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Unformatted text preview: 道 路 照 明 控 制、调 光 与 节 能 郑州市市政工程勘测设计研究院 魏文信 姚凯 一、道路照明控制、调光与节能 道路照明与人们夜晚的活动及生活质量密切相关。良好的道路照明控制和调光,可以创 造美好安全的夜间灯光环境,丰富城乡夜间文化生活,减少交通事故,节约用电,预防突发 事件发生,有着非常显著的经济效益和社会效益。 在我国,曾经推广了道路照明半夜灯控制;夜景照明分平日、一般节日、重大节日控制; 体育照明分训练、比赛及运动项目控制,都取得了很好的节能效果。道路照明正朝着调光、 集中、无线、远程、数字、智能化的方向发展:在基本不影响照明场所需求和照明质量的前 提下,更加科学合理地监控和管理室外照明。 二、道路照明控制 1.控制对象 ①控制 10kV 高压道路照明电源; ②控制低压道路照明电源; ③控制灯泡照明电源。 2.控制方式 表-1 道路照明控制方式 控制方式 适用照明场所 控制方式 适用场所 控制方式 适用场所 手动控制 通用 并联控制 道路、隧道等 红外控制 场地、景观等 光电控制 通用 串联控制 道路、隧道等 程序控制 广告、景观 、喷泉 定时控制 通用 远程控制 道路、场地 智能控制 道路、场地等 道路、隧道等 电力载波控制 道路、隧道等 霓虹灯等 无线控制 道路、场地 光电+定时控制 雨水控制 三、道路照明调光 ①全部照明灯亮灭; ②部分照明灯亮灭(半夜灯等); ③镇流器变功率调光; ④降压调光; 1 ⑤限流调光; ⑥电抗器调光; ⑦自耦变压器调光; ⑧可控硅斩波调光; ⑨程序调光; ⑩智能调光。 四、控制 10kV 高压照明电源 1.特征 变电所设专用 10kV 道路照明配电柜,操控 10kV 断路器,接通或切断照明高压电源,控 制所辖全部照明负荷。是一种传统有效的控制道路照明的方法。 2.优点 ①可靠性好:设置了 10kV 专用照明高压电源线路,不受限电和其它线路故障影响。 ②节电:白昼没有变压器空载损耗; ③安全:白昼高低压照明系统全部停电,不会出现照明系统电气危险; ④供电质量高:负荷稳定,电压波动小; ⑤开关路灯的同时性好; ⑥补偿效果好:可以根据固定照明负荷进行固定电容补偿; ⑦运行稳定:低压系统不设计量装置,不常使用低压照明控制设施,负荷单一,故障机 率小; ⑧维护方便安全:白昼高低压停电,方便维护,不担心高低压危险。 3.缺点 ①工程费用高:10kV 高压道路照明线路单设,工程投资增加; ②10kV 专用道路照明高压电源线出现故障,会造成大范围照明停电; ③维护量加大:增加了 10kV 高压道路照明线路维护量; ④敷设难度大:或单独敷设,或与公用 10kV 线路共同敷设,要解决线路占位、技术协调 等问题 ⑤维护难度大:从事低压道路照明维护的单位和人员,一般不具备 10kV 高压照明线路试 验、维护设备和工作能力。尤其是道路照明高低系统压隶属不同系统时,扯皮现象时有发生; ⑤10kV 单相道路照明供电不可取:公共 10kV 高压和道路照明 10kV 高压线路共杆,照明 10kV 高压大都以单相形式出现,造成城市供电系统的不平衡。低压照明供电距离缩短,电缆 2 输电能力不能充分发挥。 五、控制低压道路照明电源 1.特征 电源多从附近公共变(或专用)压器或配电箱取得。 2.优点 ①工程费用低:不设 10kV 高压道路照明线路,减少了工程投资; ②维护量小:不涉及 10kV 高压道路照明线路、变压器等; ③维护容易:维护人员可以专心维护低压线路、照明设施等,大大减少了部门间的扯皮 现象; ④大范围灭灯机率小:一个区的道路照明的故障灭灯,不会影响其它室外照明。 3.缺点 ①可靠性低:道路照明低压接入公共电源,受停电、故障等影响较大,降低了道路照明 系统可靠性; ②变压器效率降低:白昼照明负荷停止,变压器负荷减少,效率降低; ③供电质量难于保证:受其它负荷变化影响,线路电压变化大。其它线路高次谐波会窜 入照明线路; ④补偿效果差:道路照明负荷与其它负荷混合,难于进行精确电容补偿; ⑤昼夜负荷变化大,运行不稳定; ⑥不便维护:白昼时变压器和高、低系统不停电,不利于道路照明维护。 六、常用道路照明低压控制 1.人工控制 人工操作箱变或照明箱、低压柜内的断路器或开关等,接通或断开室外照明灯电源。这 种控制方式简便有效,节省投资但不节电,适合小范围道路照明。需要人员常年精心操作。 无节电功能。 2.光电控制 利用环境光线的亮暗来驱动光电控制器,通过接触器控制道路照明电源线路,达到开关 路灯的目的。受天气、灰尘影响较大。使用多个光电控制器时一致性较差。单独使用不能满 足半夜灯要求。 3.定时控制 利用定时器来控制道路照明电源线路,实现路灯自动开关。调整好定时器上的时间设置, 3 就可以按照设置的时间开启或关灭路灯。因为昼夜长短随经纬度、季节变化而变化,定时器 的时间设置必须随之调整。 4.并联控制 在始端箱变设置路灯控制器 KZQ 和接触器 J1,在下游箱变并接接触器 J2,J3。。。。控制始 。。。 端箱变路灯控制器 KZQ,就可控制下游各箱变的低压照明线路。 并联控制特点: ①可控制较长低压道路照明线路,其长度受控制线的电压损失限制。照明控制不受下游 箱变电源影响; ②控制电路负荷小,工作较可靠; ③道路照明系统启闭一致性好; ④控制线路能够呈环状线路,增加可靠性; ⑤要增加控制线路投资; ⑥不能对各段照明线路供电情况进行监视。 5.串联控制 在始端箱变设置路灯控制器 KZQ,在下游箱变内引入上一级道路照明线路的一相线和中 性线,作为控制下游线路的接触器 Jn 门线,形成低压道路照明线路串联控制。 串联控制的特点: ①可控制很长低压道路照明线路,其长度不受控制线的电压损失限制; ②省去一对专用控制线,节约投资; ③某箱变故障停电时,下游道路照明线路无控制电源,以下线路灭灯。 ④不方便进行放射式线路的供电控制,供电范围较小; ⑤能对道路照明系统末段进行监视。 4 6.半夜灯控制 ①半夜灯控制原理:用光控、定时等方式,在后半夜关掉部分路灯(或其它灯),一般可 以节电 20%以上。可隔灯关灯,也可关灭一半车行道或人行道的路灯,或关灭双光源路灯的 一个光源,达到节电效果。 “图-3”是某道路照明线路半夜灯隔灯亮灯控制电路图,其亮灯时间见“图-4” 。光电控 制器 j1 接点使供电线路在夜晚送电(18 时——次日 6 时亮灯),白昼断电(6 时——18 时)。定 时控制器接点 J2 在后半夜(0——5 时)释放,照明线路隔灯亮灯。J2 接点在凌晨吸合(5 时) , 路灯全部点亮(5 时——6 时) 。 ②半夜灯布置原则: a.半夜灯的亮、灭时间应符合本地具体情况,对交通和生活的影响尽量减小; b.优先保持快车道或车行道的原有照度和均匀度,必要时牺牲慢车道或人行道的照度和 均匀度; c.合理设计半夜灯,尽量维持照度均匀度。 5 ③半夜灯的常用模式: a.隔灯灭灯:用于单侧照明的照明灯; b.交错灭灯:用于对称布置的照明线路; c.半侧车行道灭灯; d.人行道灭灯; e.双光源慢车道灭灯。 6 ④半夜灯前景: 半夜灯使得部分路面照度下降,或部分路面均匀度下降,照明舒适度减弱。实行半夜灯, 要增加供电 回路,投资上升。国外试验显示:实行半夜灯后,生产率和办公效率降低,治安恶化,道路 交通事故大幅 上升。半夜灯在国外已被淘汰。 七、降压调光 1.降压调光的可行性 电压下降时,灯泡功率减小,光通量也随之减小。实验表明:视觉下降与功率减小并不 成比例。资料介绍:当 HID 灯电压下降 10%时,人眼几乎感觉不到照度的变化,但这时已经 获得约 25%~30%的节电率。后半夜合理降压,不会明显影响视觉照度,反而会抑制眩光,节 电约 55%~60%。HID 灯启动 3~5 分钟内,必须满功率工作,否则会出现灯管早期发黑现象, 影响使用寿命。就是说:HID 灯必须在启动后数分钟后(如 10 分钟)才能进行降压调光。降压 是在稳压的基础上进行的。 2.调光特性 ①阶梯调光:又叫“步调-水平调光”或“定功率调光” 。照明灯阶梯状降低功率,灯光 阶梯型减弱,叫阶梯调光。通常调光的功率幅度在 50~100%之间。低水平阶梯调光可以达到 7 15~40%的光输出和 30~60%的功率维持,在调光期内可照明灯节省约 40~70%的电能。变功 率镇流器调光和自耦降压式调光是常用的阶梯调光。 城市道路照明、隧道照明、公路照明等适合阶梯调光。道路、隧道等随每天晚上不同时 段有相对稳定的车流密度变化规律,可以把灯光调整到几个固定照度水平。 ②连续调光:平稳、连续地降低灯电压和灯功率,连续减少灯光强度,并且能够稳定在 某一特定照度水平。金卤灯进行连续调光,可以节省 50%的光输出;高压钠灯连续调光,能 够节省 70%的光输出,并且保持灯泡的寿命。 体育场馆照明、机场照明、大型厅堂照明适合连续调光,以舒适的方式满足不同时段的 灯光要求。城市道路照明、公路照明、隧道照明等也应逐步实行连续调光,提高照明质量和 舒适性。智能照明控制是理想的连续调光方式。 3.降压调光系统 ①电抗器调光:在高压供电系统加入高压电抗器,降低道路照明高低压供电系统电压, 达到路灯降压减光。这种方式最简便,不需要另设控制线路,但要增加高压电抗器投资。 ②自耦变压器调光: 一般有三个固定抽头,分别降压 1OV、15V、20V。能作到电压正弦 波输出,不能实现电压的自动精确控制,只能固定降低电压,不能升压和稳压,不能实现连 续调光。市场已经出现自耦连续降压式调光调控装置。 ③可控硅斩波型调光控制装置:通过控制晶闸管(可控硅)的导通角,斩去正弦波一部分, 降低输出电压平均值。可实时精确控制输出电压,满足照明用电的最佳值,但电压无法实现 正弦波输出,有严重谐波污染。只能适应感性灯负载,不适应电容补偿电路,无法适应电子 镇流器光源,应逐步淘汰。 8 八、镇流器调光 通过改变镇流器功率输出达到照明灯调光目的。镇流器受系统信号控制或受镇流器添加 的控制器控制,按照设定进行 2~3 段阶梯式调光。 1.变频式 是路灯应用最广的连续调光方式。各种传感器,调节输入到电子镇流器控制工作频率的 直流电平,改变工作频率,调整输出到路灯的功率,达到连续调光效果。 高压钠灯经过调光后一般输出功率为原功率的 50%~100%(光通量约:30%~100%) 。 金属卤化物灯经过调光后一般输出功率为原功率的 60%~100%(光通量约:45%~100%) 。 注意:过低的电压会使路灯难于维持正常工作状态。 2.变感抗式 镇流器的调光用感抗式镇流器中间抽头,变换电子开关 K,改变镇流器阻抗,制成可变 功率镇流器,以变化输出到灯的不同功率来调光。般可以实现 2~3 个功率水平的阶梯式调 光,参见“图-13” 。 高压钠灯可降功率 0~40%。 金卤灯 0~20%或 30%(视金卤灯品种而定) 。 3.变容抗式 CWA 型镇流器调光通过改变镇流器工作电容的容抗,降低镇流器的输出功率来调光。可 以实现 2~3 个功率的阶梯式调光。 九、改变发光灯泡数 一个灯柱上安装两盏路灯,或一盏灯具内安装两个灯泡。前半夜点燃两盏路灯或两只灯 泡,后半夜利用定时或人工关灭一盏路灯或一只灯泡。 十、限流调光 在路灯回路串入一个电抗器,通过增大电抗值来限制流过的路灯的工作电流。 限流调光 装置由高效节能型高压钠灯变功率整流器、时间预置变换器或单灯控制器组成。已使用的普 9 通高压钠灯镇流器的路灯,用高效节能型高压钠灯限流电抗器、时间预置变换器或单灯控制 器进行改造。路灯可按预先设置的时间或单灯控制器的命令运行:白日熄灯;前半夜满负荷 运行;后半夜串联电抗器,降低路灯 40%~50%的功率,照度降低 30%。功率因数随之自动调 整。 限流调光控制有两种方式:单灯按豫设置方案独自进行开关和亮度调节;在变压器低压 侧安装监控装置,通过电力载波、无线等方式对每台路灯进行监制和亮度调节。 系统降压调光可能造成线路末端电压过低,镇流器调光和限流调光则无此缺憾。 十一、HID 灯的控制、调光方式和适用场所 表-2 HID 灯的控制、调光方式和适用场所 控制、调光方式 手动控制 调光控制原理 调光特性 调 节电 位 器 或开 关 将 控制 信 适 用 场 所 说 明 系统或单灯调光。体 号直接传 送给调光电器。 控 制 信号由 载波 经电 源线 传 连续 系统调光。 不专设控制线路。充分利用 道路照明等。 电力线路。 通 过 GPRS( 移 动 通 信 ) 或 无线控制 育场馆、 出照明等。 经济、稳定、可靠、通用。 演 到接收器 转变为相 应信号 。 载波控制 阶梯 系统调光。 道路照明、 无控制线路。 CDMA( 联 通 ) 等无线 通 信 方式 阶梯连续 隧道照明、景观照明 使用 GPRS 或 CDMA 等系统。 对各节点进行无线监控。 灯 接 通电 源时 , 计 时器 开 始 定时控制 等。 系统或单灯调光。 计 时 到 某 一 设 定时 间 输 出 一 道路照明、隧道照明等 。 降为 60%灯功率。 定值信号 ,改变灯 功率。 10 一般开灯 6~7 小时自动后 按白天和夜晚亮度变化, 阶梯 系统或单灯调光。 光感应控制 输出一定值信号。 场地照明、 道路照明。 隧道照明等。 远红外感应控制 根 据 检 测 到 的人 体 远 红 系统或单灯调光。 外变化输出一定值信号。 场地照明等。 “定时+光控”适合道路、 通过检测 人体信号 进行控制。 电抗器调光 高压系统 加入高压 电抗器 连续 系统调光。 线路末端 电压过抵 。 泡延 寿。 灯 自耦变压器调光 低压自耦变压器抽头 阶梯 系统调光。 线路末端 电压过抵 。 泡延 寿。 灯 可控硅斩 波调光 可控硅斩波 连续 系统调光。 线路末端 电压过抵 。 波严 重。 谐 镇流器调光 改 变镇 流器 电 压 输 出 改 阶梯 系统或单灯调光。 镇 流器 自 身 变功率 或接受 变灯功率 信号变功率。灯泡延寿。 改变发光灯泡数 改变灯泡功率 阶梯 系统或单灯调光。 双灯泡灯 灭一只。灯泡延 寿。 限流调光 路灯回路串联电抗器。 阶梯连续 系统或单灯调光。 软启动,灯泡延寿。 智能调光 自动监测、控制、调光 连续 系统调光。 性能好。 投资大。 泡延寿。 灯 十二、道路照明智能控制 1.道路照明控制原理 道路照明智能照明控制就是在不同时间和不同环境(经纬度、光照等),用计算机技术 对道路照明系统直至每套路灯的光照度进行精确设置和管理。智能道路照明控制是在充分利 用自然光的基础上进行的。 道路照明智能控制系统设控制中心,以箱式变电站为控制节点,对各照明模块化结构线 路的开关的闭合、电流、电压、功率因数等进行无线(或有线)监控。也有通过电力载波等对 每个路灯节点进行监控。 2.优点 ①节能效果显著:在充分利用自然光的情况下 点燃照明灯。对不同时间、不同环境的光照度 进行预先精确设置和合理管理。在满足照度需求 和照明质量的前提下,对路灯进行调光控制,达到节 能目的,一般节电在 30%以上。 ②智能照明控制形式多样 a.端子控制节能运行模式; b.时间控制节能运行模式; c.通讯控制节能运行模式。 11 可按现场实际情况,通过天文钟、智能探头或内部编程、远程计算机遥控,实现时控、 光控、程控等多种智能化控制。并可根据不同时段、不同灯具、不同亮度要求,每相独立调 节。 ③智能调光,保持照度的一致性:智能调光系统按照预先设置的标准亮度使照明区域保 持恒定的照度,而不受灯具效率降低和墙面反射率衰减等的影响。 ④延长光源寿命:后半夜,用电负荷减少,网络电压升高,灯泡容易烧毁。智能照明控 制可以实现自动稳压调压,软启动,慢斜坡,抑制浪涌,有效的降低电流冲击,延长灯泡寿 命 2~4 倍。减少照明运行、维护成本 30%~50%。 ⑤实现多种照明形式和照明效果:道路照明、隧道照明等要实行半夜灯等多种照明形式。 ⑥稳定最佳工作电压:根据现场实际需求,实时在线调控输出最佳照明工作电压,将其 稳定在±2%以内,创造美好灯光环境。克服了后半夜电压升高的通病。 ⑦实用可靠:每相可独立调节,可操作性强,可以承受三相 100%的不平衡负载,且保证 单相的故障不影响其它两相的正常运行。同一个装置可以带不同类型光源负载,还可以独立 调节每相的输出电压。 调控装置控制部分不含交流接触器,保证高可靠性和低功耗。 