城市照明是在我國城市建設(shè)不斷發(fā)展，社會經(jīng)濟(jì)、文化和物質(zhì)生活水平迅速提高的過程中，蓬勃發(fā)展起來的一個新的照明領(lǐng)域，是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。城市照明不僅可以美化城市，展現(xiàn)城市風(fēng)采，增加城市的魅力，提高城市的知名度和美譽(yù)度，而且還可以優(yōu)化人們夜間生活和投資環(huán)境，促進(jìn)旅游業(yè)、商業(yè)、交通運輸業(yè)、服務(wù)業(yè)和照明行業(yè)等部門的發(fā)展，并減少交通事故和夜間犯罪、提高人們夜間活動的安全感，均具有重要的政治經(jīng)濟(jì)意義和深遠(yuǎn)的社會影響，因而越來越引起有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和社會各界，特別是城市建設(shè)部門和廣大照明工作者的高度重視和普遍關(guān)注。
根據(jù)國家發(fā)改委最新公布的結(jié)果顯示，預(yù)計在2014年中國的最大電力缺口將達(dá)到1200萬千瓦左右。而我國戶外照明用電量約占全國用電量12%，超過6852億千瓦時，對城市照明來說，開展節(jié)能新舉措已勢在必行。
1、照明節(jié)能措施
1.1 在進(jìn)行城市照明設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)被照明場所的功能性質(zhì)、環(huán)境區(qū)域亮度、表面材料及所在城市的規(guī)模等，確定所需的照度或亮度的標(biāo)準(zhǔn)值，避免照度或亮度過高，浪費電能。應(yīng)按光源要求配置符合相應(yīng)能效標(biāo)準(zhǔn)的鎮(zhèn)流器和電器附件。
1.2 選用的光源應(yīng)符合相應(yīng)的光源能效標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到節(jié)能評價值的要求。并合理選擇照明方式，更有利于節(jié)能減排。
1.3 形成切實有效的節(jié)能管理機(jī)制，有利于照明的維護(hù)管理和能源的節(jié)約。
1.4 由于高壓鈉燈配電感鎮(zhèn)流器時，通常其功率因數(shù)很低，一般僅為0.4~0.5，所以應(yīng)安裝補(bǔ)償電容，以提高功率因數(shù)。有條件時，還可在燈具內(nèi)裝設(shè)電容進(jìn)行單燈補(bǔ)償，以降低單套燈具電流值，降低線路能耗和電壓損失。
1.5 選用一些節(jié)能控制技術(shù)和設(shè)備作為一項照明節(jié)能措施。如，對整條照明線路進(jìn)行全半夜燈的設(shè)置；使用高光效的路燈燈具、使用太陽能路燈等。
2、電容補(bǔ)償節(jié)能
在高壓鈉燈燈具內(nèi)裝設(shè)補(bǔ)償電容對單個照明燈具進(jìn)行電容補(bǔ)償并不是一項新的技術(shù)理念，在全世界范圍內(nèi)已廣泛使用。。與其他節(jié)能方式相比，電容補(bǔ)償節(jié)能更為簡單，在降低照明線路電流值的同時，也降低了線路損耗和電壓損失。
3、太陽能照明的應(yīng)用
太陽能電池作為一種新能源，不失為城市照明節(jié)能的好方法和新興技術(shù)。目前，在西部光明工程中，非主干道太陽能路燈、太陽能庭院燈和太陽能草坪燈、太陽能裝飾燈等方面的應(yīng)用已經(jīng)逐漸形成規(guī)模。
但是，在太陽能照明燈具的設(shè)計中，涉及路燈燈具、太陽能電池系統(tǒng)、蓄電池充放電控制許多因素，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會造成產(chǎn)品缺陷。
