城市道路照明节能初探
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5 6 道路照明 DAo L U ZHAo M I NG J u n e 2 0 0 6 VO l _ l 0 No 2 城 市 道 路 照 明 节 能 林 馨钦 厦门市政工程管理处路灯管理所(3 6 1 0 0 3)初 探 摘要城市道路照明应从采用优质高效照明装置、照明专用变压器、三相四线配线方式、优化控制系统 等方面来挖掘节能潜力。关键词道 路照明照明控制节能 Pr e l i m i na r y Re s e a r c h o n Ci t y Ro a d Li g ht i ng Ene r g y-s av i ng Li n Qi n g x i n (Xi a me n P u b l i c Wo r k s Ma n a g e me mt Ag e n c y Ro a d L i g h t i n g De p a r t me n t,Xi a me n,3 6 1 0 0 3)Abs t r a c t:Be i n g i n q u i r e d i n t o h i g h q u a l i t y a n d e ffi c i e n c y l i gh t i n g de v i c e,t r an s f o r me r f o r l i g h t i n g,t h r e e p ha s e f o u r-wi r e s y s t e m an d o p t i mum c o n trol s y s t e m e t c,t h e e n e r g y s a v i n g c a pa b i l i t y i s t a p p e d Ke y W o r d s:r o a d l i g h t i n g;c o n tro l l i g h t i n g;e n e r g y s a v i n g 随着经济、科学技术的发展和人民生活水平的提 高,城市照明已经成为衡量一个城市现代化水平的重 要标志,它在提高城市形象、改善城市环境同时,不可 避免的带来用电费用的大幅增加,增加了各地政府的 负担。因此,在 不降低照明标准、满足更高的照明质 量和视觉环境的前提下,城市照明的节能是很有必要 的。目前,我国的 城市道 路照明设 计标准 C J J 4 5-9 l 与C I E的有关技术准则还有一定的差距,由于各地 经济发展的不平衡性,对城市道路照明的要求也有差 距,在合理选择照明标准的情况下,笔者认为主要应 通过 以下几个方面挖掘城市照 明节能潜 力:1 采用优质高效的照明装置 1 1合理选 用高效、节能的 电光源 光源 的节 能主要取 决于它 的发光效率。道路照明 应尽量选用高光效的光源,还应根据它的显色指数、使 用寿命、调 光性能、起点特性等综合考虑,合理应 用。所有的高效光源都有其适用场所,决不能简单地 用同一类节能光源来代替。城市道路照明应根据不同 的道路情况,合理使用新一代的节能光源,如用 电子 节能灯替换白炽灯、高压钠灯、金卤灯替换高压汞灯 等,其光源可按表 l 选取。表 1 道路照明光源的适用场所 适 用场所 光源种类 快速路、市郊道路 低压钠灯、高压钠灯 主干路、次干路 高压钠灯、金 卤灯 支路、住宅区道路 小功率高压钠灯、电子节能灯 市 中心、商业 中心等对 金 卤灯、显色改进型高压钠灯 颜色 要求较高的场 所 1 2采用高效、光通维持率高的灯具 灯具是对光源发 出的光进行再分配的装置,如果 光源发出的光能大部分被吸收,能量的利用率太低,必然造成能源的极大浪费。衡量灯具的节能指标是光 输出 比L _ O R(灯具效率)。假 如一个灯具的 L O R 是 0 6 5,而另一个更高效 的灯具 的 L O R 是 0 7 9,则在 使用 同样的光源、消耗 同样 能源的情况下,后者 的照度可提高2 1 5;而灯具光通维持率的高低决定 着照明设计时的初始照度,若有一个灯具的光通维持 率为0 6,而另一灯具为0 7,若在同样场所、条件下 使用,则照明设计的初始照度就可降低 l 6 7。由此 可见,选用优质高效、光通维持率高的灯具对照明节 能具有重要的意义。对于道路照明而言,还应使发出的光通量尽可能 的落到被 照的道路上,即应充分地 提高灯具的光通利 用系数 1、。