调控装置采用手动和自动双旁路系统,以保证照明设备不断电,正常安全运行。 可选配 GPRS(移动通信)或 CDMA(联通)等系统实施无线监控系统,通过显示、声音等信 号监测设备运行,故障报警,及时采取保护措施。 ⑧管理维护方便:集中管理,减少人为浪费。可以实现三遥监控,不需现场巡视。 ⑨有好的经济回报:从节能、减少灯泡维修费用等考虑,几年时间就可以收回智能照明 控制设备的投资费用。 12 节能照明的研发现状与技术方案 郑州市公安消防支队 施秀琴 1 郑州大学综合设计研究院 王继援 2 摘要:照明节能近 20 年来一直是国家不懈推广的课题和任务。本文回顾多年来从部署到 实施照明节能的过程、介绍光源、灯具研发现状及节能控制方案,确认照明节能是一项节能 力度大见效快,简便易行事半功倍而又任重道远的伟大事业,期待这一伟业更快地得到普及 推广,造福人类和社会。 1、照明节能技术的推广过程 1.1 早期的照明节能部署 早在九十年代初美国提出绿色照明之前,我们中国照明学会(1987 年成立,当年即以中 国国家照明委员会的名义加入国际照明委员会(CIE) 就提出重视照明节能技术的研究,参 ) 与 修订 了 新 的国 家 标准 《民 用照明 设计 标准 》 GBJ133-90 ) 《 工 业企业 照明 设计 标准 》 ( 、 (GB50034-92)《城市道路照明设计标准》 CJJ45-91) 、 ( ,在推广提高照明能效、研究照明节 能技术迈了一大步。尔后学会编写了《未来十年(1991~2000)照明节能予测》报告报送到 了国家计委等六部委,1991 年 10 月被列入全国节能宣传周节能报告文集的 13 项课题之一。 这份报告也是到 2000 年我国照明发展目标的建议书,对到 2000 年我国达到中等发达国家的 照度水平,以此来促进光源灯具等各方面技术进步,对推动照明节能起到了很好的作用。 《未来十年照明节能予测》首次提出采取各种措施争取照明用电节约 10%的目标,为 1996 年《中国绿色照明工程实施计划》制订照明节电 10%的目标提供了一定的依据。 1.2 我国绿色照明工程实施计划的技术准备工作 1991 年美国国家环保署提出“绿色照明”的概念,中国照明学会很快就开展了解和研究 绿色照明的意义、内涵和方法。1992 年中国照明学会主办了 T8 高效荧光灯技术交流会议, 1994 年组织了高效电子镇流器精品评定和推广, 1996 年参与了国家经贸委组织成立的中国绿 色照明协调领导小组的组织工作和《中国绿色照明工程实施计划》的技术准备工作。 1996 年中国照明学会应美国环保局(EPA)邀请,考察了美国实施的“绿色照明” Green ( Lights) 1996 年~2005 年国家经贸委、国家发改委主办、中国照明学会承办了四届“中国 。 绿色照明国际研讨会” 议得到了联合国开发计划署(UNDP)的关注和支持,会议以“高效 。会 照明节能”为主题,为我国推进绿色照明工程事业揭开了新的篇章,也为国家“九五” 十五” “ “十一五”计划提供了依据。 -1- 1.3 2001 年起中国照明学会为国家经贸委绿色照明工程促进项目编写了《绿色照明理念》 、 《节能电光源》《高效照明灯具》《灯用电器附件》等 4 类 12 套指南和《绿色照明案例研究 、 、 项目》 商业、工厂、办公室类) 对推广绿色照明发挥了重要指导作用。 ( 。 1.4 近年来,中国建筑科学研究院赵建平、张绍纲、李景色、任元会等主编的国家标准《建 筑 照明 设计 标准 》 GB50034-2004 ) 北京 市 路灯 管理 处 主 编 的 《 城 市 道路照明 设计 标准 》 ( 、 (CJJ45-2006)已发布实施,均按绿色照明的方针制定了照明能效限值(LPD 值)做为强制 性条文发布。张绍纲、周太明主编了《绿色照明工程实施手册》 中国照明学会与中国绿色照 , 明工程促进项目办公室于 2002~2005 年间为电气、照明设计师主办了共 30 期培训班,培训 了 3000 多名设计师,为大型企业主办了 15 期培训班。一批中国照明界的专家学者积极奔走 于大江南北,宣传讲解新规范标准的节能技术,热情诠释和呼唤绿色照明的实施。对照明节 能起到了重要的推动和保证作用。 2、 节能光源与研发现状 照明节能包括两个方面,一是建立科学的节能照明标准,二是研究开发节能光源、节能 照明器具和节能照明技术,其中节能光源是研发之关键。 2.1 荧光灯 1. 荧光灯光效高、寿命长、色温多样(3000K~7500K) 成为主要的室内照明光源。除 , 了直管型外,紧凑型(俗称节能灯) 、环型等应用都很为广泛了。特别是紧凑型灯管体积小、 替代白炽灯更为方便,在照明节能中起到特别重要的作用。 2. 关于高效光源三基色荧光灯的推广 通过对 T8 普通管与三基色管的对比试验, 论是使用三基色灯管完全可以达到新标准显 结 色指数≥80 和 LPD 限值的要求(有时普通管就达不到) 这就促进了三基色荧光灯管的节能 , 推广应用。在多次宣讲会上,专家曾多次称赞三基色光源太优秀了,反映了推广高效光源的 一种渴望。原先由于三基色荧光灯生产成本高,价格高于普通管的两倍或更高,限制了它的 大量推广使用。现在机会来了,新标准有节能要求,照明企业技术进步使三基色荧光灯降低 生产成本和价, 价位比接近光效和寿命比) 使推广这类高效光源成为可能。郑州的几家 ( , 大商场早已大量采用三基色荧光灯管,商家看中了它的高光效、高显色性和性价比,应该是 高明之举。 用稀土三基色荧光粉制造的灯管,是对原来卤磷钙光粉灯管的重大改进,大大提高了荧 光灯管的性能:第一使显色指数 Ra 从 57~72 提高到 85 左右;第二是将光效提高了 20%甚至 30%;第三是灯管使用寿命大大延长(从 5000h、8000h 到 12000h 或更高) 即性能优异、光 。 效高、寿命长、节约能源、降低成本和维护费用(以飞利浦 TLD36W/840 三基色直管荧光灯主 -2- 要参数为例:功率 36W,光通量 3350lm,显色指数 85,寿命 15000 小时,色温 4000。采用低 汞技术无铅玻璃工艺更加环保,光效高,光衰慢,使用 1 万小时以后照明维持率仍达 90%。 配套飞利浦电子镇流器使用性能更好,寿命可达 20000 小时) 高显色指数可使被照物体层次 。 更分明,颜色更艳丽,表现更加逼真,同时使眼睛更加舒适。选择不同色温还可适应不同的 照明环境气氛。采用三基色光源使显色性符合新标准(≥80) 建立好的光环境成为可能。 , 3. 荧光灯的技术已相对成熟,目前研发工作主要集中在减少和防止汞污染,加快 T2、 T3 超细管径荧光灯的开发。还有,正在开发一种无汞气体放电荧光灯,准分子荧光灯、分子 发光灯等。 根据我国和欧洲各国的汞污染防治标准,对紧凑型、直管灯、直管三基色严格限制汞含 量分别小于 5mg、10mg、5mg。还有荧光灯废弃后的回收,飞利浦等国外品牌做的较好。 2.2 高强气体放电灯(HID) 高强气体放电灯具有光通量高、亮度高、寿命长等特点,适合室内外大面积照明。特别 是金属卤化物灯显色性更好应用日趋广泛。由于 HID 发光的物理化学过程和制灯工艺都较复 杂,研发工作一直在关注以下几个方面: 1. 高强度气体放电灯制造工艺日趋先进。 2. 陶瓷金属卤化物灯和陶瓷泡壳成形技术研究成功了大功率(250W、400W)陶瓷金属卤 化物灯,有更高光效、显色性和颜色稳定性,更好的产品一致性。 3. 高光效陶瓷金属卤化物灯, 可在同样的管压下汞量减少,提高光效,可达到 125lm/W, 但显色性略有下降。 4. 目前研制的无汞金属卤化物灯(环保)的光效和显色性和有汞的相似,但启动不易, 此技术已用于汽车前灯。例如原汽车充汞金卤灯 35W、85V、90lm/W;氙气金卤灯 35W、35V、 86lm/W。还有我国已研制成功一种含硒的无汞灯,光效 92lm/W,色温 2900k,显色指数 83。 2.3 半导体发光二极管(LED) LED 及照明器是近年来照明界最为活跃的领域之一。虽然 1907 年已问世,但在上世纪六 十年代才应用于仪表指示,红、黄或蓝、绿较高亮度 LED 在上世纪末才研制成功,在此基础 上制成了白色光源。LED 光效在短短十多年里从不到 1 lm/W 上升到 60~100lm/W,远远超过 了白炽灯,使照明界极为振奋。2003 年由科技部牵头成立了跨部门跨地区跨行业的“国家半 导体照明工程协调领导小组” 到 2006 年的“十一五”开始,国家已把半导体照明工程做为 , 一个重大工程进行推动。予计在未来的 5~10 年内,LED 固态光源将替代传统照明而进入到 每一个领域。 1. LED 优点很多:功率小(单管 1~10w) 组合成点、面、线光源;适合形成个性化 ,可 -3- 照明;寿命长达数万小时,维护容易;可调光调色;环保(不含汞)等。 LED 应用于交通信号也已十分普遍,节能效果得到公认,用作户外建筑的装饰照明也得 到了普及,创造出比霓虹灯更好的艺术效果;目前成品的 LED 路灯、室内灯具、投光灯均已 开始应用在政、建筑上。 2. LED 具有丰富的色彩和极大的控制灵活性, 研究表明蓝光 LED 可以刺激人们的积极性, 恢复疲劳(上班不瞌睡) 已有一种可使精力恢复的 LED 照明灯,红光和蓝光对皮肤也有不同 。 的作用,红光起放松作用,蓝光有杀菌作用,减少青春痘等发生。当 LED 光色随时辰、随日 光的色温做周期变化时对调整人的生物钟有益。 3. 正确认识 LED,其大规模应用还处在研发中 并非所有 LED 都有 10 万小时的可用寿命;LED 也会发热使光效达不到理想状态;还无法 提供足够的显色指数;高功率的 LED 价格还比较昂贵;目前能源效率仍低于荧光灯。因此, 研发的任务还很重: ○ LED 光效已达 60lm/w,高于白炽灯,低于气体放电灯。进一步提高光效将是主要任务 1 之一。目标是 120~200lm/w。 ○ 降低成本,LED 成本太高,制约了照明工程的使用,去年笔者曾极力推广一项广场照 2 明用 LED 路灯,因价位太高而搁浅。 ○ 研究新的封装材料和方法。与白炽灯不同,LED 很少辐射红外线,热传导量高达 50~ 3 80%,现在 LED 的热负荷还远高于白炽灯。 4. LED 面临的挑战和发展期待 更高的发光效率——30lm/W~200lm/W; 更大的输入功率——1W~10W; 更低的热阻——降低本身的发热量:20℃/W~<5℃/W; 更高的单灯光通量——30lm~1500lm; 更高的显色指数——75~95; 更长的寿命、更低的售价; 更合理、更高的电源与驱动电路设计与效率; 更高的系统可靠性。 2.4 有机发光二极管 OLED) ( 近年来有很大进展, 得到高光效 130lm/W 的绿色 OLED 和 60lm/W 已 的白色 OLED。寿命约 10 万小时。已制成 OLED 平板灯具。 2.5 无极放电光源 目前已经比较成熟的两种无极放电光源为:感应放电荧光灯和微波放电灯。 -4- 1. 感应放电主要用在荧光灯方面,光效可做到 50lm/W~75lm/W,寿命 2 万~6 万小时不 等。 2. 微波放电目前主要在高强度气体放电灯上有所突破,典型的就是微波硫灯,功率可做 到从数十瓦到数千瓦。高光效 85 lm/W 到 160 lm/W,显色指数 80 以上,寿命 4~6 万小时。 发展方向是改进放电结构,提高耦合效率,降低造价等。 3. 感应放电荧光灯是发展的最好的无极放电光源,目前发展方向主要是大功率化,以适 应泛光、道路、大型厂房等照明需求。目前设计是通过灯具(组合)来满足这些照明要求。 另外还应进一步减少电路的能量损耗(≤15%) 。 感应放电的金属卤化物灯也是另一个重要的研究方向,实验证明有可能做到 180 lm/ W 的光效,目前尚无产品投放市场。还有期待值较高的小功率容性放电金卤灯。 总之,无极放电灯是未来新型光源的重要发展方向,随着发光机理认识研究的不断深入, 放电结构设计的不断改进,耦合效率结合电子线路的创新而提高,无极放电光源必将有更大 的发展空间。寄希望未来有低成本的大功率无极灯问世、而小功率的无极灯将会成为 21 世纪 普通照明的高效节能光源。 2.6 太阳能光伏电源 太阳能光伏发电已成为发展最快的可再生能源技术,发达国家的发展速度非常惊人,提 出了各自的发展路线图。目前国内太阳能电池的市场主要是外销(占 95%以上) ,国内市场 份额很小,主要是价格问题。我国于 2006 年发布实施《可再生能源法》 ,国务院已批准了我 国太阳能发电的中长期发展规划、发展重点和目标。到 2010 年累计发电装机量达到 300MWP 。 3、照明节能技术方案 3.1 重视节能灯具 对节能照明解决方案,关注较多的是光源,灯具的节能效果往往容易被忽视。实际上优 质的灯具 能以 精心设计 的角 度和 材料 来保证节 能 光源 的“每一 流明的光 都能得到充分的利 用” 取得事半功倍的节能效果。现在国内外的大型照明企业都在结合新型光源研制节能的照 , 明灯具,以 2007 年 11 月中国国际工业博览会(上海)为例,在这项展示中国工业研发和制 造技术的权威平台上,节能照明灯具成为第一主角,工业、办公室、建筑物轮廊照明将成为 未来节能的“主攻点”之一。 1. 目前,不少企业厂房仍然大量使用传统的光源(汞灯、白炽灯)配以简陋的灯具,不 仅保护不了光源还影响光源的光效发挥和寿命。 此 2007 年中国国际工业博览会上成为亮点 因 的是高效高天棚灯具:金属卤化物光源,灯体和电器箱采用压铸铝,反射器铝制镜面,光束 可调节,较高的防护等级(IP66)等。 -5- 2. 办公室照明灯具更趋向于美观化和小型化,满足更高的舒适明亮度。高效格棚灯具适 应最新的 T5、T3 等小型光源,适应标准 600mm 天花板模块,采用 0.5mm 高强钢板制成、粉体 喷塑,反射器为高纯阳极氧化铝材料,确保全方位持久的亮度控制和眩光控制。 3. 更为重视照明环境的照明灯具, 外正在推广一种应用于办公室教室照明的可获得高 国 质量光环境的半间接照明灯具,每一个灯具安装了 3 根(或 5 根)荧光灯管,分两组开关控 制而形成两种照明模式,一般照明模式(3 根灯管的灯具)是 2 根灯管点亮,光通量通过灯 具控光装置同时向顶棚(间接光)和桌面(直接光)照射,当室外光线较好或一般需求时, 关闭 2 根灯管,开第 3 根灯管使用。均获得较好的照度,做到了功率密度值的控制(比目标 值低很多) 。 4. LED 光源对灯具要求匹配更为专业。例如建筑物泛光照明要求节电,配以 LED 线性反 光灯具,还能产生可控的柔和的重点洗墙效果,而且色彩清晰,配合编程产生颜色变化的动 感激情效果。 3.2 重视老建筑的照明节能改造 测量老建筑各类房间不同时段(白天、傍晚、夜间等)时的平均照度值,计算照明功率 密值与《建筑照明设计标准》规定的参数列表比较,再仔细研究照度值、光源、灯具(主要 是效率参数) 镇流器等现状参数,通过研究节电经济分析提出整改措施。 、 笔者近年对一些高校的老办公楼、教学楼、实验室进行全面的照明改造设计,均采用了 以上方法,取得了很好的节能效果。 3.3 重视照明控制 1. 国家设计标准对一般建筑的照明控制提出了很具体的要求: 公共建筑和工业建筑的走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明,宜采用集中控制,并按 建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制措施。 每个照明开关所控光源数不宜太多。每个房间灯的开关数不宜少于 2 个(只设置一只光 源的除外) 。 房间或场所装设有两列或多列灯具时,宜按下列方式分组控制:所控灯列与侧窗平行; 生产场所按车间、工段或工序分;电化教室、会议厅、多功能厅、报告厅等场所,按靠近或 远离讲台分组。 2. 对路灯等采用分时分段隔灯等控制方式、节电也较有效。 3. 智能照明控制系统方案 对建筑的公共走廊、大堂、大会议室、展厅、场馆进行集中监控,以实现照明集中管理、 节能、舒适的功能。 -6- 智能照明控制系统可对白炽灯、荧光灯、石英灯、LED 等多种光源调光,对各种场合的 灯光进行控制,满足不同环境对照明的要求。写字楼、学校、医院、工厂等采用智能照明控 制系统时的控制功能,根据预先设定的程序定时对灯光进行自动开、关;利用亮度传感器, 通过感应室内亮度,自动调节光照度,以保持恒定的标准照度,既创造了最佳的照明环境, 又达到了节约能源的目的。