由于太陽能路燈其無需使用市電的優(yōu)點，近年來在用電困難地區(qū)得到迅速的發(fā)展。草坪燈功率小，主要以裝飾為目的，對可移動性要求高，且電路鋪設(shè)困難、防水要求高，上述要求使得太陽能草坪燈顯示其前所未有的優(yōu)勢，尤其是國外市場對太陽能草坪燈需求十分巨大。2002年，僅廣東和深圳用于制造出口太陽能草坪燈消耗的太陽能電池就達(dá)到2MW，相當(dāng)于當(dāng)年國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)量的1/3，至今仍然保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。同時，太陽能庭院燈在公園、生活小區(qū)以及非主要交通道路上也已得到廣泛應(yīng)用。不過，由于技術(shù)發(fā)展太快，有些產(chǎn)品上不夠成熟，在燈具的選擇以及電路設(shè)計中存在諸多缺陷，因此太陽能路燈雖然在節(jié)能方面有一定的優(yōu)勢，但是降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，也浪費了許多資源。
4、LED燈具發(fā)展制約因素
LED光源憑借色彩豐富、電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽苄矢摺⒁子诳刂频戎T多優(yōu)點,在道路照明特別是景觀照明方面已經(jīng)體現(xiàn)出了無可爭辯的優(yōu)勢。與白熾鎢絲燈泡和熒光燈相比,白光LED具有體積小(多只、多種組合)、發(fā)熱量低(沒有熱輻射)、耗電量小(低電壓、低電流啟動)、壽命長、響應(yīng)速度快、環(huán)保、可平面封裝、易開發(fā)成輕薄短小的產(chǎn)品等優(yōu)點。
目前,盡管LED在照明領(lǐng)域中的應(yīng)用已初見端倪,使人們看到了半導(dǎo)體照明之光及其應(yīng)用前景,但采用LED實現(xiàn)大規(guī)模的半導(dǎo)體照明還有許多問題亟待解決。
(1) 散熱。散熱問題是功率型LED需要解決的一個重要問題,散熱效果的優(yōu)劣直接關(guān)系到燈具的發(fā)光性能和使用壽命。LED半導(dǎo)體光電器件是熱敏元件,工作時產(chǎn)生的熱量需要及時有效地散發(fā)出去,否則會引起PN結(jié)溫升高,導(dǎo)致光衰較快,效率降低,有效壽命較短,無法適應(yīng)道路照明長時間、高質(zhì)量的使用要求,因此散熱是LED路燈燈具設(shè)計中待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
(2) LED光源屬于點光源,具有很強(qiáng)的方向性。所看到的所有以LED作為光源的道路照明設(shè)計都是將LED安裝在一塊平板上再裝入燈具中。燈具的主要作用是支托LED和遮風(fēng)擋雨,對光分布不起任何作用,而路面的照度分布完全由LED自身的光發(fā)射角決定,以致在路面形成了明顯的斑馬效應(yīng),正對燈下方的地方較亮,而在兩燈之間則形成明顯暗區(qū)。這類燈具配光曲線很難滿足道路照明的要求。其光學(xué)設(shè)計,包括初級透鏡或反光裝置的設(shè)計和二次光學(xué)設(shè)計等成為阻礙LED光源在道路照明領(lǐng)域推廣使用的又一技術(shù)瓶頸。
(3) 成本問題。目前LED路燈的造價昂貴,其價格比高壓鈉燈高出幾倍,成為LED路燈推廣發(fā)展的又一個障礙。
5、電容補(bǔ)償、太陽能應(yīng)用及LED燈具應(yīng)用的節(jié)能對比
目前太陽能路燈、LED路燈的造價昂貴,都比高壓鈉燈高。而太陽能路燈在實際應(yīng)用過程中技術(shù)依然不是很成熟，加之后期維護(hù)成本過高，全壽命周期費用巨大。
LED光源在小功率應(yīng)用方面已經(jīng)開始體現(xiàn)它的節(jié)能優(yōu)勢,但是,在城市主干道采用大功率LED作為路燈光源替代現(xiàn)在的高壓鈉燈燈具目前還為時過早,主要由于它的穿透力不如高壓鈉燈。下面從能效、光源光色對道路照明的效果、經(jīng)濟(jì)性方面對高壓鈉燈和LED燈具進(jìn)行對比分析。
3.1能效
目前城市的主干道主要采用250W、400W等大功率高壓鈉燈燈具。高壓鈉燈光效高,同時考慮鎮(zhèn)流器消耗、燈具效率等因素,綜合光效約為100-110lm/W。而LED路燈的有效光效目前在90-100 lm/W左右。因此,對于大功率路燈來說,目前LED路燈比高壓鈉燈的光效要略低一些。
3.2光源光色對道路照明的效果
分析表明,高色溫讓人興奮而低色溫給人寧靜的感覺。高壓鈉燈的色溫約為2100K,屬于暖色溫,其顯色指數(shù)卻只有23~25,顯色性差;而LED路燈現(xiàn)在使用的色溫為3000~6000K,較好的產(chǎn)品顯色指數(shù)可達(dá)70~80,顯色性好。作為城市的主干道,偏黃色的高壓鈉燈對看清前方90~160m左右距離路面狀況的效果比白色光略優(yōu)。由于黃光具有較強(qiáng)的透霧能力,在霧天、多塵的惡劣條件下,高壓鈉燈具有優(yōu)勢。