1、与灯具 的安装高度 H、倾斜角度 0、配光 方式、灯具效率等有关。同时,为了满足道路照明对 眩光限制的要求,灯具的选择应严格按道路照 明标准 的规定执行。灯具的选择应严格按道路照明标准的规 定执行。灯具及其配光方式一旦选定,合理选择安装 高度 H、安装间距 S、倾斜角度 0 对提高道路照明质 量及T 1 是很重要的。根据笔者多年的经验,考虑照明 各种参数要求、经济、节能及美观等因素,S H按 3:l一4:l、倾斜角度0 在5一l 0。之间选取为好,对 于气体放电灯(高压钠灯、金卤灯)其安装高度按其 光通量大小确定,表2 列出了各种规格的高压钠灯、金 卤灯的最小安装高度,否 则应采取措施如调节 0 的角 度、采取遮挡。维普资讯 http:/ 2 0 0 6年 6月 第 l 0 卷第 2期 林馨钦:城市道路照明节能初探 5 7 表 2照明灯具的最小安装高度 光源规格(W)最小安装高度(m)l 0 0 6 l 5 0 7 2 5 0 8 4 o o l 0 6 0 0 l 3 1 3推广使用电子镇流器 目前,城市道路照明使用的高压钠灯、金卤灯等 高光效的气体放电光源,均需要有镇流器等附件才能 正常工作。传统的电感式镇流器笨重、耗材、噪音大、功率 因数 低 等缺点,已严重 拖累这 些高 效光源 的利 用,而电子镇流器具有高效、节电、无噪音、功率因 数高和电压范围宽等优点。各种气体放电灯配用电感 式镇流器其功率损耗以光源功率的百分数见表 3,而 配用电子镇流器其损耗的百分数为 5。以 2 5 0 W 高 压 钠灯为例,电感镇 流器的损耗为 4 0 W,而电子镇 流 器的损耗只有 1 3 W,同样的光源,配用不同的镇流器 就可节电l O 8;另一方面,由于使用电子镇流器大 大提高 了线路 的功率 因数(大于 O 9 2),从而使线路 的损耗大幅度的降低,同时,电子镇流器使气体放电 灯在高频下工作,使灯管光效提高近 l O,从而提高 整个系统的效率。可见,使用 电子镇 流器能大 幅度节 能,提高气体 放电灯的功效,改善照明质量。就供电系统而言,同 一线路在不增加供电容量和设备的情况下,带灯的数 量可增加3 O 一4 O,它代表着镇流器的发展方向。表 3镇流器功率损耗占光源功率的百分数 镇流器功率损耗 占 光源种类 功率(W)光源功率的百分数()荧光灯 3 0-4 0 2 3-2 7 荧光高压汞灯 1 2 5 1 o o o l 0-2 0 l o o o 7 金卤灯 4 0 0 l l 2 5 0 1 4 40 0 l 5 5 高压钠灯 l o o、l 5 0、2 5 0 l 6 7 0 2 0 2 采用照明专用变压器,三相四线式的配线方式 2 1道路照明供 电的特点 道路照明具有供 电线路较 长,负荷较大 的特点,一般来说,道路照明的供电方式主要有:中压电和低 压 供 电两种形式。中压供 电虽然有其独特的优点,但 由于新建时一次投资大低压供电是 目前普遍采用的 供 电方 式。随着经济的发展,各地大 多采用设 置照明 专用变压器作为道路照明电源,避免了外界因素对电 压质量的影响,为照明线路提供较为稳定的电压,从 而减少光源光通量的脉动。2 2 各种配 电线路耗能 比较与道路 照明配 电方式 的选择 道路照 明的低压 配 电方式一般有:单相二线 式、二相三线式、三相四线式等,配线线路的损耗AP等 于线路的有功功率损耗P,和无功损耗AQ,之和。为 了简化 计算,假设负 载的功率 因数 C 0 S =l,同时 不计变压器的损耗,则AP:AP,=F R(I 为线路计 算电流,R为线路 电阻),对于单相 网络(单相变压器 供 电):I=P U;对于三相 网络,根据单相用 电设备 组三 相等效计算负荷的确定。各种配线 的电能损耗 比(设 单相网络的损耗 比为 1 0 0)见表 4。表 4不同配线的电能损耗比比较 配 电方式 损耗 比()单相网络 l 0 0 单相二 线式 l o o 二相三线式(二相跳接)2 5 三相四线 式(三相跳接)l 6 7 注:假定导线截面积相等,配线距离相同,照明 负荷 相同,功率 因数为 l 从 表 4的 比较 可见,采用三 相 四线式 的配 电方 式,线路的电能损耗最小,只是单相网络或单相二线 式的 1 6,是二相三 线式的 2 3。而对于 采用三相 照 明专用变压器供 电的道路照 明线路 由于单相二 线式、二相三线式很难保证三相供电平衡,一般不采用。另 一方面,由于道路照 明一 般采用的是气体放 电光源,电源电压对灯的正常工作影响很大,电压太高易引起 灯的自动熄灭电压降低则光通量减少,光色变坏。