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摘 要：城市路灯照明质量以及节能，早已引起政府的高度重视，国家建设部和发改委已专门就我国城市路灯节电问题采取了措施，并发出了通知，明确强调城市道路照明建设应在高效健康的绿色照明向发展，努力抓好城市道路照明质量和节能两项重要工作，并希望能引起全社会的广泛关注，共同节约国家资金。
关键词：城市照明；道路路灯；节能方法
前言
城市道路照明尽管种类繁多，要求各不相同，最终都要符合国家标准，要满足行车功能，视觉所需条件、路面亮度、照度和眩光的控制等都要达到要求，达到行车安全畅通、行人心怀安全感，又能使城市路灯照明建设体现出一个城市环境美化程度，成为一道道光色亮丽和谐悦目风景线，反映出城市的文明风貌。
1道路照明设置
1．1道路照明主要参数计算
1．1．1路面任一点的照度计算
路面上设置的灯具i对路面任一点P的照度可按式1计算
EPi =Iγβcos3γ/H2 （1）
1式中，EPi为灯具i对路面上P点的照度值； Iγβ为对P点的垂直角γ 和水平角β在灯具样本的配光曲线或光强中对应得值；γ为灯具i的光轴与P点光线的夹角；β为P点与光源在水平面内对应的夹角；H为灯具i的安装高度；照度计算如图1
一般在道路中，对应于一个点，同时有若干个点光源在该点投有光通量，而在道路设计照明计算时，一般只要求计算该点附近3～4盏灯具的光照叠加值，将叠加后的照度值作为该点的亮度值，如式2
EP=ΣEPi（2）
1．1．2 平均照度和均匀度
按灯杆宽度和路面宽度选择若干个有代表性的点．求出其中的照度值。其中必然会出现极大、极小值。利用式(3) 式(5)可计算平均照度Eav 均匀度E0和纵向均匀度E1：
Eav=(ΣEP)/n （3）
E0=Emin/Eav（4）
E1=Emin/Emax （5）
式中：n为所取采样点的个数；Emin为所取得采样点中照度最小的值；Emax为所取得采样点中照度最大的值。采样点取得越多．计算值精度就越高。
1．1．3 亮度指标的计算
由亮度系数Q0和照度换算系数P0的公式：
Q0=L／E； P0=E／L=1／Q0(6)
式中，Q。为路面的亮度系数；P0为路面照度换算系数：L为路面某单元的亮度值；E为路面某单元的照度值。
由式(6)可得路面亮度的计算式(7)：
L= Q0E=E／P0(7)
亮度系数决定于路面的材料性质、光源、光环境和观察者相对于观察单元的位置。我国公路行业对水泥混凝土和沥青路面的P0值取为15和2l；在隧道内则改取为l3和22。
1．2 道路照明设置
1.2.1 照度标准
衡量照度的指标：照度的好坏除能否看清物体外，還有看清物体的难易程度，心里感觉舒适性等，衡量照度水平要综合考虑视角功能、舒适感、经络性、节能等因素。不同的社会条件，不同的地区照度水平可能存在较大的差别。如某些地区常规做法是将设计照度标准比现行城市道路照明标准高一至两个等级要求。照度标准是有分级的，照度级差大体为1．5倍的系数，我国的照度标准的分级如下：0．5、1、2、3、5、10、15、20、30、50…3000Lx。在城市道路照明设计时，可以选用其中的部分标准。新标准的特点：过去以工作面上最低照度为标准，现在改为工作面上平均照度为标准；过去标准是单值，新标准改为照度范围，更适合实际情况，有利于灵活运用。例如某～级照度标准为75—100—150Lx，其中值100Lx是推荐值，采用75Lx和150Lx均可。照度标准是设计时重要技术参数之一，必须贯彻执行。
1.2.2 主车道照明设置
主车道照明有杆柱式、高杆式、悬索式和高栏式等几种，通过它们的优缺点对比，采用其中的杆柱式作主车道照明比较合理。而且在实际主车道照明工程中，已被广泛采用。因为其优点颇多，在杆柱的项端安装照明器，杆柱沿道路配置，其特点式照明器可以沿线形任意布置，并能有效地照到路面，也就是说用小光通量的光源就能满足要求，经络性、诱导性均比较好。
