道路照明节能分析研究
摘要：随着城市化进程的不断发展，人们对道路照明的要求越来越高，市政道路在不断地建设中，配套的照明工程不断在发展和更新，与此同时道路照明节能已经成为城市道路化发展的主题。本文系统地分析道路照明节能评价指标，在此基础上，有针对性地分析我国道路照明节能方案，从道路照明节能设计、高效的道路节能照明器材以及道路照明控制系统这三个方面分析，提出行之有效的道路照明节能方案，以借此为我国道路照明节能设计提供一个较好的借鉴。
关键词：道路照明设计；节能指标；照明器材；照明控制系统
0. 引言
随着市政道路的不断建设，配套的照明工程也不断在发展和更新，与此同时道路照明节能已经成为城市道路化发展的主题。然而，节能技术在道路照明系统中的应用更多是处于摸索、试用阶段，还需要进一步完善。关于进行道路照明节能设计从而使道路照明达到节能效果，成为了当前照明体系研究的重要课题。基于道路照明节能设计的重要性，本文系统地分析道路照明节能评价指标，并有针对性地分析我国道路照明节能方案，提出目前我国行之有效的道路照明节能方案应该是从道路照明节能设计、高效的道路节能照明器材以及道路照明控制系统这三个方面着手，以借此为我国道路照明节能设计提供一个较好的借鉴。
1. 道路照明节能评价指标
目前，我国照明设计中的已有规范尚未对道路照明节能指标作出明确规定，在《城市道路照明设计标准》（CJJ45—91）中仅以照明系统的亮度、均匀度等做为照明质量评价指标，还不存在道路照明节能评价指标的概念。在该规范中关于道路照明节能方面也只是提出相关技术措施，这导致了难以对于已建设的道路照明系统进行节能效果的评估。因此，道路照明节能评价指标的欠缺阻碍了照明节能效果的发展。为此，本文提出了发光效率的概念来反映道路照明的节能效果。
实际上，道路照明节能效果就是要达到消耗电量最少，而同时照明器材所光照的道路面积又最大的目的。因此，容易分析得到要评价一个道路照明体系是否有节能效果，应该首要分析该照明体系的发光效率是否高，即照明系统的高效性问题，应针对不同道路的节能效果要求，采用发光效率（照明器材单位功率的光通量）来作为道路照明节能评价指标客观评价节能效果。
发光效率公式为：，其中式中的Q为光通量，即照明器材的光能照射的道路面积，其直接决定了照明灯具的安装距离、道路灯光的亮度等；W为照明器材所消耗的功率。
2. 道路照明节能设计
在考虑道路照明节能时，往往重点考虑研制节能照明器材的问题，而一般都忽略了应如何进行合理的道路照明设计，以达到预期的节能效果。道路照明节能设计本质上就是要求设计的道路照明在满足城市道路环境的效果要求基础上，尽可能地减少能源消耗。虽然道路节能设计比节能照明器材的研制达到的效果较小，但它却比节能照明器材的研制而更直接、更简单。经过实践证明，道路照明设计方案中采用的照明标准、照明方式等对节能的效果更大。要求设计者不但要熟练掌握道路照明设计要点、熟悉道路照明设计规范，而且要对设计道路作充分的调研，避免对道路性质定位不准确而造成不必要的能源浪费。具体在设计中就应该按道路规定的亮度、路灯布置方式等进行道路照明节能设计。
2.1按照规定亮度设计
进行道路照明节能设计首要的就是根据不同道路要求，并结合设计标准，按规定的亮度进行设计以达到道路照明节能效果，这种方式是直接有效的。一般来说，照明消耗的电量随照明灯具亮度的增大而增加，根据设计规定配以适当的照明亮度是最恰当的设计，过高的照明亮度并不代表会增加道路交通、行人的安全，反而会适当其反，对道路产生不可忽略的光污染。当实际亮度远远高于设计标准时，虽然满足了设计要求，但会造成功率过大，由上述公式可得到，发光效率的明显降低。真正的节能效果就是采用适当的亮度进行道路照明设计。道路亮度的设计指标只要达到标准即可，并不是越高越好。根据经验发现，一般情况下，道路照明功率密度（LPD）不宜超过1W/m2。因此，在设计中应做好亮度的计算和有效控制，以降低功率，增大发光效率。