剧院、会议室、俱乐部、夜总会采用智能照明控制系统调光功能 及场景开关可方便地变换各种灯光场景并实现多点控制。智能照明控制系统具备多种照明控 制方式,可以使同一建筑物具备多种艺术效果,使建筑物更加生动,艺术性更强,给人以丰 富的视觉效果和美感。 市政工程、广场、公园、街道等室外公共场合采用智能照明控制系统群组控制功能可控 制整个区域的灯光,无需考虑开关容量问题:采用亮度传感器、定时开关实现照明的自动控 制。小区的路灯、景观照明采用智能照明控制系统的远程、多点、定时、场景、群组控制功 能。 采用智能照明控制系统的主要目的是节约能源,智能照明控制系统借助各种不同的“预 设置”控制方式、控制元件、光线感测控制,对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和 合理管理,实现节能。 智能照明控制系统能成功地抑制电网的浪涌电压,防止过电压和欠电压、冲击电流对光 源的损害,光源的寿命通常可延长 2~4 倍。延长光源寿命不仅可以节省大量资金,而且大大 减少更换灯管的工作量,降低了照明系统的运行费用。 智能照明控制系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主,手动控制为辅。照明预置 场景的参数等信息的设置和更换十分方便,能够进行远程集中监控、遥控控制和就地现场控 制,使建筑的照明管理和设备维护变得更加简单。 4、 结束语 4.1 照明节能是一种不同于其他行业领域的简便易行的节能方式, 可以做到全社会乃至 千家万户身体力行而又事半功倍,见效快,节能效果显著。要求全社会全面认识照明节能。 4.2 照明节能是一项艰巨的系统工程, 代科技工作者推广了这么多年还未做到初见成 几 效大见成效。还存在一些认识上的误区。例如,白炽灯泡已被基本淘汰(特殊行业例外) ,在 我国城乡还在广泛应用;不少城市“亮化”工程“方兴未艾”成为当地政府的业绩政绩,国 内外专家认为不少项目已是 滥用” “ 夜景照明了,结果是不仅费电还产生了副作用“光污染” , 已经引起国际社会和行业专家的担忧和批评。2007 年一度电力紧张(煤炭制约,天灾等) , 不少城市关闭夜景照明做为应急予案之一,可见所占用电量比重之大。 -7- 4.3 分析实施照明节能的阻力,认识能力、落后的观念、经济等因素均有,因此照明节 能同样是任重道远,需要我们科技工作者不懈的努力,使全社会认识更深刻一些,思想再解 放一些、步伐更快一些。本文的目的就在于此。 纵观今日之世界,人口增长,社会进步,能源消耗与日俱增,一次能源(煤炭、电力、 石油)过度开发与消耗,不但造成市场紧缺,而且导致温室气体排放大增,严重加剧地球环 境的劣化,将使地球不堪重负。因此节能环保将是我国和全球的共同任务和长远方针。 参考文献: [1] 任元会 . 中国照明学会的照明节能情结 . 中国照明学会成立 20 周年文集 (2007 年 12 月) [2] 朱绍龙 . 从 CIE-26 和 SL-11 看光源的发展 . 中国照明学会成立 20 周年文集 (2007 年 12 月) [3] 陈大华 . 陈育明 . 无极放电光源的进展 . 中国照明学会成立 20 周年文集 (2007 年 12 月) [4] 马金玲 . 浅谈智能照明控制系统在设计中的应用 . 全国建筑电气技术情报网建筑电气技术新 进展(2007 年)文集 [5] 张文才 . 从建筑节能改造——谈建筑节能电气设计中应注意的一些问题 . 全国建筑电气技术 情报网建筑电气技术新进展(2007 年)文集 -8- 城市照明节能要从源头抓起 濮阳市路灯管理处 张建河 沙东峰 王建华 2006 年 7 月 4 日, 设部办公厅下发了 “十一五” 市绿色照明规划纲要》 建 《 城 , 该纲要明确要求 以 2005 年底为基数, 城市照明节电目标 5%, 年 2006~2010) “ 年 5( 累计节电 25%” 为此,各地城市照明管理部门也陆续采用了不同的节能措施, 。 但据笔者所知,这些措施基本都是对已有照明设施的节能改造,虽然也取得了较 大的节能效果, 不能从根本上解决照明的节能问题,也就是说由于我们的设计 但 本来就超标, 使我们使用了各种节能措施,实际上我们的很多道路的平均照度 即 仍然超过了国家标准, 些节电设施的投资是为超标设计的后果买单。但我们现 这 在仍然热衷于设备的节电改造, 这就显示了我们对节电设计的忽视,其实道路照 明设计才是节能的源头,是整个节能系统牵一发而动全身的纲。 在道路照明工程的设计阶段, 者认为可以从以下三个大的方面进行节能的 笔 控制。 一、合理选择道路照明标准值,严禁突破相应的 LPD 值 这一点是整个节能设计的第一步, 是最重要的一步。 这一步中, 样 合 也 在 怎“ 理”地选择照明的标准值是一个很容易出现错误的问题,一般会出现两种情况: 1、 为了达到节能标准而降低照明效果 这里举一个例子,比如一条城市主干道其平均照度标准值为 20~30LX,均匀 度为 0.4。这时,如果我们为了追求节能而将其设计成 10~15LX,均匀度也降低 为 0.3,节能效果肯定非常好,但照明水平的降低必然会导致交通事故发生率的 大幅提高, 其损失要远远大于节能创造的价值。 以我们不能要这样的节能方式, 所 我们要的是既能保证照明数量又能保证照明质量的节能。 2、 为了达到照明效果而突破节能标准 这一点几乎是所有道路照明工作者都能遇到的问题, 可以说是路灯节能工 也 作中最大的障碍。这里再举一个例子,比如某主干道设计平均照度为 30LX,但 有可 能 因为 领 导意 志 或 者 我们 不 尊 重 设计 导 致 工 程 完 工 后 实 际 运 行 照 度 达到 60LX,很显然如果我们坚持 30LX 的设计标准,实际上我们已经节能了 50%。现 在最令我们担忧的是这种情况不仅仅存在于东部发达的城市而且普遍存在于西 部欠发达地区,据调查有些道路的照度竟然达到 180LX。针对这种情况,建设部 在新修订的 城市道路照明设计标准》中规定了机动车交通道路照明功率密度限 《 值,使道路照明节能设计得到了量化,也使道路照明节能设计有法可依,但实际 工作中,作为道路照明管理部门,应该给设计部门更多的独立权,让设计减少人 为因素增加更多的科学性。 二、选择高效节能照明器材 这里所说的照明器材不仅仅只包括光源而且包括灯具和镇流器, 为了减少 且 道路照明能耗,达到节能目的,更应该从众多的产品中挑选效率高、能耗小的产 品。 1、 光源: 在现在的照明工程中, 高压钠灯仍然是首选光源,但高压钠灯的光效因品质 差别很大。 如一般的 400W、 比 250W 高压钠灯, 光效可以达到 110LM/W、 其 100LM/W, 但一些大的厂家比如飞利浦、GE 等生产的高压钠灯光效已经能达到 140 甚至 160LM/W,如果采用这些产品,在光源上我们就可以节能 40%左右。 随着大功率 LED 光源的不断成熟,部分特定场合已经可以应用 LED 光源。相 对于传统的高压气体放电灯,LED 路灯发光效率更高,更节能,使用寿命也更长 而且基本免维护。 以目前的技术水平和市场价位, 然无法得到大范围的应用。 但 仍 2、 灯具: 灯具效率的不同会很大地影响灯具的光输出,从而影响了照明的节能效果, 比如一些灯具的效率只有 50%,而一些正规厂家的灯具效率就可以达到 80%,很 明显在效率为 80%的灯具中安装 250W 的光源和在效率为 50%的灯具中安装 400W 的光源其照明效果基本相同。 在选择灯具时,我们也不能盲目追求高效灯具的 但 误区, 择灯具首先还是要看配光,配光如果不理想光效再高也无法达到理想的 选 照明效果。此外从反射板的反射比和透光罩的透射比来讲,灯具的效率能达到 80%就已经是质量很高的灯具了,效率在 90%以上的灯具基本只存在理论上的可 能。 3、 镇流器: 从制造材料上可以将镇流器分为电感镇流器和电子镇流器, 感镇流器从制 电 造工艺上又可以分为传统电感镇流器、节能型电感镇流器。从目前我国道路照明 的现状来看, 多数气体放电灯用的仍然是传统型电感镇流器,目前正在大力推 大 广节能型电感镇流器。 因为技术原因,在道路照明上电子镇流器仍然无法大规模 使用。 三、优化照明设计,完善配电系统设计 在很多中小城市, 许因为道路照明工程造价较低,人们往往不进行设计计 也 算,完全凭借一些老员工的经验现场办事。以为多宽的路,要达到什么照度,采 用什么布灯方式,灯杆高多少,间距多少,用什么光源和灯具,根据以往经验大 概估计就可以做到。实际上不设计的结果,照明的数量、质量和节能两种标准都 可能不满足设计标准和实际照明的需要。另外在设计时一定要注意,道路照明设 计有很多标准,不是满足其中一、两项就是好的照明设计,而是必须满足所有的 评价标准才能算是合格的设计方案。 供配电系统的损耗, 要由变压器损耗、配电线路损耗以及开关仪表等电气 主 元件的损耗组成。其中变压器和配电线路的损耗约占配电系统损耗的 95%以上。 所以降低变压器及配电系统损耗是提高供电效率、节约能源的关键。 保持变压器的高效率工作是减少变压器损耗的基本手段。 以在设计时应根 所 据道路实际负荷的大小, 合理选择变压器的容量,使其运行过程中保持较高的效 率,从而可以节省电能。 城市道路照明设计标准》对此也有准确的说明“对高 《 压贡灯、高压钠灯等气体放电光源,负荷率可选择在额定容量的 70%~80%” 。 在照明的供配电方式上, 可以采用单相供电也可以采用三相供电,但三相 既 供电的损耗还不足单相供电损耗的 20%,所以在路灯负荷的分布上,设计和施工 时应特别注意三相供电的平衡。 综上所述,笔者认为如果我们仍然高标准设计然后再花很多的资金搞节能, 我们的城市照明节能工作必然走入歧途, 有我们把道路照明设计作为一项节能 只 措施,抓住城市照明节能的源头,我们的节能工作才会脚踏实地、实实在在。 浅谈道路照明的节能措施 濮阳市路灯管理处 沙东峰 王建华 张建河 近年来, 着城市建设的快速发展, 随 道路照明设施的规模和数量也越来越大, 耗电量也随之快速上升。以我市为例,2007 年底各种公共照明设施总功率达到 3800KW,年电费 550 万元。由此可见,路灯照明系统的耗电相当可观。因此,道 路照明节电已成为日益受到重视的话题。近年来很多地区发生的日益严重的电 荒, 使许多部门认识到这一当务之急。本文以我市多年节能工作的经验主要从 更 两个方面简单谈一下道路照明的节能措施。 道路照明节能措施有很多种,从大的方面可以分为设计节能、技术节能和管 理节能。在这三类措施中,设计节能最重要,是节能的源头,但作为路灯维护管 理部门,我们只能在技术节能和管理节能上做文章。 1.技术节能: 所谓技术节能,我们定义为通过开发推广节能技术来实现节能的节能方式。 在道路照明系统中主要有采用高效节能变压器、智能节电控制系统、电容补偿等 措施。 由于各地使用智能节电器比较普遍,而且出现的问题比较多,所以本文就介 绍一下我市使用路灯节电器的经验和成效。目前市场上的路灯节电器种类繁多, 也能起到一定的节能作用, 但就功能和效果来说仍称不上令人满意,主要有以下 两类情况: 1.1 采用自耦变压器及磁饱和变压器的降压技术。我市试用这种设备比较 多,而且也在部分路段一直使用,但其缺点非常明显,主要有:由于反映速度较 慢,用电高峰时电压降到非稳定区,容易造成灯光闪灭,不能自动调节,同时如 果电压突然升高, 不能避免灯具受到网电的瞬时高压冲击,对灯具的保护能力 则 差。 以对于供电半径较大、 电压波动比较敏感的金卤灯容易造成大面积灭灯 所 对 而且增加维修工作量影响光源的寿命。 1.2 采用电子器件构成的可控硅式设备。我市最早试用的就是这种设备,它 的稳压性能好,调压也方便,但谐波大容易污染电网,而且能减少光源及相关附 件的使用寿命,降低照明质量,不绿色环保。 在这些节电器的运行过程中, 我们也和很多兄弟单位交流过,我们觉得一个比较 理想的智能路灯节电器应该具有以下几点性能: a. 软启动/软过渡性能:影响光源寿命的重要因素之一就是来自电网的过电压, 特别是照明系统正处于启动过程中的过压,会造成打火花和不稳定重复启动 等现象,而稳定的软启动功能能大大减缓光源启动过程中冷启动大电流对光 源的冲击。从而延长光源的寿命。 b. 稳压性能:设备的工作状态分为稳压软启动、稳压预热状态、稳压软过渡状 态、节能稳压工作状态。也就是说不论设备工作在哪个阶段,网电电压如何 波动,其输出电压的精度始终在±2%之内,这样才能保证光源避免因为网电 电压波动太大而受到高压冲击或熄灭,同时不产生高次谐波污染电网。 c. 自动调压性能:通常情况下,到了后半夜,为了节省电能,一般要对路灯进 行降压调整。但在一些重要的地方或者供电半径较大的路段,因为网电电压 降低,就有可能出现灭灯的情况,这时系统应能根据网电电压的变化而立刻 做出反应自动调整电压保证道路照明的效果。 d. 绿色环保性能:系统自身不应产生谐波或波形畸变,并可对路灯电器产生的 谐波具有抑制功能,不对电网造成污染,同时能避免闪烁、眩光等光污染对 人类的危害。 此外,路灯智能节电控制系统还应具备节能、智能控制,对输入电压的适应 性,三相独立调节性及自动静态旁路等性能。 2.管理节能 所谓管理节能, 我们定义为通过加强道路照明养护管理各环节的制度建设和 监管, 过节能教育培训来实现节能的节能方式。这种方法更多地牵涉到人的主 通 观性的问题, 定性的是人的因素, 以怎样加强制度建设, 持职工的责任心、 决 所 保 职责感就显得尤为重要。 要有进行节能意识教育, 持灯具清洁, 主 保 合理安排全、 半夜灯的开关时间等措施。 2.1 强化节能意思教育,狠抓节能目标责任制 应对所有职工长期灌输“绿色照明”“节能照明”的意识,统一认识,树立 、 起节能从我做起、从点滴做起的工作理念。要求对每个职工实行节能考核制度, 对维修班组实行节能目标责任制制度,真正的把节能落实到实际工作中。 2.2 完善合理的养护制度,灵活快速的维护机制 由于灯具反光板和透明罩以及光源的污染,使灯具的光输出大幅度减小,这 也是造成能源浪费的原因之一。 定合理的养护管理制度,建立定期清洗灯具的 制 长效机制,及时修复故障灯,更换寿命到期、光通量严重降低的光源也是重要的 工作。 2.3 、半夜灯的运行方式 现代城市的很多道路都很宽, 道路照明大部分都采用了双光源或多光源的半 高杆照明,而等到后半夜,车辆行人稀少,道路的平均照度要求比较低。此外, 现在三块板道路的结构导致照明在设计时必须同时考虑快车道和慢车道的照明, 而在后半夜,慢车道的非机动车和行人基本没有,对照明的要求很低。对于这些 情况,采用合理的全、半夜灯的运行方式和开关灯时间,可以取得很好的节能效 果。 2.4 智能化的控制方式 道路照明的智能化控制方式, 别是路灯无线监控系统的发展是对路灯传统 特 管理模式的极大变革。它利用无线的传输方式,使用计算机系统对路灯的起闭、 运行状态、故障监测等进行遥控、遥测、遥信,从而实现对路灯的远距离监控和 管理,可按现场实际情况、通过时钟、智能探头或内部编程,远程计算机遥控, 实现时控、光控等多种智能化控制,为缓解电力紧张形式,利用智能化控制达到 节能目的。 总之, 路灯节能工作特别是路灯节能设备距离完善仍有很长的路要走,但随 着节能技术的不断发展、 人们节能意识的不断提高、 控制和管理方法的不断进步, 我相信我们一定能够找到一条最经济也最完善的节能新途径。 道路照明与节能一瞥 崔元日 束惠 1、引言 ○ 中国 2005 年总用电量为 24740 亿 kwh,照明用电量为 3216 亿 kwh ○ 中国城市照明用电 3216 亿 kwh×4%=128 亿 kwh ○ 2004 年国内 628 个城市共计 922 万盏灯, 平均每盏灯 200w, 年 4000h, 若 一 则城市照明用电:74 亿千瓦。 可见,道路照明用电占城市照明用电的比例为 74/128=0.58,58% 景观照 明占 42%。 ○ 郑州市 2007 年路灯总数为 5.6 万盏,景观总数为 12 万盏。 2005 年郑州每天用电量 4000 万~4300 万度。 按 13%照明用电,每天用 520 万度,其中路灯占约 17 万度。 ◇ 上述数据说明:城市道路照明与节能,环保有直接的关系, 道路照明用电量是一个较大的能耗项目, 必须认真落实节能减排的国策, 是当务之急。 2、现状 ○ 国家《城市道路照明设计标准》指出路面平均亮度水平最高值 2cd/㎡(相 当于平均照度 20~30lx)。 ○ 该标准的依据: ~160 米距离识别灰板 20×20c ㎡,反射比 0.09~0.11) 60 ( 实验,平均亮度宜为 1.5cd/㎡。 ○ 参考国外的数据: 几个国家和 CIE 道路照明标准值 道路 平均亮度(cd/㎡) CIE 高速路 1.5~2.0 美国 高速路 0.6 英国 高速路 1.5 德国 高速路 1.0 前苏联 高速路 1.6 澳大利亚 快速路 1~2.0 平均照度(lx) 6~9 20 10~20 日本 快速路 0.5~1.0 5~10 ○ 某地知青路是支干道,两排对称布灯,每杆用 400w/150w,路面亮度可以 穿针引线,照度大于 100lx。 ○ 某地淮河路是支干道,400w/250w,路面最亮处达 4~5cd/㎡,平均达 80lx。 ○ 有报道称武汉,长春,成都,北京,杭州等 10 个城市 22 条道路照明检测 值平均达 66 lx。 ○ 天津市城区 24 小时连续观测数据指出: 天空光亮度最低值 4.56×10-2cd/ 夜 ㎡,是黑夜自然天空光亮度(2.1×10-4cd/㎡)的 200 倍。夜 23 点后景观灯 关闭后,天空光主要是高压钠灯(其色坐标 x=0.516,y=0.398) 即道路照 。 明灯光。 ◇ 上述实测值说明:我们国家的路面亮度大大超标,夜晚上射光超标,形成光 污染,影响行人行车的安全和人们的休息和睡眠,进而影响健康。 3、措施 ○ 提高节能减排,环境保护意识,出台落实节能减排政策的政策路径。道路 照明长远规划和近期目标相结合,照明规划和照明设计要科学,合理。 ○ 照明光源,灯具,电器配件性能要可靠,稳定,安全,环保,节能的产品, 是绿色照明的产品。 ○ 管理规范化,科学化,有报道称道路照明中能源费:维护产品费:购入费: 配套安装费=4:2:1:1,说明科学化管理的重要性。 ○ 广泛采用智能化道路照明监控系统。 4、关于新照明技术与道路照明中的实际应用 ◎ 白光 LED 照明 ○ 替代当今节能灯的新照明光源的主要研究方向。 ○ 用于道路照明还有许多技术难关需要克服。主要是单灯光通低,功率太小。 P-n 结升温高,热阻大,散热技术复杂,成本高,性价比低。高温下荧光 粉光衰快,经数月后白光 LED 光通量降低快,照度下降,难于达到设计要 求,实际有效寿命只有 5000 小时左右。因散热机构能耗大,目前还不好说 白光 LED 达到节能水平。美国拟于 2025 年争取达到 160 lm/w 光效的白光 LED 产品进入市场。 ○ 可以相信,当 10 瓦的白光 LED 散热好,热阻小于 10℃/w,光衰少,显色 性好,光效大于 100 lm/w,价格小于 1 美分 /lm 时,可替代节能灯产品, 也许能用于道路照明。 ◎ 太阳能光伏照明 ○ 2008 年第一季度价格为$3 /瓦,光电转换效率大于 15%为正品,国内市 场上有 13%左右的产品属于次品。 世界上最大的光伏工厂年产 36Mw,价格为$3-4/w,报道称 2020 年光伏组 件小于$1/w。 ○ 2006 年中国太阳能发电 400Mw,中国太阳能生产落后于美,日,韩等,技 术水平低, 发电成本高, 在太阳能产业链中高污染, 只 高能耗的生产环节, 只有 5-6%的加工利润。 上游原材料生产的技术壁垒高,获取技术困难。 只有立足自力更生,创新才有出路。 ○ 太阳能光伏照明:光电池,蓄电池,控制器,灯具灯泡。 光电池有三种: 1)单晶硅,光电转换效率 13-16%,理论值可达 30%。 2)多层膜量子光伏电池,吸收太阳光谱各种波长的光能, 转换 效率高,研究方向。 3)非晶硅薄膜太阳电池,光吸收率低,材料易老化。 蓄电池: 1)铅酸电池,寿命 3-5 年,胶体蓄电池寿命 6-8 年。 2)电池安装方式有两种——埋地下或装灯杆上 控制器:由内部时钟来控制充放电,时控加光控相结合,白天充电,晚间 放电。 灯具灯泡:电压 3.6V,点亮节能灯,LED 泡等。 ○ 技术难题或问题 1)光电转换率不高,转换成本高,目前国内光电池¥30/W。还要追加蓄 电池成本,增加投资 30-60%。 2)光电池板重,如 100W 光电池组件重 10-15 千克,安装难度大。 3)光电池板与灯具设计难道大。 4)日照小于 2000 小时/年地区不宜安装太阳能光伏照明。 若有风能可 但 利用,可综合设计安装。太阳能光伏照明配件寿命受气象影响大。 5)蓄电池容量要大,如 16 瓦紧凑型荧光灯工作 3 天,在电压 12V,电 流 2A,一天工作 8 小时,放电 80%计算,电池容量需要 75Ah。 6)如何防止废旧电池对环境的污染和综合治理铅酸电池的回收利用, 也 是有待解决的技术难题。 5、参考资料 1.《城市道路照明设计标准》 CJJ45-2006 , 2. 崔元日,束惠,浅谈城市道路照明及限制光污染 3. 崔元日,崔鲜花,防治光污染保护夜天空 中国照明,2006.9:47 灯光与照明, 2005,1:1 4. 肖辉乾,城市照明的新科技与节能(讲稿) 2007 年 11 月 1 日。 , 以红外节能自熄开关应对高层住宅应急照明控制 郑州大学综合设计研究院 杨永刚 王赞瑞 薛原 王春辉 摘要 我国住宅量大面广,其公共照明的节能意义不言而喻。在总结高层住宅应急照明的各类 控制方式之后,提出以红外感应节能自熄开关单独应对的方案。在该方案未被认可前,可加设普 通灯开关或触摸延时开关与其并联控制作预案,并认为含预案在内它在安全、适用、经济方面均 优于用消防联动控制点亮。 关键词 高层住宅 应急照明 节能 自 红外感应开关 预案 1、前述 我国新颁布节约能源法已将节约能源定为基本国策。作为十多亿人口大国的住 宅公共照明,其量之大、面之广、又用于“一时” 实施节能非同小可。住宅公共照 , 明的节能包括光源和控制。实施面应包括高、低层,甚至旧有的改造。实施要以人为 本、安全第一,既顾平时、又顾含火灾在内的各种应急之需。 高层(≥10 层)公共照明控制有关规范规定较多,故本文以高层为主。 2、国家现行规范对住宅公共照明光源、控制的规定 国家最新《住宅建筑规范》 GB50368-2005(以下简称《住规》 中,对住宅公 ( ) 共照明的强条规定: 10.1.4 住宅公共部位的照明应采用高效光源、高效灯具和节能控制措施。 9.7.3 10 层及 10 层以上住宅建筑的楼梯间、电梯间及其前室应设应急照明。 8.5.3 当应 急照明在采 用节 能自 熄开 关控制时 , 必须 采取 应 急时 自动 点亮 措 施。 据 8.5.3 条文说明,以往国家标准、规范中曾将节能自熄开关排除在住宅楼梯 间、电梯间及走道照明控制之外的规定已被该条条文所修改,即满足 8.5.3 条规定即 可。 上述规定,简而言之:一是节能;二是高层采用节能自熄开关者,应急时应有 自动点亮措施。 3、高层住宅公共(应急)照明的三类控制 1 当前节能已深入人心,欲采用节能自熄开关、又未找到合适的应急时的自动点 亮措施,于是出现以下三类控制。 3.1 采用普通灯开关 采用者看来尚未全面细读《住规》 采用普通灯开关虽躲过采用节能自熄开关时 , 的自动点亮的规定,却背离了应节能控制的规定(10.1.4 条) 。 3.2 借助消防水系统设施“应急”点亮 据《建筑设计防火规范》GB50016-2006 中 11.1.3 条文说明, 一般用途的建筑 “ 物发生火灾时,人员应在 10min 以内疏散完毕” 按城市消防规划布局,消防队接警 。 后一般 10min 内到达火场; 压力开关也得待到玻璃水泡被烧破喷水之后才动作。 是, 于 一般说两者均迟后于疏散高峰期之需。此外,倘若消火栓按纽被居民误用于点亮应急 灯,则过早或误启动消防水泵还会造成能源、水源(放水泄压)的浪费、损失,最后 又有谁去停泵!这种主张不足取。 3.3 用火灾自动报警系统联动点亮 利用已有或专为消防应急照明点亮设置火灾自动报警系统,此举除存在代价问 题外,其动作可靠度受设备、程序、软件电路传输和值班状况等因素制约,而且仅应 消防应急,对其他自然灾害、防空等未在其应对之列。 以上三类应对中,看来高层住宅只有借助火灾自动报警系统方能全面应对节能 和应急的要求,但并非理想,专为此而设置更不善算,于是着手在节能自熄开关中找 寻“出路” 。 4、对规定中的关键性问题的理解 对高层住宅“当应急照明采用节能自熄开关控制时,必须采取应急时自动点亮 措施”的规定中存在两个关键性问题: 一是何时点亮,是应急时事先自动点亮,还是有人应急通行时人到自动点亮。 从规定中看出,采用节能自熄开关时才有应急时自动点亮的要求。反之,不采用节能 自熄开关者便不存在自动点亮的问题,这就说明,对高层住宅这个“自动点亮”并不 是要求应急时事先先行自动点亮; 再是对“措施”的理解,当节能自熄开关自身不具备因需而自动应急点亮功能 者,则须外加自动点亮措施,反之应该可以不再另加额外措施。 以上的两个认识便为选用合适的节能自熄开关独立应对提供了技术基础。 需要是真理,倘若能找到这样的节能自熄开关,一旦需要通行时人到开关自身 2 即自动点亮,待人全部离出后才延时熄灭,周而复始,这样的节自熄开关应该可以 用在高层住宅应急照明控制。 5、节能自熄开关的选择与设置 勿需借助消防联动应急点亮的节能自熄开关,现有人体红外感应开关和声光控 开关两种。笔者认为,其中红外型能满足高、低层住宅公共照明的应急控制,而声光 型则尚不满足于高层,仅可用于低层。 5.1 人体红外感应开关的选择与设置 人体红外感应延迟自熄开关(下简称红外开关) 线弱时一旦人进入其感应范 ,光 围(20℃环境 6~8m,刮号内数据均为某厂家数据,下同)灯自动被点亮,直到最后 一人离出感应范围后,开关方开始计时延时(1~300S)自熄,因此不存在通行或应 急通行中途灯光突然熄灭或重新点燃的问题,熄灭后则周而复始。 红外开关感应范围角度(120°锥角、墙式左右 120°、上下 110°) 其感应距 , 离随环境温度的下降而缩短,住宅前室、电梯间面积都很小,一般没有问题。对于楼 梯间,应急时人是往下、往外走的,故宜采用吸顶式设于各层楼梯间门的前上方。 红外开关有一般型和智能型两种,由于红外开关随环境温度的降低而缩短有效 感应距离,所以北方寒冷地区能否采用一般型现场宜先作试验,否则可选智能型(单 价约增加 20%) 智能型可随环境温度自动调节灵敏度,既解决低温时的启动、又避 。 免温度高时过于敏感的误动或频动。 综上所述,红外型感应开关能“见人”便自动点亮,离出后延时熄灭,周而复 始,应该可以用于全国住宅公共照明的节能和应急控制。 5.2 声光控开关存在的问题与应用 光线暗时第一响声达到设定分贝值时(52±8dB) 声光控开关便自动点亮并当 , 即(从点亮始端开始)计时延时(55~75S)熄灭。这与红外开关的“末端”计时起 时熄灭相反,因此它完全有可能在通行中途突然熄灭,且熄灭后不能自动点亮。 人眼在黑暗环境中突变明亮的“明适应”时间很短,即当即能适应,但反过来 从亮突然变暗的“暗适应”时间则长,初始时什么也看不见,需要停较长的时间才慢 慢产生微弱的光感。倘若有人不知或应急惊慌忘了用的是声光控开关而当即“重击” 重新点亮,则可能发生伤害事件,尤其是在楼梯间。 声光控开关由于需要时不能自动点亮而不满足《住规》的规定(8.5.3 条) 不 , 应用于高层住宅应急灯控制。 3 低层(≤9 层〉住宅现仅有应采用节能控制( 住规》10.1.4)规定,因此声光 《 控开关可以用在低层住宅公共照明的控制。 5.3 加设预案 高层住宅公共照明应急灯采用红外开关控制未被认可前,可设预案,即在常规 开关位置高处(1.6~1.8m)加设的普通灯开关或在常规位置加设触摸式延时开关与 红外开关并联控制,分别应对节能和“应急”规定。 5.4 节能自熄开关与光源的匹配 《住规》规定住宅公共照明应采用节能光源,因此选择节能自熄开关时还应选 用能与节能灯相匹配的型号。 即使选用能与节能灯相匹配的节能自熄开关,开关的频繁启动不可否认对光源 的寿命有一定影响,于是频繁通、断的高、低层住宅的底三层以下可适当调长延时时 间以减少启动次数。 6、结论 a.住宅照明应满足采用节能光源和节能控制要求。 b.红外感应节能自熄开关应该能安全可靠、经济合理地独立应对高层住宅平时 和应急时自动点亮的规定。在当前未被认可前,可加设触摸式延时开关或普通灯开关 作预案。 c.节能自熄开关的选型应与节能光源相匹配,适当设置延时熄灭时间。 d.声光控节能开关尚不满足高层住宅应急灯应急时自动点亮的规定。 e.正确对待因节能而稍增投资,必要时望给予政策支持。 参考文献 徐群英 明节能设计中的若干问题 建筑电气,2007(9) 13-16。 : 4 城市道路照明节能方案探讨 郑州市城市照明灯饰管理处 张建华 李祎 目前,全球面临能源、环境危机,经济发展与能源紧张、环境恶化的矛盾日 益突出,在我国政府“建设节约型社会” 的国策的引导下,路灯行业作为电能 消耗大户,积极寻求降耗节能途径,采用绿色照明.利国利民实现社会效益、经 济评价、环境效益的三统一。 郑州市区目前正在运行的路灯总盏数为 44516 盏, 路灯系统光源安装总功率 为 17806KW,镇流器损耗按光源安装总功率 18%计算,照明线路损耗按 5%考虑, 路灯每年亮灯小时数按 4000 小时计, : 则 路灯系统电气安装总容量为 17806 ×(1+0.18+0.05)=23901 千瓦。 路灯系统每年耗电为 23901×4000×10-4=9560.4 万度。 由此可见,路灯系统的正常的年用电量相当可观。因此,道路照明节电已成 为日益受到重视的话题。 取技术手段科学有效地对照明系统采取节能措施,无 采 疑是政府降低能耗的突破口。 市路灯管理部门近年来不断尝试各种路灯节电环 我 保方案,在路灯布置方式、配电系统、灯具配件等方面采取了以下措施: 一、对道路照明燃点时间的控制 半夜灯、全夜灯控制方案:2001 年路灯改造时,郑州市道路照明设计文件 中提出,在双排灯线路,保留单排灯照明,在交通量较少时减少然点光源数量。 东侧、北侧作为全夜灯,西侧、南侧路灯作为半夜灯。因此,相交道路西侧、南 侧路灯实现电源贯通, 侧、 侧线路相连。 排灯路段接全夜灯。 东 北 单 路灯改造时, 主干道花园路、中原路、建设路、嵩山路等双排灯路段均采用此方案。 通过一段时间运行, 干道路灯电耗在一定程度上降低的同时,此种方案不 主 足之处逐渐显露。 1、郑州市道路交通量大幅度增长,通过对半夜灯路段观测,双向四车道、 双向六车道非高峰小时流量近千辆,单侧灭灯,致使两侧两度不均匀,眩光指标 大,车速差异大,路况严重不均衡,造成主干道平均照度不及次干道,道路照明 的、官感特性、功能特性不能满足实际需要。 2、大规模路灯改造专项实施,道路主体没有同期改造,电源接入时,线路 需要穿越相交道路才能实现全夜灯、半夜灯。 于相关部门严格控制现状道路破 由 路手续,而顶管施工使投资增加,此种方案的科学、合理性不足。 半夜灯隔盏亮控制方案:对于单侧布灯等,对于变压器直接供电的单幅路段 我市使用过路灯隔盏亮控制技术,即上半夜灯全亮,后半夜,隔盏关闭,实现节 能。这种控制方式,一般比较常用的通过三相线,分出 4 路照明线路,上半夜 4 路全亮,后半夜断开其中 2 路,只 2 路供电。实现功率减半控制,前半夜出现有 一相带 2 路负载,后半夜有一相空载,导致电力变压器的三相严重不平衡。其他 不足之处有: 1、变压器寿命缩短,选型困难。工程投资有限,变压器功率选区比较经济。 比如 4 路线路,每路 50A,前半夜,三相电路将是 50A,100A,50A,后半夜三相 电流将是 50A,50A,0A,从上面看出,工程选择变压器时,如果选 3×100A,成 本太高,存在浪费,如果选 3×50A,又出现过载。选取中间型号的变压器,全 夜灯时发热严重,寿命缩短,功率总不能平衡,威胁电网安全。 2、全半夜以及后半夜不平衡,导致灯具电压过高,灯具烧毁严重。从 上面的数据看出, 变压器工作总不能平衡,因此上半夜 50A 的轻载线路上将出现 过压,电压高达 250 伏以上,灯具寿命大大缩短,灯具高温烧毁严重。 