随着灯具安装高度的增加，眩光越来越少，整个照明的舒适性相应增加，同时亮度分布面积扩大，得到同样均匀度所需灯具数量减少。根据以往的经验，气体放电灯的杆高，在10～15m是经济的。照明器的眩光和人眼的位置有关，并与照明器的垂直照度成比例，除限制照明水平方向发光强度外，灯具的安装高度也有很大影响，当安装较高时，杆的间距变大，视野内的灯数减少，产生眩光亮度的视角减少，从而使眩光减弱，为了限制眩光，表1给出了按光源光通安装灯具的最小允许高度值。可作参考。
用于主车道照明的杆柱式结构，包括杆柱、悬臂长度和悬臂仰角(即灯具安装仰角)，杆柱的悬臂有单边和双边两种，一般单边悬臂杆柱安装在车道边，悬臂伸向车道，双边悬臂杆柱一般安装在车道中央绿化带，两悬臂分别伸向来往车道，有些也安装在车道边，一悬臂伸向人行道，一悬臂伸向车道。为了获得主车道合理照度和抑制眩光，保证照明质量，除优选杆柱尺寸外，对悬臂优化尺寸选定同样重要，一般悬臂外伸的长度是按灯具发光部门长度(即沿道路横断方向发光部分的长度)来决定的，CIE建议悬臂长度不能超过杆柱高度1／4，比较具体要求科参加表2。
悬臂倾斜角度(即灯具安装倾角)选择，应当重视车道和人行道照明器的光通分配，必须使车道和人行道有相同的宽度，因而照明器尽量采用水平安装。因为倾角较大时，会增加眩光，慢车道和人行道的亮度降低。实践证明，悬臂倾角可以作成50或15。，一般选在5°以下合理。倾角过大，虽然车道侧的照明利用率增加，但人行道的照明利用率则下降。
2城市道路照明的节能措施
城市路灯照明节能的渠道方法很多，综合起来节电效果较好的有光源合理选择、先进的设计、控制系统合理、提高功率因数和定期维护等几项，分述如下：
2．1光源的选择
选用节约电能的光源和灯具，是节电的重要内容，所以要选择经济性好，消耗电能和投资、维护费用低、发光效率高、寿命长、光色和显色性好、光通量高、气体放电等配套的镇流器，启动设备等性能要好的光源。如表3可以参考。
光源和灯具的合理选择，对节约电能影响很大，如选择不当，电能损失可高达30～40％。反之，就可以大大节约资金。
光源的发展大约分为三代：白炽灯为第一代，荧光灯和高压汞灯为第二代，高压钠灯为第三代。从表3可见，高压钠灯的发光效率和寿命最高，效率是高压汞灯的2到2.3倍，寿命是4～4．8倍，效率是白炽灯5．6～11倍，寿命是16～24倍。用高压的钠灯取代白炽灯，可节约电能80％以上，代替高压汞灯可节电60％。同时高压钠灯还具有结构牢固、抗绣蚀能力强，技术性能稳定、光通维持性好，维护系数高、透光性强等优点。所以高压钠灯已成为被广泛采用的光源，城市路灯照明己大量采用。
2．2合理的道路照明设计
道路照明设计应遵循国家的规范和标准，设计前要做好调研工作，调研道路的种类、路线形式、道路平剖面、路面反射率和交通情况，区别主干及分支道路、管理形式，推算交通量与行车速度。特别要注意重要交叉点，人行横道的附近情况，其次调查道路周围有关情况、气象条件、供电电源等。重视影响道路照明
设计质量的主要因素：
(1)路面的平均亮度；
(2)路面亮度分布的均匀程度；
(3)采用照明器的技术指标与眩光抑制程度；
(4)道路照明器布置的诱导性等。合理的道路照明设计十分重要，如果图纸有缺陷或设备选择不当，都会造成损失，损失就造成浪费。
2．3控制路灯的设置更合理
控制路灯的开关，要控制方便、准确和安全，不管采用人工、时钟自控、光电自控或微机控制的启闭时间都要准确，这是可以节电的一个方面。以某市为例，装灯容量从97年底统计为700kW，如果控制路灯启闭时间不精确，提前亮灯或延迟熄灯都会浪费电能。
2．4降低照明线路无功损耗和缩小供电半径