綜上所述，考慮到相當(dāng)一部分中小型城市目前在照明改造方面資源有限，在相當(dāng)部分時間內(nèi)高壓鈉燈仍將是各中小型城市主要光源，因此，推行簡單有效的電容補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)是至關(guān)重要的。
6、電容補(bǔ)償節(jié)能的相關(guān)注意事項
作為一項已經(jīng)成熟并且在實際應(yīng)用中得到廣泛推廣的技術(shù)，電容補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)仍然存在一些不完善的地方。如，補(bǔ)償電容質(zhì)量不過硬或達(dá)不到技術(shù)要求；運行維護(hù)人員在裝設(shè)后并沒有引起過高的重視，沒有按時按量的對整個照明系統(tǒng)的補(bǔ)償電容裝置進(jìn)行檢查、維修更換。因此，在進(jìn)行電容補(bǔ)償節(jié)能時，應(yīng)嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，選購合適的、能夠達(dá)到設(shè)計需求的電容型號；在后期維護(hù)過程當(dāng)中，必須定時的對線路中的功率因數(shù)進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時排查故障電容，及時更換。
結(jié)束語
近幾年,在提倡綠色照明和節(jié)能的大環(huán)境下,路燈的方方面面都得到了變化和發(fā)展。不僅太陽能路燈發(fā)展迅速,LED路燈也取得了驕人的成績。但是就目前的技術(shù)而言,太陽能路燈及LED路燈的應(yīng)用應(yīng)避免浮躁和急功近利的情緒,不要過分夸大它的效能。在全國各級城市主干道的照明中,仍然是高壓鈉燈占主導(dǎo)地位,大力推廣太陽能路燈、LED路燈為時尚早。
就目前城市照明節(jié)能改造的發(fā)展情況而言，利用補(bǔ)償電容器進(jìn)行節(jié)能已然成熟，是一種較為優(yōu)越的方法，但電容補(bǔ)償節(jié)能仍存在一些不可忽視、需要完善的地方。因此，在推廣電容補(bǔ)償節(jié)能的同時應(yīng)該在要求選擇電容器和定期檢查這些方面去進(jìn)一步完善。
參考文獻(xiàn)
[1] 吳雨慶.最新照明工程施工技術(shù)與設(shè)施檢修維護(hù)使用手冊[M]. 北京：中國城市管理出版社，2010.
[2] 王玉爽，嚴(yán)登俊，史兆培.城市路燈照明節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 [J].中國照明電器，2009（10）:12.
[3] 孫秋野.電力系統(tǒng)分析[M].北京：人民郵電出版社，2012.
[4] 李興國.淺析氣體放電型電光源無功補(bǔ)償節(jié)能方面的問題及思考 [J].通訊世界，2013（9）：65.
根據(jù)國家發(fā)改委最新公布的結(jié)果顯示，預(yù)計在2014年中國的最大電力缺口將達(dá)到1200萬千瓦左右。而我國戶外照明用電量約占全國用電量12%，超過6852億千瓦時，對城市照明來說，開展節(jié)能新舉措已勢在必行。
1、照明節(jié)能措施
1.1 在進(jìn)行城市照明設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)被照明場所的功能性質(zhì)、環(huán)境區(qū)域亮度、表面材料及所在城市的規(guī)模等，確定所需的照度或亮度的標(biāo)準(zhǔn)值，避免照度或亮度過高，浪費電能。應(yīng)按光源要求配置符合相應(yīng)能效標(biāo)準(zhǔn)的鎮(zhèn)流器和電器附件。
1.2 選用的光源應(yīng)符合相應(yīng)的光源能效標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到節(jié)能評價值的要求。并合理選擇照明方式，更有利于節(jié)能減排。
1.3 形成切實有效的節(jié)能管理機(jī)制，有利于照明的維護(hù)管理和能源的節(jié)約。
