郭起宏 張少夫 吳貴才

(深圳市燈光環(huán)境管理中心，深圳518026)

1 前言

全面落實《中華人民共和國節(jié)約能源法》，大力推行“中國綠色照明工程”，提高能源利用率，建立優(yōu)質、高效、經(jīng)濟、舒適、安全的城市照明環(huán)境，是發(fā)展經(jīng)濟和環(huán)境保護迫切需要解決的重要問題。

1996年在聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)和全球環(huán)境基金(GEF)的資助下，由我國建設部聯(lián)合有關部門發(fā)起的中國綠色照明工程取得顯著成果。為擴大中國綠色照明工程的成果，建設部于2001年又繼續(xù)實施了“中國綠色照明工程促進項目”，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。2006年，建設部組織編制了《“十一五”全國城市綠色照明工程規(guī)劃綱要》，明確提出，以2005年底為基數(shù)，年城市照明節(jié)電目標5%，5年(2006—2010年)累計節(jié)電25%。十二五規(guī)劃中又將城市照明節(jié)能放到重要位置。但是，從實踐上看，城市綠色照明工作發(fā)展不平衡，還存在不少問題和薄弱環(huán)節(jié)，全社會節(jié)約用電、保護環(huán)境的意識有待進一步加強。

2 城市照明高耗能原因分析［1］

2.1 有些城市道路照明的規(guī)劃設計不合理，布燈不合理、桿高和功率不合適、光源電器不節(jié)能的規(guī)劃設計常有發(fā)生，有的造成光污染，有的又照度不夠。

2.2 許多景觀照明片面追求亮度，無節(jié)制地使用大功率的投光燈和泛光燈，沒有研究使用節(jié)能型光源，也沒有深刻理解其景觀特性，沒有遵循在特殊時間和特殊時段開放的原則，而是每天整晚開啟。

2.3 城市道路照明直接接用市電電網(wǎng)，各供電點變壓器的輸出電壓遠大于額定電壓220V，有的高達250V以上，使輸出功率大大增加。特別是晚上12:00后正是用電低谷，電網(wǎng)電壓升高，燈泡比上半夜更亮，而此時段的人流、車流明顯減少，燈光利用率相當?shù)汀?/p>

2.5 沒有重視科學管理，如沒有嚴格按照科學合理的時間開啟和關閉路燈，經(jīng)常造成早開燈和晚關燈;沒有定期清洗燈具，光通量的利用率大大降低。

3 城市照明節(jié)能系統(tǒng)的組成

城市照明節(jié)能是一個系統(tǒng)工程。要全面實現(xiàn)綠色照明，達到節(jié)能減排的目標，就需要從城市照明的規(guī)劃、設計、建設及管理等四個環(huán)節(jié)系統(tǒng)的綜合考慮，協(xié)調統(tǒng)一去實現(xiàn)。

城市照明系統(tǒng)由電源、供配電系統(tǒng)、供電線路、燈具和光源組成，從能量的流經(jīng)途徑來看，電能從供電點流經(jīng)電纜，最后到達燈泡，節(jié)能就要從城市照明系統(tǒng)的各個組成部分入手，提高效率，節(jié)約能源。所以，城市照明節(jié)能就是要在規(guī)劃、設計、建設及管理等四個環(huán)節(jié)對城市照明系統(tǒng)進行綜合考慮，確保照明系統(tǒng)每一個組成部分均達到節(jié)能要求。

電源是整個系統(tǒng)的能源保障，使用清潔環(huán)保的能源，能減少溫室氣體的排放甚至不排放溫室氣體，從而最大限度地達到綠色照明及環(huán)保節(jié)能的目的。太陽能［2］、風能、地熱能、潮汐能是現(xiàn)有最環(huán)保的能源，它們不產(chǎn)生溫室氣體。

供配電控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)正常運行的保障，技術先進、完善、質量可靠的供配電控制系統(tǒng)能很好地控制照明系統(tǒng)的運行，能依據(jù)本地的地理環(huán)境、光照條件、人車流狀況準確地開關燈，適時地啟動節(jié)能設備的運轉，能提高運行效率及照明系統(tǒng)的使用壽命。

選擇技術先進、質量可靠、高效率、節(jié)能環(huán)保的燈具(光源)是實現(xiàn)綠色照明的重要保證。要獲得設計所要求的照明效果，達到節(jié)能環(huán)保要求，最終都需要通過使用合適的燈具(光源)來達到，因此，根據(jù)使用場合、地點、照明效果、人車流狀況等要求的不同，正確地選擇燈具(光源)顯得非常重要。