3、后半夜时,道路长达 40 米的阴影,出现斑马效应,明暗反差大,视 觉上难以适应,给行车带来安全隐患,也影响社会治安和城市形象。 通过技术分析、 经济比较及效果评价,隔盏控制方式不适宜在我市广泛推广 采用。 双电缆回路控制:在道路照明实践中,根据车道宽度、道路交通量,周边人 流量,有选择地使用此种方式。路灯接线时两根电缆中的一根接慢车道测路灯, 另一根接快车道侧路灯, 根电缆的相线均要交替接线以保持每条电缆上的负荷 每 达到三相平衡, 样可以在后半夜关闭慢车道侧路灯。从 07 年开工的中原西路、 这 化工路、黄郭路照明工程均采用此方案。 二、 电容补偿 一般希望气体放电灯照明电路的功率因数 cosφ尽量接近 1,而实际上在工 程上因考虑经济技术比较,合理的选择 cosφ=0.85,目前国内城市路灯系统采 用的电容补偿方式有两种: 1、 散布偿即单灯补偿:采用单灯分散补偿,减少了路灯电源至路灯灯具这 分 一段线路上产生的损耗,将起到较好的节电效果。电容量与路灯常用光源 150W、 250W、400W 高压钠灯的配套选择 20∽22μF、34∽36μF、53∽55μF,补偿后单 灯功率因数将不小于 0.85。 2、 集中补偿:由于路灯设施是均匀分布在道路纵向两侧,由路灯电源至路 灯灯具的低压配线较长, 道路照明系统产生的损耗主要发生在这一段。采用路灯 电源处集中补偿方式,并不能减少低压配线的耗电。 三、传统电磁按时段换档控制方案 现在的产品均是接触器换档方式。主要缺点是:1、灯具寿命缩短。中途换 档,由于接触器电流的切断,导致闪断故障电力供应,冲击灯具,容易灭灯,烧 灯,在节电率高的档位切换时,灭灯烧灯严重,线路末端过低,灯点燃困难。灯 具电压随电网电压波动而波动,没有稳压功能。此种装置,耗用大量我国稀有且 高能耗的电解铜和矽钢, 在节能工作的同时,导致更大的能源浪费和我国稀有资 源的匮乏,导致更大的环境破坏问题。 四、路灯节电器 节能原理很简单, 是路灯在启动时全压。在稳定一段时间后节电器把输出 就 电压降低到路灯的维持电压即可。最早主要采用可控硅调压,但由于谐波过大。 现在很多都改成变压器抽头降压的方式。 五、选用高效的节能电光源 目前选灯的总趋势是(1)用卤钨灯取代普通白炽灯; 2)用紧凑型荧光灯 ( 取代白炽灯; 3)用直管型荧光灯取代白炽灯; 4)用细管 T5 或 T8 型荧光灯或 ( ( 中管 T10 型荧光灯取代粗管 T12 型荧光灯; 5)大力推广高压钠灯和金属卤化物 ( 灯; 6)在远郊高速公路或隧道和对颜色要求不高的场所可选用低压钠灯; 7) ( ( 在选灯时,应选用与灯的光电参数相匹配的高效节能的电器附件或调光设备。 六、STNA 路灯节能控制系统 通过该系统可以在后半夜降低快车道侧路灯的供电电压以节约用电并延长 路灯光源寿命。 七、结语 当然,道路节能的措施还有能多,我们作为道路照明管理单位的技术人员, 仅从工作实践中总结典型节能措施浅列于本文中,有待同行指教磋商。对于道路 照明节能,任重道远,我们真切希望下列问题能得到解决。 1、注重专项资金的投入。城市照明系统包括整个城市的道路照明和景观照 明,照明覆盖范围大、照明设施数量众多。对城市照明系统进行节能升级改造是 一个系统工程, 要有专项资金的支持。专项资金的支持是管养单位节能改造的 需 坚强后盾,也是节能降耗落到实处的有效保证。 2、提高认识。转变干部职工的观念,提高干部职工对节能减排重要性的认 识。树立保证明灯率是工作重点,节约能源和减少排放同样是重点的新观念。在 日常的管养工作中,从点滴起,节约电能,降低能耗,把节能节能降耗当成日 常的工作目标来对待,走一条低能耗的发展道路。 3、注重节能项目应用。节能项目的推广应用要有目的性,要有重点,节能 项目的应用上要有目的性,不能眉毛胡子一把抓,要有重点。由于城市照明担负 这整个城市的夜间照明和居民出行安全,对于路灯管养单位,保证正常亮灯是首 要任务。实施照明节电必须在保证照明质量,确保明灯率的情况下,进行安全节 电。所以对于照明系统应该从哪个方面、哪个环节入手,如何分阶段的进行系统 节能的升级改造, 要在节能方面专业人员的技术指导和节能方案可行性论证后 需 进一步分解和细化与实际情况进行对接和落实。 一种城市配电节能新方式 凯地(清远)电业设备有限公司 一、 概述 随着我国国民经济和人民生活水平的不断提高,城市人均用电量和总用电量日益提高, 负荷密度在迅速增长,城市配网线路上的电能损耗相当严重。 在 10kV 配电网系统内,10kV 线路损耗、变压器的损耗和 400V 线路的损耗构成了配网线 路损耗的三部分。10kV 线路的损耗由于电压较高而相当较低。近几年来,供电部门在变压器 的节能方面都着重推广低损耗变压器产品:已采用 9 系列取代原有的 7 系列变压器,目前正 积极推广使用 11 系列变压器,部分发达地区还推广空载损耗更低、但投资成本却较高的非晶 合金变压器。 然而,400V 线路的损耗往往是十分巨大的,而且随着变压器到用户的距离增大而同比增 大。国家标准要求低压供电半径应控制在 250m 左右,但据统计,目前城市配电受限于电房的 位置影响,其低压供电半径多数都远远超出 250m 以上;采用预装地下式箱变则可有效解决电 力设备的占地与环境协调问题,通过分散供电方式使低压供电半径减小到 100m 以内,构建一 种城市配电节能新方式,不但可节约大量的低压电缆线材,还可每年节约大量的线损电能。 本文主要论述预装地下式箱变在节约电能和节约线材方面的成效,以及比较预装地下式 箱变与非晶合金变压器在节能方面的效益,以说明推广使用城市配电新方式――预装地下式 箱变的经济效益和社会效益。 二、 预装地下式箱变的结构和配网特点 预装地下式箱变是由地下式变压器,预制地坑以及户外式高/低压配电柜共同组成,在工 厂内预先装配完成的配电成套设备。 一般配电房占地约 100~200 ㎡,即使箱式变也至少需要 10~20 ㎡,而采用预装地下式 箱变只需要不到 6 ㎡,而且不占用地面以上的空间,这样即使在建筑林立的商业区也很容易 找到预装地下式箱变存在的位置。采用预装地下式箱变作为 10kV 的配电设备,利用它占地 少、不占用地面以上的空间的优势,尽量靠近负荷中心布置配电设备,通过分散供电,把低 压供电半径控制在 100m 以内,以这种模式来构建一种新的城市配电方式,达到节约低压电 缆线材,和每年线损能耗的目的。下面对这种全新的配电方式的环保节能的经济效益进行一 个理论的分析。 1 图1 三、 预装地下式箱变安装结构示意图 实例分析采用预装地下式箱变的经济效益 从经济效益方面,由于预装地下式箱变具有独特的结构和配网特点,故采用预装地下式 箱变,不但可以节约了 400V 低压线路电缆的投资,而且降低了 400V 线路的损耗。 1. 400V 低压线路损耗 核算 400V 低压线路损耗时,先选择了具有代表性的几种容量的变压器,并分别确定其出 线支路数量、 线支路电缆的平均截面、 出 以及变压器满负荷运行时平均到每支路上的电流 具 ( 体见表 1) 然后根据供电部门配电房低压电缆每年线损的核算方式,变压器满负荷运行时 ; 间以 2,500 小时进行折算,根据的电量计算公式,代入电缆截面数据、电流数据以及电缆数 量和电缆的缩短距离, 算各容量变压器每年在 400V 低压侧支路出线电缆的线损值 计 (见表 2) 。 表1 几种容量变压器的平均电流输出和电缆配置表 变压器容量 额定电流 负荷功率 出线支路 出线支路平均 支路电缆平均 (kVA) (A) 因数(%) 数量(路) 电流(A) 截面(mm2) 500 722 0.8 5 180 150 630 909 0.8 6 189 150 1000 1443 0.8 10 180 150 1250 1804 0.8 12 188 150 2 表2 比对两种配电方式的 400V 低压电缆线损差 变压器容量 每年每米低压电缆 节约的电缆 每年节约的低压电缆 (kVA) 线损(kWh/m) 长度(m) 总线损(kWh) 500 30.5 150×5 22875 630 33.6 150×6 30240 1000 30.5 150×10 45750 1250 33.2 150×12 59760 附注:1. 三相电缆的电量损耗计算公式:△W=3I2RT,其中: △ W——线路耗电量; I——线路电流 A(按使用载流量) ; R——线路电阻Ω(R=电阻率×长度÷截面积,其中铜电阻率为 18.8mΩ. mm2/m) ; T——用电时间 h。 2. 节约的电缆长度按供电半径范围由标准要求的 250m(配电房)缩短到 100m(预装 地下式箱变) 即“150m×出线支路数”计算电缆的长度。 , 2. 电缆的线损 根据变压器每年满负载运行时间和预装地下式箱变低压供电半径的缩减距离,可计算出 预 装 地下式箱 变每 年节约的 线损 值和 缩减 低压 供 电半 径所 节约的低压电 缆材 料一 次投资成 本,具体见表 3。 3、预装地下式箱变节约的低压电缆一次投资成本和每年节约的线损电费计算: 根据第 1 点所述的各容量变压器的出线支路电缆数量和支路电缆的平均截面,电缆供电 半径由 250 米缩减为 100 米的电缆缩减长度,以低压电缆(VV-0.6/1kV-3×150+70)的目前 价格¥420 元/m,生活用电费用¥0.65 元/kWh 进行计算,可得出以下不同容量的预装地下式 箱变的低压出线电缆一次投资成本和每年节约的线损电费见下表 3: 表3 采用预装地下式箱变的经济效益概算表 供电容量 节约的电缆 节约的低压电缆线材 每年低压电缆总线 每年节约的线损电费 (kVA) 长度(m) 成本(万元) 损(kWh/m) (万元) 500 150×5 31.5 22875 1.48 630 150×6 37.8 30240 1.97 1000 150×10 63 45750 2.97 1250 150×12 75.6 59760 3.88 3 四、 比对节能效益差别 预装地下式箱变采用 11 系列卷铁心地下式变压器组成, 对比在城网改造中推广预装地 为 下式箱变比非晶合金变压器所带来的节能效益, 我们通过列举具有代表性的不同容量 9 系列、 11 系列和非晶合金变压器的损耗值对照表,根据变压器每年的运行时间,计算出在变压器损 耗方面的节能差别,然后与预装地下式箱变在低压线损上的节能效益作对比。 表4 S9 系列、S11 系列和非晶合金变压器的空载损耗和负载损耗对照表 变压器型号 空载损耗(kW) 负载损耗(kW) S9-500/10 0.96 5.10 S11-500/10 0.67 5.10 SH-500/10(非晶合金) 0.19 5.15 S9-630/10 1.15 6.20 S11-630/10 0.81 6.20 SH-630/10(非晶合金) 0.23 6.20 S9-1000/10 1.60 10.30 S11-1000/10 1.15 10.30 SH-1000/10(非晶合金) 0.33 10.30 S9-1250/10 1.90 12.0 S11-1250/10 1.36 12.0 SH-1250/10(非晶合金) 0.39 12.0 由上表可知, 装地下式箱变与非晶合金变压器比 S9 系列变压器每年在器身上的节能差 预 别主要是由空载损耗的差别产生的,以每年 365 日合共 8760 小时计算,比较预装地下式箱变 与非晶合金变压器比 S9 变压器每年在节约电能方面的差别和总体节能差别列表如下: kWh/ ( 年) 五、 结论 以预装地下式箱变为基础构筑的城配电方式是一种新型节能环保的配网方式,它的应 用有效的缩短了低压供电半径,不仅节约了大量的电缆投资成本,还使城市的线损大大减少, 符合“建设节约型国家”的国策要求。我们相信,这一节能环保的配网方式将会在全国各大 城市得到推广应用。 4 表5 S11 系列和非晶合金变压器、预装地下式箱变比 S9 系列变压器节能对照表 11 系列变压器 非晶合金变压器 预装地下式箱变 比 S9-500/10 空损节约电能 2,523 6,745 2,523 低压节约的线损电能 —— —— 22,875 合计总节约电能 2,523 6,745 25,398 比 S9-630/10 空损节约电能 2,978 8,059 2,978 低压节约的线损电能 —— —— 30,240 合计总节约电能 2,978 8,059 33,218 比 S9-1000/10 空损节约电能 3,942 11,125 3,942 低压节约的线损电能 —— —— 45,750 合计总节约电能 3,942 11,125 49,692 比 S9-1250/10 空损节约电能 4,730 13,228 4,730 低压节约的线损电能 —— —— 59,760 合计总节约电能 4,730 13,228 64,490 5 风光互补路灯系统中风力发电机及控制器的优化设计 上海致远绿色能源有限公司 孟铁志 在政府大力提倡节能减排的今天,风光互补路灯系统作为集环保和节能为一体的 产品,也愈来愈受到人们的关注,许多地方已经开始在使用和推广。随着全球常规能 源短缺情况的加剧,风能和太阳能这种清洁可再生的自然能源的普及,风光互补路灯 将代表着未来路灯的发展方向。保证路灯的亮灯时间是路灯的重要指标,风光互补路 灯作为一个独立供电系统,从风轮翼形的选择到发电机,太阳能电池及控制系统、安 全机构的设计都有一个最佳配置的问题。作为这个系统中的核心部件:风力发电机和 控制器如何进行合理优化设计是一个至关重要的问题。能否合理设计和匹配系统中的 风轮机构、发电机、安全机构及控制器是衡量一个路灯系统优劣的关键。 1、风轮的优化设计 风轮是风力发电机组的主体,受风的作用,风轮旋转,将风能转化为机械能。由 于风光互补路灯系统的安装地点多在城郊及城市中间,受路边的建筑物和树木的影响, 风力资源不是很好,风轮工作的叶尖速比范围宽。所以要求风轮机构的设计除了要启 动风速低,风能利用系数高之外,还要保证风轮的风能利用系数在比较宽的叶尖速比 范围都能够保证较高的数值。 在大型风力发电机组中由于风轮安装有变浆距机构,及控制系统中的最大功率跟 踪功能,风轮运行中的风能利用系数 Cp 能够保持在 0.45 左右。但在路灯系统中使用 的风轮机构受成本及结构的限制,不可能做到具备这种功能。所以要靠风轮机构自身 的气动设计来保证较高的运行 Cp 值,因此风轮的翼形设计更为重要。 针对路灯系统风轮的特点,结合 300 风光互补路灯系统,可大大优化风轮系统的 设计。叶片采用木芯外粘玻璃纤维设计,使之耐气候、不易变形、耐磨,风轮运转平 稳而宁静。而且木质叶片有阻尼大,动态特性好、造价低等优点。翼形采用改型的 63 系列的翼形, 借助于实际测试和 bladed 软件验算, 终完成了一个比较理想的风轮翼 最 形设计。下图是优化设计后的风轮 Cp 曲线: 从图中可以看到, 曲线虽然没有 1 和 2 曲线峰值高, 3 曲线保证了风轮在较宽 3 但 的速比范围内都有一个较高的数值。在尽可能保证气动效率的前提下,主要追求 Cp 曲 线顶部平宽,Cp 值大于 0.4 的区域超过两个速比范围,这样就可以使风轮和电机有非 常好的匹配特性。在同等风轮直径下机组的输出功率会有明显增加。翼形设计主要有 以下措施: (1) 采用 5 位层流翼形,此翼型具有分离晚、升阻高、叶片表面压力梯度变换缓 和等特点,此翼型的优点我们在其它风力机研究中也已经得到证实。 (2) 优化组合最佳弦长和安装角,在设计中不仅单纯依靠计算机进行假定 Cpmax 的 约束,算出弦长分布和安装角分布,而且还兼顾了工艺性,同时也可以满足高 的 Cp 值,宽的工作速比范围,并有一个令人满意的起动特性。 (3) 借助于 bladed 软件反复验算优化修正翼形参数, 终得到一个比较理想的结果。 最 在对风轮的气动优化设计中,不但要追求 Cp 的最大值,而且在实际使用中对整个 机组来讲,Cp 曲线形状和曲线峰值所对应的功率点也是非常重要的。考虑到路灯系统 安装地点的风资源多数不是很好,风轮系统的 Cp 最大值不应在最大功率点附近,而是 设计在额定功率点之前,在 6m/s 风速左右达到最大值。这样,才能保证在 3 m/s-8m/s 2 的风速下范围下风轮有较高的转换效率。 由于气候因素和受周围建筑物和树木的影响,全国多数城市及城郊的风力资源多 数时间在 3 m/s-8m/s。