1.4 由于高壓鈉燈配電感鎮(zhèn)流器時，通常其功率因數(shù)很低，一般僅為0.4~0.5，所以應(yīng)安裝補(bǔ)償電容，以提高功率因數(shù)。有條件時，還可在燈具內(nèi)裝設(shè)電容進(jìn)行單燈補(bǔ)償，以降低單套燈具電流值，降低線路能耗和電壓損失。
1.5 選用一些節(jié)能控制技術(shù)和設(shè)備作為一項照明節(jié)能措施。如，對整條照明線路進(jìn)行全半夜燈的設(shè)置；使用高光效的路燈燈具、使用太陽能路燈等。
2、電容補(bǔ)償節(jié)能
在高壓鈉燈燈具內(nèi)裝設(shè)補(bǔ)償電容對單個照明燈具進(jìn)行電容補(bǔ)償并不是一項新的技術(shù)理念，在全世界范圍內(nèi)已廣泛使用。。與其他節(jié)能方式相比，電容補(bǔ)償節(jié)能更為簡單，在降低照明線路電流值的同時，也降低了線路損耗和電壓損失。
3、太陽能照明的應(yīng)用
太陽能電池作為一種新能源，不失為城市照明節(jié)能的好方法和新興技術(shù)。目前，在西部光明工程中，非主干道太陽能路燈、太陽能庭院燈和太陽能草坪燈、太陽能裝飾燈等方面的應(yīng)用已經(jīng)逐漸形成規(guī)模。
但是，在太陽能照明燈具的設(shè)計中，涉及路燈燈具、太陽能電池系統(tǒng)、蓄電池充放電控制許多因素，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會造成產(chǎn)品缺陷。
由于太陽能路燈其無需使用市電的優(yōu)點，近年來在用電困難地區(qū)得到迅速的發(fā)展。草坪燈功率小，主要以裝飾為目的，對可移動性要求高，且電路鋪設(shè)困難、防水要求高，上述要求使得太陽能草坪燈顯示其前所未有的優(yōu)勢，尤其是國外市場對太陽能草坪燈需求十分巨大。2002年，僅廣東和深圳用于制造出口太陽能草坪燈消耗的太陽能電池就達(dá)到2MW，相當(dāng)于當(dāng)年國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)量的1/3，至今仍然保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。同時，太陽能庭院燈在公園、生活小區(qū)以及非主要交通道路上也已得到廣泛應(yīng)用。不過，由于技術(shù)發(fā)展太快，有些產(chǎn)品上不夠成熟，在燈具的選擇以及電路設(shè)計中存在諸多缺陷，因此太陽能路燈雖然在節(jié)能方面有一定的優(yōu)勢，但是降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，也浪費了許多資源。
4、LED燈具發(fā)展制約因素
LED光源憑借色彩豐富、電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽苄矢摺⒁子诳刂频戎T多優(yōu)點,在道路照明特別是景觀照明方面已經(jīng)體現(xiàn)出了無可爭辯的優(yōu)勢。與白熾鎢絲燈泡和熒光燈相比,白光LED具有體積小(多只、多種組合)、發(fā)熱量低(沒有熱輻射)、耗電量小(低電壓、低電流啟動)、壽命長、響應(yīng)速度快、環(huán)保、可平面封裝、易開發(fā)成輕薄短小的產(chǎn)品等優(yōu)點。
目前,盡管LED在照明領(lǐng)域中的應(yīng)用已初見端倪,使人們看到了半導(dǎo)體照明之光及其應(yīng)用前景,但采用LED實現(xiàn)大規(guī)模的半導(dǎo)體照明還有許多問題亟待解決。
(1) 散熱。散熱問題是功率型LED需要解決的一個重要問題,散熱效果的優(yōu)劣直接關(guān)系到燈具的發(fā)光性能和使用壽命。LED半導(dǎo)體光電器件是熱敏元件,工作時產(chǎn)生的熱量需要及時有效地散發(fā)出去,否則會引起PN結(jié)溫升高,導(dǎo)致光衰較快,效率降低,有效壽命較短,無法適應(yīng)道路照明長時間、高質(zhì)量的使用要求,因此散熱是LED路燈燈具設(shè)計中待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。