供電線路是傳輸電能的通道，線徑及線纜的質量對能量損耗的影響較大，因此在設計中應選擇合適的線徑并在施工中得到保證。

維護管理是以上措施能否發(fā)揮其效能的根本因素，再好的照明系統(tǒng)都需要全面且良好的維護來實現(xiàn)其功能。

結合現(xiàn)場情況和項目需求，調研論證當今傳輸主流技術方案的性能特點，比較分析，光纖、4G、網(wǎng)橋、WiFi等技術方案，詳見表2。

4 供、配、送電環(huán)節(jié)節(jié)能的主要途徑

4.1 在確保功能和效果的前提下，合理調整亮燈數(shù)量和時間，道路照明應全面推廣半夜燈，主次干道實行雙回路供電，分全夜燈回路和半夜燈回路，支路、工業(yè)區(qū)和生活區(qū)路、路幅較窄的街道可采用半夜單邊亮燈方式［1］。景觀照明建設范圍應嚴格限定，嚴格控制使用大功率的投光燈和泛光燈，嚴格遵循在特殊時間和特殊時段開放的原則。

4.2 合理布局供電點，控制變壓器容量，變壓器采用SC11型以上節(jié)能產(chǎn)品，對變壓器輸出電壓進行調檔，使輸出電壓為額定值，若無法調低，可采用省電機進行降壓節(jié)能［1］。

目前比較理想的是智能型省電機，采用微電腦控制系統(tǒng)，實時采集輸出、輸入電壓信號與最佳照明電壓比較，通過計算進行自動調節(jié)，從而保證輸出最佳的照明系統(tǒng)工作電壓:前半夜輸出電壓為額定電壓，后半夜自動進入節(jié)能狀態(tài)，但始端輸出電壓不低于200V，可實現(xiàn)智能照明調控、有效保護電光源、降低電能消耗的功能。

4.3 對電路進行無功集中補償［1］。集中補償是將電容器集中裝在配電裝置中，其優(yōu)點是安裝簡單，運行可靠，利用率高，缺點是不能減少低壓線路上的電壓損耗和電能損耗，只能對電網(wǎng)起無功補償作用，另外，必須加裝放電設備。

4.4 利用太陽能供電［2］。太陽能是地球上最直接最普遍也是最清潔的能源，當前的單晶硅電池產(chǎn)品的光電轉換效率已達16%，但價格較高，只應用于某些特殊場合，多晶硅光伏電池產(chǎn)品的光電轉換效率約為13%，因成本相對單晶硅電池較低，較多地應用于照明產(chǎn)品。目前，太陽能供電系統(tǒng)的成本通常相當于4～5年的供電收入，這大大影響了其推廣應用。2007年硅谷公司已研究出納米太陽能生產(chǎn)技術，將一層吸收光能的納米涂料噴到只有鋁箔厚薄的金屬上，以類似印刷的方法生產(chǎn)太陽能電池，可將太陽能板的價格縮減至目前的10%，該產(chǎn)品的問世為以后大規(guī)模地應用太陽能奠定了基礎，太陽能照明也必將得到飛躍式的發(fā)展。風光互補的太陽能路燈也正在不斷完善中［2］。

4.5 減少供電線路上的損耗［1］。一方面，按公式S=I/In［式中S為電纜截面積(mm2)，I為路燈負荷電流(A)，In為經(jīng)濟電流密度(A/mm2)］選擇電纜截面，使電阻為合理值，從而減小線損。另一方面，保證變壓器三相用電基本平衡，因為三相電流不平衡時，將增大線路損耗。

5 用電環(huán)節(jié)節(jié)能的主要途徑

5.1 選用發(fā)光效率高的光源。光源的節(jié)能主要取決于它的發(fā)光效率，但光源的選用不能單純從光效出發(fā)，而就根據(jù)它們其他性能如顯色指數(shù)、使用壽命、啟動特性等綜合考慮，合理運用。

首先在道路照明中大力推廣高壓鈉燈、金屬鹵化物燈和節(jié)能燈。根據(jù)使用環(huán)境、照明效果的不同要求、人車流狀況、顯色性的不同要求，正確合理地選用高效節(jié)能、綠色環(huán)保的光源是節(jié)能的關鍵。選用時應根據(jù)視覺工作的要求，在綜合考慮光源技術經(jīng)濟指標時，盡量采用高光效、長壽命、低污染的光源，以獲得長期運行的經(jīng)濟效益及保證使用人的視覺要求。

其次是積極試用和謹慎推廣LED路燈［3］。LED路燈是近年才快速發(fā)展的光源，據(jù)最新資料，冷白光LED的光效在實驗室已達193 lm/W，藍光LED的光效能達305 lm/W，理論上壽命達10萬小時。但是LED用于道路照明處于剛剛起步的階段，實際使用中存在亮度不夠、照度不均勻、光線穿透力不強、溫升較大、光衰較快、電器元件易壞而使整個燈具報廢等問題。LED在照明領域具有非常廣泛的應用前景，必將取代傳統(tǒng)的照明光源，但必須先解決以下問題:提高發(fā)光效率(lm/W)、解決散熱問題、降低成本、提高顯色性［3］。