因此,如果风力发电机的额定风速设计的很高时(比如在 9m/s 以上) 对于多数路灯用户来说就没有实际的意义。所以,提高在低风速下风轮的转换 , 效率是路灯系统中风轮优化设计的首要任务。 对路灯系统风轮气动优化设计的依据应该是“不追求很高的极限功率,而是保证 在低风速下风轮发挥最大的转换效率” 。 下图是优化设计的风轮功率曲线对照: 说明:图中绿色曲线机组虽然最大功率比黑色曲线机组的高,但实际上从功率曲 线看,在低风速下黑色曲线的机组发电效果更好。 2、发电机的优化设计 发电机是将旋转风轮的机械能转化为电能。路灯系统中的风力发电机通常是采用 低速永磁发电机,这主要是因为小型风力发电机的风轮直接耦合在发电机轴上,省去 了升速机构。路灯系统的发电机要求具有高发电效率、较低的启动力矩以及发电机功 率曲线与风轮功率曲线的合理匹配等特点,这样才能保证在低风速下正常启动发电。 300 瓦风光互补路灯系统的发电机采用永磁发电机,具有高效率、可靠高、噪声低 等特点: 3 1) 低风速也能发电: 发电机采用分数槽绕组,具有极小的起动阻力矩。同时在叶片扭转角度和弦长 的变化设计方面,叶尖部考虑额定转速的高效率,叶片中后部考虑高度启动转矩, 配合低转矩发电机,降低了启动风速。而发电机输出电压按低风速设计,保证在微 风低转速下也能发电。 2) 高效率 采用优质高强度永磁钕铁硼材料,发电机体积小、重量轻而且发电效率高,超 载能力强。发电效率、起动性能、超速过载保护以及结合负载特性的控制策略,在 启动到额定的风速范围内,整个发电输出效率曲线都比较高。 3) 发电机功率曲线与风轮功率曲线的合理匹配 按照风能公式,风中可用能量是风速的 3 次方。这表示风速提高 1 倍时,风能 将提高 8 倍。一般发电机的功率通常是线性的,因此无法与风力的 3 次方相匹配。 通过对电机的绕组、磁钢、气隙及磁路结构参数的优化设计,基本上能够做到发电 机特性与风轮功率特性的较好匹配,保证了风轮能够工作在最佳叶尖速比附近,有 效地发挥了风轮的转换效率,从而提高整机的发电效率。 3、控制器优化设计 风光互补路灯控制器作为风光互补路灯系统的核心,必须做到:采用先进的数字 化智能控制技术,保证风能和太阳能的可靠利用;充电效率高,空载损耗低,实现蓄 电池的最大充电能力和最长使用寿命;智能化控制路灯的工作,安装维护方便。针对 路灯控制系统的要求,需要有以下特点的控制器: 4) 先进充电方式 根据蓄电池的特性及充电曲线,采用先进的三段式充电控制方法,即先恒流充 电,再恒压充电,最后采用浮充方式进行维护充电,有效地提高充电效率。可靠的充 电电路和高精度的传感器及智能芯片组成的充电控制系统,自动识别蓄电池所处的充 电状态,实时从一种充电方式转到另一种充电方式。 5) 温度补偿 蓄电池化学反应随温度的升高而加速,随温度的降低而变慢。当环境温度升高 时,电池所允许的浮充电压值将有所下降,若此时还采用 25℃时的浮充电压,电池将 会处于过充电状态,长期这样,会加速电池的老化。控制器按照其内部预先设置的充 电电压与环境温度的关系曲线,再根据安装在电池柜中温度传感器所测得的实际环境 4 温度自动调节充电器的浮充电压值,使电池组在一定温度范围内保持最佳充电状态, 调整的浮充电压为 -4mv/ ℃ /cell。 6) 放电保护 连续几天没风没太阳时,蓄电池可能会因为放电过度或者一直充不满而缩短使 用寿命。在蓄电池放电时,控制器监控蓄电池的输出电压、电流及放电时间,根据 不同的输出电流和放电时间采用不同的放电控制策略,避免蓄电池过放。若系统探 测到蓄电池在设定时间没充满,软件将执行异常充电和放电控制程序,直到蓄电池 完全充满再执行正常放电监控程序。 7) 蓄电池防反接 蓄电池接反会短路蓄电池,可能彻底损坏蓄电池。控制器本身有防蓄电池反接 功能。 8) 夜间防反充 在没太阳的时候,蓄电池会对太阳板进行充电,这对太阳板很不利,所以控制 器采用夜间防反充技术来保护太阳板。当外部电压低到一定值,防反充的电路自动 生效,阻止蓄电池往太阳板放电。 9) 蓄电池开路保护 在台风来临时,风机可能输出很高的电压或者飞车,这不仅对风机不利且易烧 坏后级控制电路。采用蓄电池开路保护技术,即外围可靠的硬件电路结合智能芯片 的软件控制,控制器能牵制住风机的输出电压及限制风机的转速。 10) 泄荷保护 在蓄电池充满后,控制器启动泄荷支路,使得风机和太阳板不对蓄电池充电, 同时又使风机不至于空载而失去控制。 11) 安全保护 过风速和过电压刹车:在大风或过电压状态下,控制器将自动启动电磁刹车, 以保护风力机和蓄电池。 12) 多种负载控制方式 控制器可同时独立控制两路负载,有全光控、光时控、两段控几种控制方式, 满足不同用户的需要, 户可依据自己的情况设置。 用 全光控的特点是根据太阳光强 弱来控制负载。 时控的特点是根据太阳光强弱开启负载, 指定的时间后关闭负 光 到 5 载。两段控的特点是根据太阳光的强弱开启负载,到达一定的时间关闭负载,到了 设定时间再次打开负载,最后根据太阳光强弱关闭负载。 13) 短路保护 若负载电流过大则导致蓄电池放电电流太大,易造成蓄电池深度放电,对蓄 电池造成伤害。 控制器对负载电流实时监控, 电流过大则控制器自动断开负载。 若 14) 低温工作 采用智能温控系统,使用工业级控制芯片,使得控制器能在-40℃左右正常 启动工作,适应不同地区的各种恶劣气候。 15) 防水防潮 通过合理设计,控制器能防潮防水可以外挂工作,且外形美观,方便安装。 16) 防雷击 采用防雷击保护技术, 击发生时自动将能量引入大地, 雷 避免雷电损坏控制器。 4、安全机构的设计 路灯系统一般都安装在道路的两侧,是人员车辆相对集中的场所,所以路的系统 的安全特别重要,而风力发电机的结构是设计中要重点考虑的。路灯系统的风力发电 机必须具备安全保护措施,以防在极端风速情况下发生外。一般采用风轮侧偏机构 和自动加载的方式调节风力发电机的转速,保证了机组在不高于额定转速和功率下运 行,安全保障机构采取以下一些措施: 17) 专业的系统设计: 采用英国 GH 公司 Bleaded 风机专业设计软件, 了气动设计计算外, 对发电 除 还 机、塔架等部件综合进行弹性振动计算,保证风机启动后的工作频率远离固有频率。 同时根据风机叶片及安装高度要求,结合当地的自然资源条件进行塔杆强度的设计, 确定合理的尺寸和结构形式,抗大风能力为 12 级。 18) 自动侧偏和加载调速: 采用风轮侧偏和自动加载的方式调节风力发电机的转速,保证机组在不高于额定 转速和功率下运行。对风力发电机组的控制,采用先进的高频 PWM 控制方法,使得风 机的等效阻抗平滑变化,减小了风机由于突然制动引起的剧烈震动,能有效地减小风 机的故障率,提高了风力发电机组的使用寿命和可靠性。 19) 自动对风功能 合理设计尾舵的三个预偏角度,正常运行时使风力发电机自动调整对准迎风方向, 6 具备风向调节功能, 同时兼顾侧偏调速和强风保护。 20) 三重保护措施 为确保风力发电机在运行中做到万无一失,系统中设计了冗余的保护措施。叶 片根部翼型失速角度小,大风时提前进入失速状态,使风轮具有失速保护特性。风力 发电机采用风轮侧偏式调速方式, 速过大时风轮侧偏, 机械方式保护风力发电机。 风 以 控制系统实时测量发电机转速,一旦叶片和发电机超速,电子加载启动,使叶片运行 在失速状态,保正机器安全运行。 21) 操作方便,安全可靠 风力发电机采用全自动化智能控制及保护,用户只需要在输出终端操作即可,运 行简单,安全可靠。封闭式输电滑环,电缆不缠绕;无需人工值守与特殊维护。 5、300 瓦风光互补路的系统结构 22) 整机结构示意图 23) 300 瓦风力发电机组功率曲线 7 24) 300 瓦风力机结构示意图 8 实践证明, 300 瓦风光互补路灯系统,按照以上的一些优化设计后,整机功率输 出曲线饱满,年累计发电量相对于同等标称功率的路灯系统显著增加,最终反映在路 灯的照明保障率提高。该路灯系统能够适合在全国绝大多数地区安装使用。 风光互补路灯系统是一个相对独立的供电系统,设计中在考虑保证可靠性和安全 安全性的同时,还必须追求最大限度地获取能量,减少能量损失,这样才能保证路灯 正常供电。因此要判定一套路灯系统设计的优劣,除了要看各部分配置的标称功率及 各部分的独立功能的实现,还要看各个部分相互配合的协调性和合理性。只有经过优 化的系统设计才能有效的发挥各相关部件的最佳功效,才能减少各个环节的能量损耗, 才能保证整个系统的高效安全运行,才能最终保证路灯的照明时间。 9 道路照明节能工作首先要从照明设计做起 河南三迪照明电器安装工程有限公司 李星帅 随着我国城市现代化建设的突飞猛进,近年来城市道路照明也有了快速的发展。但有些 城市道路照明过于追求路面的照度,过于注重路灯的艺术造型和灯光效果,而忽略道路照明 应该以功能照明为主,从而浪费了宝贵的能源和紧张的市政资金, 然维护管理费用也大幅上 当 升。据有关资料显示,目前我国照明用电 1500 亿度(占总发电量 10%),约相当长江三峡电 站年发电量的 2 倍,缺电和照明落后成为制约经济发展的瓶颈;城市路灯照明在我国照明耗 电中占 30%, 能的使用效率不足 70%。 此, 电 因 照明节电成为重大的节能问题。 在我国的 十 “ 一五”规划中,将城市绿色照明工程列入十大重点节能工程之一,而使我国的道路照明建 设努力朝建设“节约型社会”的方向转变。 在道路照明的节能工作中,各地已采取了种种节能措施,也积累了很多成功的经验。随 着我国城市化进程的快速发展和城区的迅猛扩大,在众多照明节能措施中,我认为道路照明 节能工作首先要从道路的照明设计做起。道路照明设计是道路照明节能的龙头,其他节能措 施由规划设计来带动;这也是节能的关键,节能的指标(或任务)往往靠规划设计来完成,其 他措施起辅助作用。新修订的《城市道路照明设计标准 CJJ45-2006》中规定,机动车交通道 路照明应以照明功率密度(LPD)作为照明节能的评价指标。标准中的机动车交通道路照明功 率密度(LPD)限值(见下表),正是针对道路照明设计提出的要求,道路照明在设计规划时就要 确保实际能耗低于标准规定的 LPD 限值,道路照明在实际运行和管理工作中也要在此设计规 划的基础上采取措施,尽可能进一步降低能耗。 机动车交通道路的照明功率密度值 车道数 照明功率密度值 对应的照度值 (条) (LPD)(W/m2) (lx) ≥6 1.05 快速路 <6 1.25 主干路 ≥6 0.70 <6 0.85 ≥4 0.70 <4 0.85 ≥ 0.45 道路级别 次干路 30 20 15 10 <4 ≥2 0.55 <2 0.60 ≥2 0.45 <2 支路 0.55 0.50 10 8 注: 1 本表仅适用于高压钠灯,当采用金属卤化物灯时,应将表中对应的 LPD 值乘以 1.3。 2 本表仅适用于设置连续照明的常规路段。 3 设计计算照度高于标准值时,LPD 值不得相应增加。 下面从道路照明水平的确定、照明器材的选用、智能化的照明供电系统和照明设计的优 化四个方面来探讨道路照明设计的节能问题。 一、 确定合理的道路照明水平 这是照明设计工作的第一步,也是实现节能的前提。 城市道路照明目的是要为各种车辆的驾驶人员以及行人创造良好的视觉环境,达到保障 交通安全,提高交通运输效率,方便人民生活,降低犯罪率和美化城市环境的目的。道路照明 设计应严格执行建设部新批准发布的《城市道路照明设计标准 CJJ45-2006》 其中道路照度、 , 亮度的设计指标只要达到标准就可,并不是越高越好,应在确保各级道路符合相应的照明标 准的前提下提倡节能。在确定道路照明等级和照明标准之后,按照主干道、次干道、住宅小 区等不同的照明场所进行合理设计.以便最大限度地利用光能。 但是有些人认为,要讲节能降低照明标准不就节能了吗?这是不对的。如按标准要求亮 度需达到 2cd/m2,你却按 1cd/m2 去设计,均匀度也达不到标准要求,运行时到了该开灯时 间却还不开灯等等,这样倒是节能了,但照明水平的下降却又带来一系列的交通安全、犯罪 率上升等问题。这种节能方式在国外做过专门的实验,是在快速发展的现代生活中是行不通 的。因此,我们必须在符合照明标准要求即确保照明数量和质量的前提下讲节能,也就是说, 节能决不是靠降低标准来实现的。 合理地选择确定照明标准,也有很明显的节能效果。还有些人认为道路照明越亮越好。 其实道路照明不需要那么亮,过亮了路面太亮,既浪费能源和资金,又增加光污染和光干扰。 比如说起初设计时确定的道路标准要求是照度 30lx,而由于种种原因没有把好关,建成后实 际照度达到 60lx,如果你坚持按起初的照度 30lx 设计,实际运行时是 30lx,很显然,道路 照明不就节能 50%了吗?一些从事道路照明设计的工作者和专家通过调查发现,目前好多城 市新修的道路照度达 40~50lx,甚至有的达到 120lx,当初若能按标准规定合理地确定照度 水平,并进行实际运行和管理,节省的电能就是一个很大数字。 另外,为了获得经济合理的路面照度( 亮度)分布、均匀度和限制眩光,这就要求在设 计时应根据实际情况恰当地确定照明器的安装高度、间距、仰角及灯的排列方式。一般来说, 在合理的间距和安装高度下,采用较大功率和较高的安装高度,比较小的功率和较低的安装 高度更为经济合理,更能得到满意的均匀度和眩光指标,灯具效率也更高。此外,高杆照明 在广场照明、立交桥照明等大面积照明的场合具有明显的不可替代的优势,在这样的场合下 考虑选择高杆照明。 二、选择新型高效节能环保的照明器材 为了减少道路照明能耗,达到节能目的,应从众多的产品中挑选效率高、耗能低的产品。 1、选择新型高效节能的照明光源。照明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,还应根据电光源的显色指数、使用寿命、调光性能、点燃特性等 综合考虑。按照道路照明标准的规定,一般情况下高压钠灯是道路照明的首选光源,其次是 金属卤化物灯和荧光灯。但由于各个厂家的灯具光源光效差别很大,所以应该采用符合节能 标准值要求的光源, 对 400W、 如 250W 高压钠灯来说, 始光效分别达 110lm/w 和 100lm/w 就 初 可以使用。而目前有一些优质产品,如飞利浦、欧司朗、GE 等几家公司生产的高压钠灯光效 已达 135lm/w 或更高。很显然若采用这种高效的光源产品,在仅在光源这项上可节能近 20% 左右。所有的高效光源都有其适用场所,城市道路照明应根据不同的道路情况,积极选用新 一代的节能光源,如用荧光灯替换白炽灯,用高压钠灯、金卤灯替换高压汞灯等。 目前,LED 光源是照明领域的又一个重大技术创新.具有节约能源、污染少、光指向性好、 寿命长、低电压特点,LED 灯的耗电量仅为普通白炽灯的 1/10,而其寿命却可延长 100 倍, 特别符合绿色照明的理念和要求。探索采用太阳能照明:太阳能是绿色能源,可以考虑应用 于小区照明、次要线路的人行道照明或景观灯照明。随着技术的深入研发和市场的大力推广, LED 光源和太阳能照明必将在在道路照明节能领域起到不可代替的作用。 2、选择新型环保高效的照明灯具。照明灯具的节能在于它的灯具效率的高低,灯具效率 越高,光源发出的光利用率就越大。灯具效率主要取决于灯具的控光能力,也和路宽、灯高、 臂长以及灯具的仰角等有关。标准规定“常规道路照明灯具效率不得低于 70%;泛光灯效率 不得低于 65%” 道路照明所采用灯具的效率也有很大的不同,我们在选择灯具的时,在灯 。 具配光不变的前提下,若采用的灯具效率达到 77%,则比采用 70%效率的灯具可节能近 10%。 选择灯具首先还是要看配光,配光不理想光效再高也不可用。所以设计时就要选择效率高、 配光合理的灯具。 提高灯具的维护系数也大大有利于照明节能。现在的新式灯具普遍采用新型环保节能材 料,如透明灯罩使用耐紫外线聚丙烯材料,以及抗冲击聚碳塑料,透明度高,高光输出,低 眩光,光线损失极小。同时灯体设计成自清洁曲面玻璃,可通过雨水的冲刷作用,完成自洁, 保证其透光度,有效提高光源光通量的利用率,减少光损耗,提高照明度。另外,密封等级 高的灯具,防水防尘性能好,尽可能地减少了光的损失,既延长灯的寿命,又大大降低了维 护的工作量与费用。国外有些公司已将光触媒技术投入实际运用中,节能效果显著。