目前城市路燈照明，相当部分是感性负荷，电源除供给有功功率外，尚需供给无功功率。由于无功电流通过线路系统，导线上有电阻造成电能损失，并会引起如下损害：功率因数愈低，则电力算是愈大，电压降低愈大；增大电力损耗，感性负荷导致无功电流而产生电力损失和降低电压，电压降低路灯亮度也降低，不能保证照明质量；影响电费收费率(低)，所以水电部用电规则规定，用户必须保证有功功率在0．9～0．95，装设必要的电容补偿，在电源侧并有关接入电容器组，将无功功率降低到最低限度，也就是提高功率因数。充分考虑按负荷的增减，采用不用容量移相电容组补偿来改善功率因数。补偿电容组接入电源用三角形接法比较好。功率因数补偿要自动控制，控制器指令分步投合，以感性负载功率因数的大小自动分步组合投入或推出电容器台数，以保证功率因数经常处于0．95左右，以改善感性负载滞后的功率因数，达到节能目的。
2．5路灯系统和灯具定期维护
城市路灯系统常在风吹雨淋、粉尘等异常环境中使用，难免要损坏。如不定期检修，将会成为事故潜伏隐患或出现事故。某市曾有条路灯杆，因年久失修未发现根部锈蚀将断裂，一次强风袭击，突然断裂，刚好压死一个骑自行车路人，带来重大事故。如有定期检修，事故就可以幸免。在路灯系统检修中，首要检测绝缘电阻，在更换灯具和控制部件时，要选用节能高效安全产品，采用合理的维修施工工艺，保证维修施工质量。
灯具的造形、结构形式是由使用场合决定的，为提高灯具的发光效率，很多灯具在制造时都增装了反光板。在灯具使用过程中，反光板会锈蚀减少反射率，降低亮度；灯具玻璃会粘上粉尘、油污等，降低玻璃的透明度。所以对灯具要定期检修，力求保持正常发光效率。灯具能发挥其照明作用，就是把光源产生的光通量透过玻璃灯罩，照射到需要的地方，灯具发光效率就光源光通量的利用率，任何灯具的光源的光通量及反射光板的反射效果，其总发光效率总是小于1，如果同一种功率的光源，一种使用在高效灯具上，光通量利用可达70～80％；另一种使用在低效率的灯具上，光通量只能利用40～50％。那么使用在低效率灯具就浪费电能。所以说明选用高效灯具，定期检修路灯系统，是节能和保证城市道路照明质量有效措施。
3结束语
文章粗略谈了城市道路照明和节能，在希望能得到设计人员的重视支持的同时，更重要的是希望能得到全社会特别是电气工程施工和维护人员的关注，共同节约国家资金。科学技术不断进步，与城市道路照明有关的国家新规范和新标准不断地修订完善。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词：城市照明；道路路灯；节能方法
前言
城市道路照明尽管种类繁多，要求各不相同，最终都要符合国家标准，要满足行车功能，视觉所需条件、路面亮度、照度和眩光的控制等都要达到要求，达到行车安全畅通、行人心怀安全感，又能使城市路灯照明建设体现出一个城市环境美化程度，成为一道道光色亮丽和谐悦目风景线，反映出城市的文明风貌。
1道路照明设置
1．1道路照明主要参数计算
1．1．1路面任一点的照度计算
路面上设置的灯具i对路面任一点P的照度可按式1计算
EPi =Iγβcos3γ/H2 （1）
1式中，EPi为灯具i对路面上P点的照度值； Iγβ为对P点的垂直角γ 和水平角β在灯具样本的配光曲线或光强中对应得值；γ为灯具i的光轴与P点光线的夹角；β为P点与光源在水平面内对应的夹角；H为灯具i的安装高度；照度计算如图1
一般在道路中，对应于一个点，同时有若干个点光源在该点投有光通量，而在道路设计照明计算时，一般只要求计算该点附近3～4盏灯具的光照叠加值，将叠加后的照度值作为该点的亮度值，如式2
EP=ΣEPi（2）
1．1．2 平均照度和均匀度
按灯杆宽度和路面宽度选择若干个有代表性的点．求出其中的照度值。其中必然会出现极大、极小值。利用式(3) 式(5)可计算平均照度Eav 均匀度E0和纵向均匀度E1：
Eav=(ΣEP)/n （3）
E0=Emin/Eav（4）
E1=Emin/Emax （5）
式中：n为所取采样点的个数；Emin为所取得采样点中照度最小的值；Emax为所取得采样点中照度最大的值。采样点取得越多．计算值精度就越高。
1．1．3 亮度指标的计算
由亮度系数Q0和照度换算系数P0的公式：
Q0=L／E； P0=E／L=1／Q0(6)