再次是積極試用檢測其他高效節(jié)能光源如無極燈。無極燈具有光效較高、壽命長、顯色性高等特點，可用于小區(qū)照明、室內不便維護的地方、長度較短且通風良好的隧道、酒店、大型建筑大堂照明等，可以減少維護量、提高照明質量。但因無極燈的光波波長的原因，其光線的穿透力不強，因而其在道路照明上的應用受到很大限制。

5.2 選用優(yōu)質高效的燈具［1］。燈具性能(主要是燈具的效率和配光)的好壞對節(jié)能具有非常重要的意義。燈具效率是在規(guī)定條件下照明燈具發(fā)射的光通L與燈具內的全部光源在燈具外點燃時發(fā)射的總光通S之比，用“η”表示，即η=L/S，一般來說，η同燈罩材料的反射比與透射比成正比，敞開式燈具的效率取決于燈具開口面積S0與反射面積S的比值及反射罩的形狀，S0/S愈大愈好。因此，選擇燈具應考慮以下幾個方面:(1)應有較高的利用系數(shù)，(2)合理選擇燈具的配光，(3)優(yōu)先選用塊板式燈具，(4)盡量選用具有高保持率的燈具。

5.3 選擇節(jié)能高效的電器［1］。電子鎮(zhèn)流器與電感式鎮(zhèn)流器比較，具有如下優(yōu)點:電感式鎮(zhèn)流器自身能耗為燈泡的10%～15%，電子鎮(zhèn)流器本身能耗極低，可以明顯地減小工作電流，大大節(jié)省了電能，且電子鎮(zhèn)流器啟動性能好，功率因數(shù)高。但該產(chǎn)品至今未得到普及的原因主要是自身溫升使電子元器件性能不穩(wěn)定，且壽命不長。目前有廠家已推出了變功率鎮(zhèn)流器，它能根據(jù)道路使用狀況而調節(jié)功率，達到較高的節(jié)能效果。

5.4 對感性鎮(zhèn)流器實行單燈電容補償。單燈補償就是在每盞燈上并聯(lián)一個電容量適當?shù)碾娙萜鬟M行補償，既減少照明電路的無功功率，也能降低低壓照明線路上的電能損耗和電壓損耗，同時，因為線路電流降低，可選用較小截面的導線。單燈補償?shù)慕?jīng)驗值:250W、400W高壓鈉燈補償電容器電容值分別為30μF、50μF。

6 管理環(huán)節(jié)節(jié)能的主要途徑

6.1 嚴格控制道路照明亮燈時間。如利用“三遙”監(jiān)控系統(tǒng)使開、關燈時間更科學、更合理，避免電力浪費［4］。據(jù)測算，三遙監(jiān)控比傳統(tǒng)控制方式節(jié)電約2%。景觀照明按要求亮燈，減少景觀照明亮燈時間。

6.2 通過維護管理達到節(jié)能的目的。如定期對燈具、控制設備進行清掃及維護，并清洗燈罩，以保證0.65以上的維護系數(shù)，保證光通量的利用率。

6.3 對達到額定壽命的光源電器進行及時更換，以免讓光源電器在超出其額定壽命的低光通、高損耗的情況下運行，不僅達不到照明質量，還浪費能源。

7 結論

城市照明節(jié)能是一項系統(tǒng)工程，要全面實現(xiàn)綠色照明，達到節(jié)能減排的目標，就需要從城市照明的規(guī)劃、設計、建設及管理等四個環(huán)節(jié)系統(tǒng)的綜合考慮，協(xié)調統(tǒng)一去實現(xiàn)。在照明設計和建設中確定合適的照明標準，根據(jù)照明環(huán)境、使用人群、不同功能和背景亮度等來確定照明標準，不能因為節(jié)能而該意降低照明標準，犧牲照明效果，也不能為追求亮度而浪費能源。

［1］郭起宏.城市燈光的節(jié)能研究［J］.節(jié)能.2002(9):30～31.

［2］郭起宏，賀孝田.太陽能應用于道路照明的若干瓶頸問題研究［J］.中國照明電器.2010.(11):6～9.

［3］郭起宏，高京泉，賀孝田.LED道路照明若干技術瓶頸問題研究——基于與高壓鈉燈的比較［J］.照明工程學報.2010.21(1):64～68.

［4］郭起宏.城市景觀燈光系統(tǒng)控制技術［J］.中國照明電器.2003.(4):16～18.