如一种 涂有二氧化钛的光触媒膜的照明装置,可及时分解污染物,减少灯具的污染,减缓了灯具透 光率的降速,大大减少灯具的清扫次数降低了维护成本。 另外,道路照明可设计采用双光源灯具,深夜时关闭一只光源来达到明显的节能效果。 3、选用节能型的镇流器。在气体放电灯中,镇流器是导致功率因数降低与电能消耗增加 的重要因素之一。目前我国高强度气体放电灯用得最多的是普通电感镇流器,正在大力推广 的是节能型电感镇流器,很有发展前途的是电子镇流器。老式电感镇流器本身功率因数极低, 消耗的电能甚至可达到光源用电的 1\5。新型的节能型电感镇流器,可以将老式镇流器功耗 降低一半,各项电气性能也明显改善。有数据表明,节能型电感镇流器的节能效果已接近电 子镇流器的水平,同时节能型电感镇流器还具有电子镇流器所没有的售价低、可靠性高、与 普通的灯管兼容性强且易于组织生产等特点,较适合我国的经济发展的潮流。因此,在道路 照明设计时,应大力推广使用节能型电感镇流器。 三、选用智能优化的照明供电系统 为了节约能耗,目前我国绝大多数的城市和地区仍然采用了路灯隔盏关灯的省电方法, 其中的弊病不言而喻———不仅导致了路面亮度分布不匀,给治安及交通安全埋下了隐患, 而且不能避免后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损,因此不能做到真正意义上的节能。 而智能光源降压—稳压—调光技术是一项能让路灯亮起来,同时又消耗最少能源的道路照明 控制系统。在上海市道路照明节能示范工程中使用的节能控制箱就是利用这个技术,它根据 每天 23 时以后的交通流量急剧下降而电网供电电压偏高的实际情况,通过降低道路照明功 率,适当降低路面亮度水平(降低后仍符合相关的规定和要求) 同时减少下半夜电压偏高给 , 照明系统带来的损害。这些方法既具有良好的节能效果,而且保护了灯具的寿命,同时满足 了实际交通的需要,并且符合照度亮度相关要求。 另外,针对道路照明使用的气体放电灯功率因数低的情况,应对其进行系统补偿。功率 补偿分为分散补偿和集中补偿,相对来说,单灯单电容分散补偿技术逐步成熟,它可以大幅 降低线路上的电压,提高功率因数,大大降低线路的损耗。因此,进行线路设计时应利用单 电容补偿技术来对线路系统进行补偿。 四、进行优化照明设计 进行照明设计时,应提出多种符合照明标准要求的设计方案,进行综合技术经济分析比 较,从中选出技术先进、经济合理又节约能源的最佳方案。 我们的要求是在符合照明标准即照明数量和质量达标的前提下尽可能节能。因此在设计 时不能只满足于一种方案,不能认为只要达到标准的要求,设计工作就大功告成了。影响路 面照明数量和质量以及 LPD 的因素包括三类:一是灯具安装几何条件,二是光源种类、功率 和光通量,三是灯具配光及其 IP 值。我们可以通过这些因素的不断变换和调整,挑出符合 标准要求的多个方案,进而作综合经济分析比较,从中找出相对来说技术先进、经济合理又 节约能源的最佳方案。这也就是说要优化照明设计。以道路照明来讲,在满足规范要求的情 况下,一般采用较大的安装高度与间距和大功率的光源,比采用较小的安装高度与间距和小 功率的光源更为经济合理和节能。 以上从设计的角度探讨了道路照明的节能问题。照明节能首先要通过科学合理的道路照 明设计来进行控制,这才是具有决定性意义的关键步骤。它主要通过对道路照明质量的控制 来实现,包括对照度亮度水平的确定,照明光源的选择,以及新型高效节能灯具的选择,照 明设计方案的优化,另外还要考虑照明控制系统的节能处理,路灯补偿问题等等。城市道 路照明节能工作的实施是一个系统工程,不但要进行节能设计,而且在工程完工之后要有与 之相配套的科学的、规范化的维护和管理系统。除此之外,还要有政府和道路照明相关部门 的支持和推广,推行的强制性节能政策及做好节能政策的引导,积极鼓励使用节能产品等等。 城市照明领域 智能控制与节能应用浅析 河南省照明学会内部文档 作者:遥凯 吴笛 0 目 前 录 言 第一章 智 能 化 系 统 概 念………………………………………3 第二章 城 市 照 明 系 统 现 状 分 析 …………………………3 第三章 城 市 照 明 管 理 的 需 求………………………………4 第四章 城 市 照 明 智 能 化 网 络 结 构………………………5 第五章 城 市 照 明 控 制 分 析 …………………………………6 第六章 城 市 照 明 节 能 分 析 …………………………………9 第七章 城 市 照 明 的 发 展 趋 势 ……………………………14 第八章 地 理 信 息 系 统 的 运 用 ……………………………15 结束语 1 前 言 照明系统智能化控制主要分为室外和室内部分(室外:城市照明 为主,室内:建筑物内照明为主) 。基于我国现状,本篇文章把重点 放在室外部分(城市照明) 。以过去-现在-未来三个阶段作具体分 析, 把我国缺电情况作为主要依据, 从控制-操作-节能三方面出发, 标示出城市照明未来发展趋势。 另外介绍的城市照明控制方式采用国 际最普遍应用的网络构架及通讯协议。 对于照明系统与用户之间的接 口, 控制软件使系统在安装维护方面起到极大的作用, 此次粗略介绍 了关于城市照明控制的相关软件在照明领域内的应用 软件截图为内 ( 部试验版截图,完整版软件在实物演示时可作详细介绍) 。 真诚祝愿在我省照明学会的带领下,把我省各地市照明系统控制 提升一个新的台阶。 2 第一章 智 能 化 系 统 概 念 所谓智能化 Intelligence)是研究利用机器及装置进行自动控制和信号处理以延伸和扩 ( 展人和器官功能的综合性技术科学。 智能化(Intelligence) : 自动 Automatization) 电子(Electron)+信息 Informatization) 机械 Mechanization) ( + ( + ( 。 智能化技术运用在各个领域中,可以实现提高工作效率,消除繁重的体力劳动,取消人 的单调重复性工作,提高产品使用周期,提高设备的利用率和减少人工成本,并利用神经元 芯片控制技术来达到节能环保的目的。在以下几个章节会详细指出以上几点的实现。 第二章 城 市 照 明 系 统 现 状 分 析 城市照明系统主要分为:路灯系统和夜景照明系统。 1.灯光系统分布广,管理困难 传统城市灯光工程,越是繁华似锦的亮丽,其结构也就越复杂,工程也就越浩大,管理 十分困难。在市政管理的“通病”中总有“路灯不明”“夜景照明个别不亮”一说。目前大 、 部分城市灯光管理全部或部分依靠电子定时器控制,基本依赖人工定时调整,方法落后、管 理困难、工作效率低,如有特别事件发生,需要紧急调整开关灯时间时,往往使管理者措手 不及,容易发生通知不到位、反应不及时等现象,给管理带来很大难度。随着城市灯光系统 容量的不断增大,上述矛盾将日益尖锐。 2.运行状况难掌握,维护困难 城市灯光系统由成千上万的各类照明设备(灯具)组成,这些设备分布在城市的各个部 分,传统的管理无法知悉系统运行过程中的重要参数,如:灯光是否能正常打开,是否有供 电故障,是否有短路跳闸突发故障,电流电压是否正常,大约有多少灯具被损坏等等。管理 和维护人员只能依驱车巡视,费时费力,维护工作效率低下,很难及时掌握运行状况。 3.不能灵活开关灯,变更困难 传统的城市灯光采用的是人工管理模式, 关灯控制一般采用电子定时器来实现, 果 开 如 需要调整开关灯时间,则必须人工地调整每一个定时器,工作难度大,造成开关灯时间不能 及时变更,不能按规定进行开关灯管理等问题,对城市的夜景美化造成了负面影响。 3 5. 城市能耗问题,不能解决 随着城市照明系统的完善与城市市容的越来越好, 在的最大问题是用电量太大, 潜 据统 计国家今年下半年缺电 3500 万千瓦。传统城市照明只提出:晚开早关的概念。城市照明作 为城市用电的一个大的重要环节, 要在完善城市照明系统的同时, 过城市照明信息管理 需 通 系统时实汇集所有照明数据,统一调配,作出节电具体方案。 4.国内外城市照明系统发展趋势 发达国家早在 20 世纪 80 年代中期已陆续开始提出并建立独立的城市照明集中监控智能 化系统, 着计算机技术以及通信技术的发展, 达国家的城市路灯管理大都具备了计算机 随 发 网络系统(运用 Lonworks 协议,Lonworks 概念:由美国 Echelon 公司于上世纪 90 年代发 明的设备通讯协议,现已在全球智能化 70%的设备里运用) 这些系统有的相对独立,有的 , 已融入庞大的市政公共设施监控网络系统。 随着我国城市建设逐步走向现代化, 城市公共照明管理的要求越来越高, 对 近年来我国 经济相对比较发达的城市纷纷采用各种技术对城市灯光系统进行集中管理改造。 第三章 城 市 照 明 管 理 的 需 求 从现代城市的现状来看, 果不采用先进技术对城市的灯光系统进行集中监控, 会造 如 就 成管理不到位、 系统维护困难、 源浪费等问题。 而要建成一套满足需求的灯光监控系统, 资 然 必须深入了解实际情况。 根据我们对国内大中城市照明系统发展的分析, 为目前城市灯光 认 管理的需求主要在以下几个方面。 1. 集中控制 为提高工作效率,便于管理,使城市灯光的管理更加符合现代城市的要求,实现灯光统 一管理,集中控制的目标。 2. 远程监测 实现远程监测, 时掌握系统的运行状态, 且对状态数据进行记录, 便查询和统计, 实 并 以 对突发故障提高应急反应速度,从而明显提高工作效率,使管理工作规范化。 3. 节约能源 根据实际情况及特殊情况精确调整开关灯时间,对景观照明、道路照明实行细分管理, 在照明效果满足需要的情况下作出每个数据量分析,利用图表做出耗能情况分析图。 4 第四章 城 市 照 明 智 能 化 网 络 结 构 说明:通过统一的通讯协议将每一路灯的运行状况(电流,电压等数据)通过现有城市通讯 平台(宽带网络,电话网络,GPRS 网络)传到城市照明监控中心。可通过 CS/BS 2 种结构 的用户控制系统实现本地/异地控制。 通过用户控制系统实现需求基本功能以及特殊功能。 并 定期产生报表生成节能分析图,故障事故图等。 建成后的城市照明管理系统: 1.灯光监控系统建成后,将完善城市灯光的现代化管理。 2.可以实现灯光管理自动化,做到集中管理,智能控制。 3.开关灯控制按照预定的时间表(可根据季节变化、节假日等情况自动调整)进行,如有特 殊情况,可快速地进行开关灯操作。 4.及时掌握系统运行状况,代替传统的人工巡检,提高工作效率,节省人工成本。 5.通过分析合理利用电能资源,杜绝浪费。 6.突发事件(如断路、短路等) 系统可提前自动报警(系统通过数据波动分析) , 。 7.通过电量记录可方便与电力局核算电费。 8.市领导及主管部门能够在控中心随时全面了解照明监控系统的运行情况。 9.可节省部分人员,维修人员,实现街道、夜景照明统一维护管理。 5 第五章 城 市 照 明 控 制 分 析 长期以来, 智能照明在国内一直受到忽视, 大多数社会化照明仍然沿用传统的照明控 绝 制方式。 分社会化照明采用智能化自动控制系统来监控照明, 也只能实现简单的区域照 部 但 明和定时开关功能,无法实现调光,场景控制等功能来灵活自如地管理照明设备。 就照明管理系统而言, 不仅要控制照明光源的发光时间、 度来配合不同应用场合做 它 亮 出相应的灯光场景, 且还要考虑到管理智能化和操作简单化以及灵活适应未来照明布局和 而 控制方式变更等要求。 个优秀的智能照明系统可以提升照明环境的品质, 一 确保在城市里工 作和生活群体的舒适和健康。 当前城市照明智能化网络结构一般采用三级结构: (1) 现场照明控制网络 (2) 远程网络:宽带网络,电话网络, GPRS&CDMA 网络等 (3) 管理中心 管理中心 远程接入网络 分布的照明设备和控制网络 6 第一级结构的就是对各个路灯状态的信息采集的照明信息采集设备, 第二级结构就是监 控中心和分布式采集设备的通信途径, 三就是监控中心对采集到的信息进行分析进而对各 第 分布节点进行控制。总的来说,考虑使用分散采集数据、集中进行管理的方式。 由于路灯的数量众多, 每一盏路灯都进行控制规模太大并且也没有必要, 此可以只 对 因 对路灯所使用的低压配电箱进行监控。 在路灯信息采集现场通过现场控制器和传感器等智能 终端采集路灯的状态信息,通过摄像头监视器采集路灯的视频信息和图片信息。 将采集到的状态信息和视频信息通过网络传送到路灯监控中心, 监控中心对其做统一 由 的处理。监控中心对采集到的信息做统一的汇总分析。监控中心可以监视路灯的运行状态、 故障状态及工作情况。还可以对路灯开关进行控制,包括单独控制和群体控制。 通信方式可以选择有线传输、 可以选择无线传输, 可以选用电子载波传输或者 GRPS 也 还 传输,具体的传输方案可以根据实际的考察情况以及结合前期工程的特点在综合考虑经济 性、安全性和便捷性的基础上选择。 (下图为现有城市照明控制系统分析表) 7 现有城市照明控制系统分析表: 特点 类型 方案构成 优点 不足 主要应用范围 230MHz 无线 专网 在 监 控 中 心 建 立 一 个 大 型 的 无线 发 射 塔,依靠大功率发射实现大范围的通信 覆盖,对较大的网络采取多级中继方式 通信效率不高,网络较大和 系统相对简单、外围设备安装施工 通 信 环境 不 好 时需 要进行 速度快 多级中继 中小规模网络 全 有 线 监 控 中 心 到 外 围设 备之 间的通 信 利 用 有线连接,如光纤、同轴电缆、对绞线 等 通信速度高,稳定性强,可利用城 市现有宽带网络和 PSTN 电话网络 初期投入费用较大 在城市规划时已经考虑进去的专 线网络 CDPD蜂窝 传输速率高 数字通信 利 用电 信 局 为 手 持 移 动 设 备 建 立 的 数 字通信网络作为通信手段 运行费用昂贵,目前只有少 数 城 市 建立 有 DPD 网络 , 小规模、要求很高的重点工程 CDPD 网 络不 是 主流 网络 , 有被淘汰的风险 GSM 短消息 利 用电 信 局 移 动电 话 网 的 短 消息 发 送 实现双向通信。 通信覆盖范围广 运行费用昂贵,通信数据量 小规模、无实时要求的网络 受到限制、实时性极差 建设费用低、组网灵活,通信效率 GPRS 或 CDMA 利 用 中 国 移 动 最 新 推 出 的 无线 分 组 数 据通信桥技术或中国联通的 DMA 无线 宽带技术 非常高,不受环境、距离和规模的 限制、能够实现真正的主动报警; 传输速率底,要向中国移动 (联通)缴纳少量通信数据 网络的扩展和升级极为方便 8 适用所有网络 第六章 城 市 照 明 节 能 分 析 “在保证照明效果下点着灯节电” 这样的概念才是科学的,合理的,这是发达国家道 , 路照明系统的设计思想之一。 我国路灯照明现状: 据调查,我国小型城市在夜晚 9 点后,大中城市在午夜 12 点后,道路上几乎空无一人, 即便是北京、上海、广州这样的繁华都市,凌晨 2 点以后,道路上也已罕见行人、车辆。从 这一时段直至清晨 6 点路灯熄灭,在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。 城市公共照明在我国照明耗电中占 30%的比例,约 439 亿 kWh,以平均电价 0.65 元/kWh 计算,一年开支 285 亿元。在市政开支极度紧张的今天,国内绝大部分的城市和地区几乎不 约而同地采用了日本等国家在七十年代就抛弃了的路灯隔盏关灯的省钱方法, 中的弊病不 其 言而喻——不仅导致了路面照度分布不均, 治安及交通安全埋下了隐患, 且不能避免后 给 而 半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损, 此不能称做是真正意义上的节能。 发达国家在 因 当 讨论什么是“恰到好处的照度水平”的今天,我们这种控制方法就太落后了。 九十年代以来,夜景照明建设成为都市市政设施建设的一个重要环节,各地也取得了 相应的成绩, 是市政开支普遍紧张与增设夜景照明形成了很大的矛盾 c 以沿海某开放城市 但 为例,大批路灯在安装后迫于财政紧张的压力,支付不起沉重的照明电费开支,又不得不关 掉近一半的灯,结果近年新装的部分路灯形同摆设,造成变相浪费。 如何让路灯亮起来,让城市亮起来,亮得更科学,亮得省电省钱?答案是:采用智能光 源降压一稳压一调光技术。 一、 智能光源降压一稳压一调光技术 1. 