以后，道路上车少人稀，即便是繁华街道，00:00—06:00，道路上也罕见行人和车辆。

低交通流量的道路仍然保持大交通流量时的设计照明亮度，显然是对电能的巨大浪费。

本项目可采用计算机智能控制技术进行照明调控，这是当今国际上流行的路灯节能控制技术。

该技术充分考虑了城市道路照明的时间状况，采用现代控制论中的最优控制方法，对路灯电压及照度进行动态智能化管理。

其基本思路为：在繁忙时段，控制路灯保持标准的照度；而午夜时分，道路上人少车稀时，开始自动调整电压，通过对用电电压的智能控制，减少后半夜因城市整体用电减少所引起的电压偏高而造成的大量电能浪费。

该技术主要采用后半夜调整电压、调暗路灯的方法大幅降低电耗。

本项目路灯均为全夜灯，每日00:00以后，光源功率降至全功率的70%。

2.5.2本项目降低电能消耗的计算。

本项目共设置113盏路灯，具体信息如表4所示。

全年路灯运行时间为4380h，则全年总耗电量约为33164.7kW·h/a，折标准煤40.946t/a。

经计算，不采用节能措施的年耗电量为333164.7kW·h，采用节能措施的年耗电量（智能照明控制系统的工作时间按00:00—06:00考虑）为292317.8kW·h。

通过采取上述降低电能消耗的措施，可实现年电耗量降低40846.9kW·h的节能效果，至评价期末总计节省电能消耗816938.1kW·h，折合节省标准煤100.402t［5］。

2.6其他节能措施
路灯采用三相四线制照明线路，用跳接法配线，使三相负荷均衡分配，用电均衡，降低线损。

选用良好导电率
的铜芯电缆作为照明导线，达到降损节能的目的。

路灯管理部门要加强对灯具的维护管理，每年清洗灯具不少于两次，以确保灯具维护系数达到0.7。

表4路灯设置情况
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
灯杆类型
10m单叉路灯
12m单叉路灯
12m高低叉路灯
14m单叉路灯
14m高低叉路灯
16m4叉路灯
16m6叉路灯
桥下吸顶路灯
桥下吸顶路灯
3.5m庭院灯
灯具功率/W
225
300
300+120
2×225
2×225+60
4×300
6×300
120
300
30
数量/套
13
15
5
20
48
2
4
2
4
14 3结语
城市道路照明节能涉及整个项目的全过程，需要从规划设计、营运管理等方面入手。

在确保照明符合相关标准的前提下，严格遵守功率密度值控制原则，选用节能环保材料，提高光源效率，并借助先进的科学技术，实现智能控制，为城市道路照明的节能减排提供有效支持。

参考文献：
［1］住房和城乡建设部.城市道路照明设计标准：CJJ45—2015［S］.北京：中国标准出版社，2015.
［2］蔡浩.绿色建筑节能变压器的选型［J］.江苏建筑，2018（1）：112-114.
［3］刘华.道路照明节能技术探讨［J］.照明工程学报，2010（6）：109-111.
［4］常宏.10kV配电变压器节能经济运行措施探讨［J］.节能环保，2013（8）：22.
［5］国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.综合能耗计算通则：GB/T2589—2020［J］.北京：中国标准出版社，2020.
城市道路照明节能设计分析。