式中，Q。为路面的亮度系数；P0为路面照度换算系数：L为路面某单元的亮度值；E为路面某单元的照度值。
由式(6)可得路面亮度的计算式(7)：
L= Q0E=E／P0(7)
亮度系数决定于路面的材料性质、光源、光环境和观察者相对于观察单元的位置。我国公路行业对水泥混凝土和沥青路面的P0值取为15和2l；在隧道内则改取为l3和22。
1．2 道路照明设置
1.2.1 照度标准
衡量照度的指标：照度的好坏除能否看清物体外，還有看清物体的难易程度，心里感觉舒适性等，衡量照度水平要综合考虑视角功能、舒适感、经络性、节能等因素。不同的社会条件，不同的地区照度水平可能存在较大的差别。如某些地区常规做法是将设计照度标准比现行城市道路照明标准高一至两个等级要求。照度标准是有分级的，照度级差大体为1．5倍的系数，我国的照度标准的分级如下：0．5、1、2、3、5、10、15、20、30、50…3000Lx。在城市道路照明设计时，可以选用其中的部分标准。新标准的特点：过去以工作面上最低照度为标准，现在改为工作面上平均照度为标准；过去标准是单值，新标准改为照度范围，更适合实际情况，有利于灵活运用。例如某～级照度标准为75—100—150Lx，其中值100Lx是推荐值，采用75Lx和150Lx均可。照度标准是设计时重要技术参数之一，必须贯彻执行。
1.2.2 主车道照明设置
主车道照明有杆柱式、高杆式、悬索式和高栏式等几种，通过它们的优缺点对比，采用其中的杆柱式作主车道照明比较合理。而且在实际主车道照明工程中，已被广泛采用。因为其优点颇多，在杆柱的项端安装照明器，杆柱沿道路配置，其特点式照明器可以沿线形任意布置，并能有效地照到路面，也就是说用小光通量的光源就能满足要求，经络性、诱导性均比较好。
随着灯具安装高度的增加，眩光越来越少，整个照明的舒适性相应增加，同时亮度分布面积扩大，得到同样均匀度所需灯具数量减少。根据以往的经验，气体放电灯的杆高，在10～15m是经济的。照明器的眩光和人眼的位置有关，并与照明器的垂直照度成比例，除限制照明水平方向发光强度外，灯具的安装高度也有很大影响，当安装较高时，杆的间距变大，视野内的灯数减少，产生眩光亮度的视角减少，从而使眩光减弱，为了限制眩光，表1给出了按光源光通安装灯具的最小允许高度值。可作参考。
用于主车道照明的杆柱式结构，包括杆柱、悬臂长度和悬臂仰角(即灯具安装仰角)，杆柱的悬臂有单边和双边两种，一般单边悬臂杆柱安装在车道边，悬臂伸向车道，双边悬臂杆柱一般安装在车道中央绿化带，两悬臂分别伸向来往车道，有些也安装在车道边，一悬臂伸向人行道，一悬臂伸向车道。为了获得主车道合理照度和抑制眩光，保证照明质量，除优选杆柱尺寸外，对悬臂优化尺寸选定同样重要，一般悬臂外伸的长度是按灯具发光部门长度(即沿道路横断方向发光部分的长度)来决定的，CIE建议悬臂长度不能超过杆柱高度1／4，比较具体要求科参加表2。
悬臂倾斜角度(即灯具安装倾角)选择，应当重视车道和人行道照明器的光通分配，必须使车道和人行道有相同的宽度，因而照明器尽量采用水平安装。因为倾角较大时，会增加眩光，慢车道和人行道的亮度降低。实践证明，悬臂倾角可以作成50或15。，一般选在5°以下合理。倾角过大，虽然车道侧的照明利用率增加，但人行道的照明利用率则下降。
2城市道路照明的节能措施
城市路灯照明节能的渠道方法很多，综合起来节电效果较好的有光源合理选择、先进的设计、控制系统合理、提高功率因数和定期维护等几项，分述如下：
2．1光源的选择
选用节约电能的光源和灯具，是节电的重要内容，所以要选择经济性好，消耗电能和投资、维护费用低、发光效率高、寿命长、光色和显色性好、光通量高、气体放电等配套的镇流器，启动设备等性能要好的光源。如表3可以参考。
光源和灯具的合理选择，对节约电能影响很大，如选择不当，电能损失可高达30～40％。反之，就可以大大节约资金。