什么是智能光源降压一稳压一调光技术 智能光源降压一稳压一调光技术是国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术。 充分 它 考虑了城市道路照明的实际状况, 据人体工程学中的视觉理论, 用现代控制论中的最优 依 采 控制 方 法 , 实 现 了 对 路灯电 压 及照 度 的动 态 智能 化 管理 , 即 TPo 管理 (TIME / PLACE / 0CCASl0N)。此项技术的基本思路就是:在繁忙的时段,控制路灯保持较强的照度,接近午 夜时分,开始自动调光,在后半夜车稀人少时,则控制路灯保持较低照度的照明(类似房灯 的调光器,可以随需要而任意调光)。它的主要优点就是在调光的同时也大幅降低了电耗, 9 节约有功电耗达 30%以上。房灯调光已流行多年,主要是因为室内灯功率小,容易实现。 而道路照明则完全不同:首先,灯泡功率大,不易控制;其次,使用环境恶劣,九十年代, 电力电子元件技术有了突飞猛进的发展, 调光技术有了可靠的质量保障, 过一些地区的规 通 模应用,其完美的调光效果和节电功能得到了一致认同,在德国,美国这些耗电大国,此类 技术也得到了政府的大力扶持和推广‘:智能光源降压一稳压一调光技术的控制过程是: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,依此 来设计计算机的控制程序,根据照度调整率,从某一时刻开始,平滑地对路灯输入电压进行 动态调整,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,达到了双重意义上的节能。 2. 开灯比关灯更省钱 前面提到的关灯节能方法是以牺城市照明和诱发犯罪率以及交通事故上升为代价的, 而智能光源降压一稳压一调光技术所达到的节电率高于 30%,由此而言,采用智能光源降 压一稳压一调光技术,开灯比关灯更省钱。 3. 算一笔看不见的帐 我国现有的路灯 70%以上使用的都是高压钠灯, 其设计寿命为 24000 小时(5 年)。 是 但 由于我国城市电网技术落后, 成线路的电压波动大大超过国际标准, 多地区的波动甚至 造 许 超过额定电压的左右 15%, 别是在后半夜, 于电负荷减少使得电网电压有时接近 245V, 特 由 致使路灯灯泡的实际使用寿命平均不到一年。现在,可以算这样一笔帐:以沿海开放城市为 例,路灯每年需要更换一次灯泡,更换一只灯泡所需费用(含镇流器损耗、人工、车辆等) 为 120 元, 市共有两万多只常开的路灯, 该 则每年仅更换路灯灯泡的费用就高达两百多万元 人民币,如果采用了智能光源降压一稳压一调光技术,路灯灯泡的使用寿命可延长一倍,仅 此一项,一年就可节约开支两百多万元,加上节电 30%,一年可节约七百多万元电费,两 项相加就有近千万元之巨。如果 450 万元作为先期投入,半年内所节约的费用即可回收,逐 年节约的资金可以重新投入市政建设。 据 1999 年全国道路照明专业委员会第九届年会上得到的不完全统计数字,目前国内所 有城市道路照明的总灯数约 300 万只(套),工矿企业、车站、机场、码头、高速公路照明等 非市政照明灯具约 100 万只(套),总数 400 多万只,并且每年递增 10%以上。如果及时采 用此项技术,仅从节约电费、降低灯泡损耗和人工开支三项来计算,五年时间可为国家节约 近 100 亿元人民币,可以少建三座装机 120 万 kW 的火电站,同时节约了大批的原煤。 对于全国的总耗电量而言,道路照明只占一个小小的百分数,也正因如此,它才有可能 10 成为推动节能运动的一个突破口。 道路照明着手, 两三年时间摸索出一套符合中国国情 从 花 的商业化运作模式,然后在全国各行各业全面推广。当然,这需要政府下大决心、花大力气 去进行推动。 4. 智能光源降压一稳压一调光技术的推广亟待政府的行政支持 路灯节能无疑会给各地的市政开支节省大量资金, 而对路灯管理部门而言, 们的日 然 他 常开支和经常性的维护费用是和路灯电耗及安装数量成正比的, 耗越多, 年度的费用就 电 下 同比增长,也可以这样说,越是节约用电,对基层下年度的费用预算就越少,因此,路灯管 理部门对节电工程大多持消极态度。 一现象反映出节能政策在具体操作中和现行体制及利 这 益分配机制不相匹配,目前各地所执行的政策实际上是在鼓励浪费!国家整体的长远利益和 部门短期利益之间存在着很大的矛盾。这一状况对节能工作的深入开展产生了相当大的阻 力。 二、 我国节能工作的阻力 1.部门之间的问题 在国内, 管节能工作的行政主管部门是各地经委和节电办公室, 路灯部门隶属建设 主 而 部门,经委只有协调功能而不能跨行业进行行政干预,因此,经委在这个领域中起不了什么 作用, 建设部门在经济环境好的时候大手花钱, 而 节电似乎无关紧要, 了当前经济紧缩时, 到 又拿不出钱去改造。 2.上下级之间的问题 全国的路灯部门仍然是执行计划经济的运行方式,建多少条路,装多少盏灯,是建委和 计委及财政的事,路灯部门只负责维护,节电效益体现不到他们身上,所以他们对节能并不 感兴趣。而主管部门对实际运行缺乏了解,对节能就更是门外汉,因此,一个项目就会在部 门之间踢来踢去。 3.缺乏资金 现接段,建设金尤其是市政资金极端紧张,拿不出启动资金,而市场上又没有融资租 赁的资金可利用,再加上相应的法规、制度不健全,没有人敢向节能领域大力投资,使得路 灯节能推广异常困难。 4.缺少规模 前些年,大量中小企业生产的质量不过关甚至假冒伪劣的产品给人们留下了恶劣印象, 使人们对节电产品产生怀疑甚至是排斥。 11 5.节能思想不正确 上述这些问题集中反映了路灯节能工作中所遇到的困难, 排除这些困难, 规模 不 大 推广节电产品就无从谈起。这里面,主管部门的思想转变和打破部门之间的制约至为关键。 如何解决好这些问题, 林市的处理方法为我们提供了一个很好的启示: 主管城建的副市 吉 由 长挂帅,协调建委、市财政和路灯处等部门,定具体的实施细则。在政策上予以扶持——首 先由市财政列支节能设备的先期投人,设备投人使用后,从第一年节电效益中返还,从第二 年开始,每年节余部分投入到路灯再建设的工程中,同时,路灯部门的维护费用不因电费减 少而缩减,既推广了节能工作,又保障了基层的利益。 三、对节能工作的看法和建议 为什么有实力的机构不愿介入呢?节能产品利润小、推广难,因此大型企业不愿涉足, 投入不足致使我国节能产品在国际上处于相对落后状况。为什么国家大力提倡节能十几年 了,而节能工作却一直推而不广呢?前面提到的政策不配套是一个重要原因,还有一个原因 就是由于投入不够, 得许多产品还仅仅是实验室产品时就匆匆上市, 果远远不能适应各 使 结 种复杂的实际运行工况。 品质量不过硬, 就是造成人们常说的节电不节钱的情况发生的 产 也 重要原因。节能产品的市场推广,是一个耗力、耗时、耗钱的系统工程,没有大的资本做后 盾,市场很难打开,很多好的产品也就半途天折了。如何尽快扭转这一被动局面,我们有一 个初步的设想:首先由国家经贸委、科委、机械工业局牵头,由国家投资建立一个国家级节 能实验室(包括相应的中试基地), 要对申报的各类节能产品进行理论评估, 通过评估的 主 对 产品进行中试和批量规模应用,筛选出真正有推广价值的产品。据我们调查,许多中小企业 仅凭个人发明做一些基本设计或原型机, 们根本无法也无力承担产品商品化的过程和批量 他 试验的投人,批量试验是产品投入市场前一个至关重要的环节,个人买不起各种工业设备, 企业又不愿用生产设备去为别人做实验,因此许多节能产品的开发者只好望而却步了。 从八十年代末开始, 家也曾推荐过各种节能产品, 是许多产品是凭各种文件一级一 国 但 级上报, 间存在很多虚假成分, 成许多国家推荐的节能产品质量不好或节能效果不佳等 中 造 不良影响。如果有了国家级实验室和专家论证组,建立起一个规范的行业标准,这一问题便 迎刃而解了。同时,由国家经贸委发起,包括金融机构、企业和个人成立中国能源节约基金 (金额 5。10 亿元),由专业投资银行和技术专家负责运作,形式上采用国际通行的融资租赁 方式,销售、推广各类节能产品。这项基金既具有某种政府权威,又具备严格的商业机制, 对操作的产品均采用租赁一分期付款方式, 上商业还款保险等商业因素介入, 金的资本 加 基 安全有了保障。两个机构协同运作,会使困扰中国节能产品推广多年的难题一一化解,同时 12 也会促进大批的国产节能产品走出实验室,走出国门。照明电耗虽然只占全国总电耗的 10 %—20%,道路照明所占比例更小,但是,从节能技术推广的角度来看,它可能成为整个节 能工作突破口。 第一,整个路灯行业总体份额较小,容易操作。据初步计算,用三年时间将全国现有路 灯系统进行改造,总体投入不过 6—7 亿元。如果能采用政府、社会齐动手的战略,不会给 国家造成财政负担。 第二, 家主管节能工作的国家经贸委和主管道路建设的建设部应尽快制定相关的配套 国 政策。据查,道路照明的设计规范基本上没有涉及节能,所谓‘ 间隔关灯’ 方法不过是各 ‘ ’ 地在遇到电费问题时所采取的“不约而同”的手段而已。而目前采用的设计规范基本上是八 十年代制定的, 多内容甚至照搬国外六、 十年代的标准, 许 七 早已不能适应当前的实际状况, 应尽快修订并将节能内容列入其中。 第三,路灯管理行业隶属各级政府,因此,加强政策引导和必要的行政干涉是必需的。 这个行业由于“吃皇粮”的关系,基层对节能的必要性没有切肤蹦的压力,因此有必要自上 而下的进行行政干预和政策引, 以推动行业节能工作的全面展开, 建议从今年的节能活动周 开始全面推广。由于整个行业盘子较小,易操作,因而容易取得阶段性成果。 通过努力, 在路灯行业节能工作中总结出经验和相配套的政策, 未来在工业领域全面 为 推广节能技术探索切实可行的操作方法。 避免重蹈过去国营企业一谈节能改造, 上就伸手 马 要钱,没钱就不干的覆辙,使得节能成为企业的自觉行为,形成运用社会资源、市场行为来 运作的概念。这样,节能就会从政府号召变成每个企业和每个人的自觉行为。 13 第七章 城 市 照 明 的 发 展 趋 势 1. 集中控制:为使城市夜景照明的管理更加符合现代城市的 要求,须对灯光实行统一管理,集中控制。 2. 远程监测:实时掌握系统的运行状态,并且对状态数据进 行记录和统计,提高对突发故障的应急反应速度,从而达 到提高工作效率、使管理工作规范化的目的。 3. 节约能源:根据实际情况准确调整开关灯时间,对夜景照 明实行细分管理,在照明效果满足需要的情况下减少供电 电压、尽量避免无谓电耗的浪费。 以下 10 条具体原则,不管是对一个城市,还是对一个具体工 程,都得遵守,如果建背这些原则,就谈不上创建夜景精品。 一、 严格按照明总体规划进行城市夜景照明建设的原 则。 二、 夜景照明必须紧扣本城市或建筑物形象特征,按照以人为本、和谐统 三、简洁大气、重视文化和艺术品位的原则。 四、 夜景照明要符合本城市的建设发展规划和国内外夜景照明技术文件、 标准规范的要求。 五、 夜景照明要突出重点,要有特色,不能一般化,照明方法应多元化, 不要千篇一律的使用单一的照明方法。 六、 注重夜景照明新技术的使用,提高新技术的含量。 七、 慎用彩色光,特别是公共建筑夜景照明的配色更需谨慎。 八、 贯彻绿色照明原则,采取措施,节资节最,保护环境,防止光污染。 九、 夜景照明的设备要安全可靠,切忌用伪劣产品。 十、 科学设计照明控制系统,一般应按平日和节日两种方案分别 控制。 十一、 加强管理,建立严密的管理体系,使管理工作做到科学化 和法制化,确保夜景照明设施正常运行。 14 第八章 地 理 信 息 系 统 的 运 用 说明: 市智能化照明主要为了控制及节能, 了达到使用目的地理信息系统是必不可少的 城 为 城市照明系统与用户之间的接口,在这里左做简单描述。 1.1.城市照明地理信息监控系统 路灯地理信息系统利用 mapinfo 进行二次开发,在电子地图上直观的进行操作和控制。 使用数据库来对地理信息系统进行充分的支持, 可以增大地图系统的息量, 够使工作人 能 员更清楚地了解相关的路灯状况。 (祥见下图) 下图所示的就是地理信息系统的系统图。它是利用 mapinfo 进行二次开发而成的,电 子地图可以根据需要放大和缩小,足以满足路灯监控的需要。在图上可以选定任一条路对 其状态进行察看和控制。比如我们用鼠标点击嵩山南路路段,在图上就会明显地标志出嵩 山南路路段,弹出该段路灯的状态并可以在电脑上控制路灯的开关。 15 另外,还可以查看此路段的视频简介、图片信息和文字信息。点击视频简介工具栏, 就会放映此路段的视频介绍。 点击图片信息工具栏,可以查看此路段的视频信息 16 当然也可以考察此路段的综合情况,包括状态信息、视频信息、图片信息和文字信息, 同时还能对路灯的开关进行监控。 照明智能化控制具体实现明细: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 集成 GIS 电子地图信息平台,提供地图缩放、平移、目标锁定、快速查找等操作; 卫星授时,精确校准系统时钟; 支持中心监控分级管理,可设立多个分控中心,通过互联网连接; 网络可分区管理,组建大型灯光监控系统方便灵活; 设置回路属性,对系统中相同属性的回路可进行广播控制; 自动开关灯管理可选择定时模式,季节变化自动跟随模式和节假日预定模式; 可定制系统巡检和控制任务,到达预约时间自动执行,所定制任务中的设备(分区)对 象可以任意加入或移出; 8. 监控中心光照度自动探测,可进行远程自动光控开关控制; 9. 可设置远程锁定,防止恶意攻击提高网络安全; 10.通信方式使用 GPRS/CDMA 无线宽带, 容 230MHz 无线专网 支持无线专数据多级转发中 兼 ( 继模式组网) 支持混合组网(混用 GPRS/CDMA、230MHz 无线专网) , ; 11.遥控、遥测、遥信,提供丰富的点操作和广播操作指令,可实现单点控制、群控、顺序 控制等立即操作; 12.高精度采集电压、电流、功率、累计电量等参数,可设置突发事件报警、电参数越界报警; 13.支持灯光场景管理,适应复杂的夜景灯光控制; 14.支持灯杆单灯监控; 15.支持 TDK、TIM 系列外围设备,组网简单灵活; 16.自动进行亮灯率计算,形成亮灯率报表; 17.记录系统的工作电压、电流、电量等参数,形成相关报表; 18.故障报警、无人值守时可设置发送远程报警信息; 19.管理员可对值班操作员的权限进行设置,自动形成操作日志,交接班记录; 20.追溯 3 年历史记录,支持远程查询、远程管理和远程维护。 17 相关窗体简介: 基站基本信息 基站设备信息 18 设备基本信息 配置信息 19 控制方式(节假日,特殊日期) 偏移量设置:由于各地纬度不同,日出日落时刻的光照度有所区别,可以通过设置跟 随偏移量来调整,开灯与日落有关,关灯与日出有关,偏移量可以是正偏移(提前)或负偏 移(推迟) ,一般来说,开灯时间在日落之后,关灯在日出之前。 日出日落跟随设置:选定需要跟随的控制支路,然后对控制模式进行加权,每一种控制 模式右边有两个选中按钮,分别是“日出跟随关灯控制” 加权按钮和“日落跟随开灯控制” 加权按钮 ,这两个按钮对所选中的控制模式起到加权影响的作用。使用这两个按钮就可以 实现开关灯控制自动跟随日出日落时间变化, 个按钮可以只使用其中一个, 可以两个同 两 也 时使用。 当被加权的控制模式执行时, 选中的支路开关灯时间自动跟随日出日落时间变化, 被 没被选中的支路则不受影响。 智能开关灯时间表的设置 周末和节假日开关灯时间表的设置 20 之路属性设置 自动任务定制 21 全面控制 点对点控制(单节点控制) 22 亮灯率统计 亮灯率及数据采集 亮灯率设置中两个重要参数即 满载电压和满载电流,建议满载电压界定在接近 220V, 满载电流的含义是:当前时刻所有的路灯全部是点亮的,即确保满载的亮灯率是 100%。 从设备上读取正确且真实的数据,然好保存到数据库中作为动态测算亮灯率的参考标 准。参考标准设置后,当设备的数据被刷新时,设备动态测算的亮灯率就被显示在主窗口的 界面上 23 报警设置窗体 报警窗体 24 正常工作情况窗体 报表窗体 25 ...
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