为了选用恰当的亮度进行道路照明设计，就首先需要确定道路类型，我国道路照明设计严格按照道路照明设计标准执行（见表1）。此数据根据我国的具体国情及参照其它中等发达国家的标准制定出来，并要求严格遵守。国际照明委员会推荐机动车交通道路照明标准（CIE）将照明推荐值划分为M1、M2、M3、M4、M5五个级别。道路照明设计根据不同的环境采用相应的亮度等照明参数。
表1不同道路类型的照明设计标准
另外，道路照明设计要遵循功能性原则，主、次干道、机动车道路作为主要交通道路，除了满足有足够的亮度外，还应考虑防眩光问题，以确保驾驶员的安全。因此对于这些功能性较强的道路照明应采用截光型、半截光型灯具。相比非截光型的装饰照明，这些功能照明在灯具的利用系数、维护系数等要求上要高得多，不但节能，而且提高了亮度，还有效控制眩光。
2.2路灯布置设计
在大多数道路上可发现路灯的布置设计都采用双侧对称或者仅单侧布灯的方式，笔者认为这两种布灯方式都有各自的缺点，不是没有达到节能效果就是难以达到道路安全要求。如采用双侧对称布置路灯，由于均匀密度等原因，这种布灯方式会使得灯距相距较近，间接上是增加了路灯布置数量。即使使用的器材有较高的发光效率，由于路灯间距过密，路灯特有的节能效果没有得到充分发挥，甚至由于路灯间距过密加上路灯较高的亮度，会造成一定程度的光污染。总而言之，在一般道路上使用路灯双侧对称布置的方式只会增大照明能耗，无法达到节能效果。根据笔者经验，建议这种布置方式除重点商业街以外，其他道路应不采用。相对双侧布置来说，路灯的单侧布置虽然道路电能消耗减小一半，但这种路灯布置方式的缺点就是不满足道路安全使用要求。由于路灯只布置在单侧，导致了另一侧却因为没有布置路灯而造成光线不知，难以确保驾驶员的驾驶安全。
经过笔者工程经验以及研究分析认为，相对路灯双侧布置和单侧布置来说，路灯双侧间隔布置方式是最有效果的。根据照明灯具的发光效率合理定出路灯间距，包括同侧路灯间距和异侧路灯间距。实践证明，这种路灯布置方式由于有规律的双侧间隔布置，既满足道路两侧都有足够的光线保证道路安全使用要求，又满足节能效果。
2.3路灯控制设计
目前大多数道路灯一到晚上就一直处于开通状态，或者以相同的亮度照明，不能做到真正意义上的节能。实际上由于下半夜人、车流量明显降低，对照度的要求也应相应降低，故应实施半夜灯以节约能源。实现半夜灯控制的方法很多，可采用双光源灯具，下半夜关掉一盏灯；也可采用下半夜能自动降低灯泡功率的功率转换型镇流器，以降低灯泡消耗的功率；还可通过路灯配电箱中的全夜半夜双接触控制关掉一半路灯。在傍晚或者晚上繁忙时段，控制路灯保持较强的照度，到午夜时分，则控制系统自动调光，保持路灯较低照度。
目前，智能光源降压一稳压一调光技术已逐趋成熟，其控制过程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。再设计计算机的控制程序，使路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，达到了舣_重意义上的节能。
3. 道路照明节能器材
上述已分析光效是评价照明节能的指标，因此在设计还应提倡采用高效灯具，其节能效果比普通灯具具有更高的发光效率，如高光效的高压钠灯比普通高压钠灯可以提高20％的光通量，这意味着节约20％的电能。表2给出了道路常用照明灯的特性比较以供参考。
另外，采用绿色照明光源代替原有的白炽灯、高压汞灯等低效、有害光源，如推广使用电磁无极灯、微波灯及发光二极管等。同时采用导光系统、太阳能蓄光电池等先进装置充分利用天然光照明，既不消耗资源，保护了生态环境而且这些灯具安装维护方便。
4. 结语
综上所述，本文提出道路照明节能评价指标，同时针对道路照明节能设计、高效的道路节能照明器材以及道路照明控制系统，提出有效的道路照明节能方案，以借此为我国道路照明节能设计提供一个较好的借鉴。另外，路灯管理效能的低下也是制约路灯节能的重要因素。
参考文献
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[4]CJJ45—91．《城市道路照明设计标准》[S]．中华人民共和国行业标准，1991