光源的发展大约分为三代：白炽灯为第一代，荧光灯和高压汞灯为第二代，高压钠灯为第三代。从表3可见，高压钠灯的发光效率和寿命最高，效率是高压汞灯的2到2.3倍，寿命是4～4．8倍，效率是白炽灯5．6～11倍，寿命是16～24倍。用高压的钠灯取代白炽灯，可节约电能80％以上，代替高压汞灯可节电60％。同时高压钠灯还具有结构牢固、抗绣蚀能力强，技术性能稳定、光通维持性好，维护系数高、透光性强等优点。所以高压钠灯已成为被广泛采用的光源，城市路灯照明己大量采用。
2．2合理的道路照明设计
道路照明设计应遵循国家的规范和标准，设计前要做好调研工作，调研道路的种类、路线形式、道路平剖面、路面反射率和交通情况，区别主干及分支道路、管理形式，推算交通量与行车速度。特别要注意重要交叉点，人行横道的附近情况，其次调查道路周围有关情况、气象条件、供电电源等。重视影响道路照明
设计质量的主要因素：
(1)路面的平均亮度；
(2)路面亮度分布的均匀程度；
(3)采用照明器的技术指标与眩光抑制程度；
(4)道路照明器布置的诱导性等。合理的道路照明设计十分重要，如果图纸有缺陷或设备选择不当，都会造成损失，损失就造成浪费。
2．3控制路灯的设置更合理
控制路灯的开关，要控制方便、准确和安全，不管采用人工、时钟自控、光电自控或微机控制的启闭时间都要准确，这是可以节电的一个方面。以某市为例，装灯容量从97年底统计为700kW，如果控制路灯启闭时间不精确，提前亮灯或延迟熄灯都会浪费电能。
2．4降低照明线路无功损耗和缩小供电半径
目前城市路燈照明，相当部分是感性负荷，电源除供给有功功率外，尚需供给无功功率。由于无功电流通过线路系统，导线上有电阻造成电能损失，并会引起如下损害：功率因数愈低，则电力算是愈大，电压降低愈大；增大电力损耗，感性负荷导致无功电流而产生电力损失和降低电压，电压降低路灯亮度也降低，不能保证照明质量；影响电费收费率(低)，所以水电部用电规则规定，用户必须保证有功功率在0．9～0．95，装设必要的电容补偿，在电源侧并有关接入电容器组，将无功功率降低到最低限度，也就是提高功率因数。充分考虑按负荷的增减，采用不用容量移相电容组补偿来改善功率因数。补偿电容组接入电源用三角形接法比较好。功率因数补偿要自动控制，控制器指令分步投合，以感性负载功率因数的大小自动分步组合投入或推出电容器台数，以保证功率因数经常处于0．95左右，以改善感性负载滞后的功率因数，达到节能目的。
2．5路灯系统和灯具定期维护
城市路灯系统常在风吹雨淋、粉尘等异常环境中使用，难免要损坏。如不定期检修，将会成为事故潜伏隐患或出现事故。某市曾有条路灯杆，因年久失修未发现根部锈蚀将断裂，一次强风袭击，突然断裂，刚好压死一个骑自行车路人，带来重大事故。如有定期检修，事故就可以幸免。在路灯系统检修中，首要检测绝缘电阻，在更换灯具和控制部件时，要选用节能高效安全产品，采用合理的维修施工工艺，保证维修施工质量。
灯具的造形、结构形式是由使用场合决定的，为提高灯具的发光效率，很多灯具在制造时都增装了反光板。在灯具使用过程中，反光板会锈蚀减少反射率，降低亮度；灯具玻璃会粘上粉尘、油污等，降低玻璃的透明度。所以对灯具要定期检修，力求保持正常发光效率。灯具能发挥其照明作用，就是把光源产生的光通量透过玻璃灯罩，照射到需要的地方，灯具发光效率就光源光通量的利用率，任何灯具的光源的光通量及反射光板的反射效果，其总发光效率总是小于1，如果同一种功率的光源，一种使用在高效灯具上，光通量利用可达70～80％；另一种使用在低效率的灯具上，光通量只能利用40～50％。那么使用在低效率灯具就浪费电能。所以说明选用高效灯具，定期检修路灯系统，是节能和保证城市道路照明质量有效措施。
3结束语
文章粗略谈了城市道路照明和节能，在希望能得到设计人员的重视支持的同时，更重要的是希望能得到全社会特别是电气工程施工和维护人员的关注，共同节约国家资金。科学技术不断进步，与城市道路照明有关的国家新规范和新标准不断地修订完善。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看