采 用三相 四线式的配 电方式,若配 线距 离相同,线路损 耗小,线路始、末端的电压变小,对照明质量影响较 小。总之,城市道路照明采用专用变压器及三相四线 式的配 电方式对节能和提高 照明质量是行之有效的措 施。3 优化道路照明控制系统,对道路照明进行时时 监控 3 1以微电脑智能控制器替代传统的定时钟,对 道路照明系统进行控制。传统的定时钟控制,虽然能自动控制每天的开、关灯,但随着季节的变化,日出 日落 的时间差异很 大,使得 换季时要投入人力对时控 制器设 定的时 间进行修 正,时间控制的精确度较低,其误差在 1 5 mi n;而 微电脑智能控制器是一种根据地球不同经纬度的日出 日落的时间变化自动调节开、关灯的时间控制器,只 要一次性设置好当地经纬度、日期、当前时间及开、关 灯的时间,控制器就可根据当地每天 日出日落的时间 变化自动调节时间变化,准确 自动修正开、关灯时间,维普资讯 http:/ 5 8 林馨钦:城市道路照明节能初探 J u n e 2 0 o 6 V_0 I 1 O No 2 具有一次设置多年不变、失电保护、时间控制精确的 特点。采用微 电脑智能控制器作为道路照明的控制 器,能够避免 由于开、关灯时间不准确而造成 的电能 浪费。3 2根据不同的道路结构,对道路照明进行分割 控制 城市的主干道路一般分为快车道、慢车道,照明 也通常考虑了快、慢车道的照明。在后半夜,慢车道 的行人、非机动车辆稀少,慢车道的照明就不是很重 要,可以在下半夜关掉慢车道的照明;另一方面,为 了提高照明质量,目前许多城市的照明使用了双光源 灯具或一杆多灯具,而在下半夜由于车辆稀少,对照 明的照度 要求可 适当降低,关掉一盏灯,对照明的其 它参数影响不大。总之,对道路照明进行分组控制,是 节约能源的有效途径。其系统方框图、二次控制原理 图 n尢图 l。系统方框图 二次控制原理图 图 1 L N R D I WS J 2 3 3提高道 路照明的科技含量,开发使用道路照 明微机监控系统,实现对照明的实时控制及智能化的 节能控 制。目前,国内部分较发达的城市相继开发、安装了“城市照明监控系统”,实现了对道路照明的智能化(实时)监控,如深圳、南京、厦门、成都等地。其原 理大同小异,一般能实现“遥控、遥测、遥信”控制,具有对道路照 明的“全夜灯、半夜灯、夜景灯”进行 多级化的控制,对各分控点的电压、电流、功率因数 及接触器状态等电参数进行 自动巡回检测,对分控点 的各种故障进行监测及相应的语音报警,自动调节各 分控点的电压等功能,已大大的改善了道路照明的运 行控制方式,取得了较好的社会效益和一定的经济效 益。由于其节能措施主要是对各分控点采用分组适时 控制、准确的控制开、关灯时间和降电压方式来实现 的:而道路照明具有供电线路较长、负荷大、光源一 般为气体放电灯的特点,使得线路的压降较大,而光 源对电压要求较高,所降电压的空间有限,节能效果 不明显。因此,现有的系统并没有取得明显的节能效 果。为了实现最大限度的节能和取得最佳的照明效 果,提高道路 照明的质量 控制,实现人性化管理,可 根据道路的交通情况实行分时、分段调整道路照明的 功率。笔者认为,可在现有的“城市照明监控系统”的 基础上增加“遥调”的功能,即在各照明个体上增加 一智能化的调光控制设备(包括前端控制器、降功率 节能转换器等设备),也就是通常所说的“单灯控制 代 号 名 称 C l、C 2 真空接触器 R D l 熔断器 R D 2 熔断器 L l、L 2 选择开关 K A l、K A 2 中间继电器 W S J 微电 脑智能控制器 l H K 平开关 13 D 白 炽灯 器”,智能化单灯控制器与分控点、照明控制中心构成“城市照明网监控系统”,使道路照明管理部门对每一 盏灯进行动态的监控。它可直接接收控制中心的指令 或按预定设置的时间对单灯进行开、关及降功率控 制,根据需要将道路照明控制在额定功率或降功率的 状态下运行。系统组成方框图如图 2。系统组成方框图 图 2 4 结束语 随着绿色照明工程的不断推进,城市道路照明的 节能越来越被人们所重视,各大中城市纷纷采取各种 节能措施进行探索和实践,也取得一定的效果。但节 能的关键还是在于不断提高道路照明的科技含量,使 用最有效的照明装置,优化照明控制,最终达到按需 照 明。维普资讯 http:/
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