(2) LED光源屬于點光源,具有很強(qiáng)的方向性。所看到的所有以LED作為光源的道路照明設(shè)計都是將LED安裝在一塊平板上再裝入燈具中。燈具的主要作用是支托LED和遮風(fēng)擋雨,對光分布不起任何作用,而路面的照度分布完全由LED自身的光發(fā)射角決定,以致在路面形成了明顯的斑馬效應(yīng),正對燈下方的地方較亮,而在兩燈之間則形成明顯暗區(qū)。這類燈具配光曲線很難滿足道路照明的要求。其光學(xué)設(shè)計,包括初級透鏡或反光裝置的設(shè)計和二次光學(xué)設(shè)計等成為阻礙LED光源在道路照明領(lǐng)域推廣使用的又一技術(shù)瓶頸。
(3) 成本問題。目前LED路燈的造價昂貴,其價格比高壓鈉燈高出幾倍,成為LED路燈推廣發(fā)展的又一個障礙。
5、電容補(bǔ)償、太陽能應(yīng)用及LED燈具應(yīng)用的節(jié)能對比
目前太陽能路燈、LED路燈的造價昂貴,都比高壓鈉燈高。而太陽能路燈在實際應(yīng)用過程中技術(shù)依然不是很成熟，加之后期維護(hù)成本過高，全壽命周期費用巨大。
LED光源在小功率應(yīng)用方面已經(jīng)開始體現(xiàn)它的節(jié)能優(yōu)勢,但是,在城市主干道采用大功率LED作為路燈光源替代現(xiàn)在的高壓鈉燈燈具目前還為時過早,主要由于它的穿透力不如高壓鈉燈。下面從能效、光源光色對道路照明的效果、經(jīng)濟(jì)性方面對高壓鈉燈和LED燈具進(jìn)行對比分析。
3.1能效
目前城市的主干道主要采用250W、400W等大功率高壓鈉燈燈具。高壓鈉燈光效高,同時考慮鎮(zhèn)流器消耗、燈具效率等因素,綜合光效約為100-110lm/W。而LED路燈的有效光效目前在90-100 lm/W左右。因此,對于大功率路燈來說,目前LED路燈比高壓鈉燈的光效要略低一些。
3.2光源光色對道路照明的效果
分析表明,高色溫讓人興奮而低色溫給人寧靜的感覺。高壓鈉燈的色溫約為2100K,屬于暖色溫,其顯色指數(shù)卻只有23~25,顯色性差;而LED路燈現(xiàn)在使用的色溫為3000~6000K,較好的產(chǎn)品顯色指數(shù)可達(dá)70~80,顯色性好。作為城市的主干道,偏黃色的高壓鈉燈對看清前方90~160m左右距離路面狀況的效果比白色光略優(yōu)。由于黃光具有較強(qiáng)的透霧能力,在霧天、多塵的惡劣條件下,高壓鈉燈具有優(yōu)勢。
綜上所述，考慮到相當(dāng)一部分中小型城市目前在照明改造方面資源有限，在相當(dāng)部分時間內(nèi)高壓鈉燈仍將是各中小型城市主要光源，因此，推行簡單有效的電容補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)是至關(guān)重要的。
6、電容補(bǔ)償節(jié)能的相關(guān)注意事項
作為一項已經(jīng)成熟并且在實際應(yīng)用中得到廣泛推廣的技術(shù)，電容補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)仍然存在一些不完善的地方。如，補(bǔ)償電容質(zhì)量不過硬或達(dá)不到技術(shù)要求；運行維護(hù)人員在裝設(shè)后并沒有引起過高的重視，沒有按時按量的對整個照明系統(tǒng)的補(bǔ)償電容裝置進(jìn)行檢查、維修更換。因此，在進(jìn)行電容補(bǔ)償節(jié)能時，應(yīng)嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，選購合適的、能夠達(dá)到設(shè)計需求的電容型號；在后期維護(hù)過程當(dāng)中，必須定時的對線路中的功率因數(shù)進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時排查故障電容，及時更換。
結(jié)束語
近幾年,在提倡綠色照明和節(jié)能的大環(huán)境下,路燈的方方面面都得到了變化和發(fā)展。不僅太陽能路燈發(fā)展迅速,LED路燈也取得了驕人的成績。但是就目前的技術(shù)而言,太陽能路燈及LED路燈的應(yīng)用應(yīng)避免浮躁和急功近利的情緒,不要過分夸大它的效能。在全國各級城市主干道的照明中,仍然是高壓鈉燈占主導(dǎo)地位,大力推廣太陽能路燈、LED路燈為時尚早。
就目前城市照明節(jié)能改造的發(fā)展情況而言，利用補(bǔ)償電容器進(jìn)行節(jié)能已然成熟，是一種較為優(yōu)越的方法，但電容補(bǔ)償節(jié)能仍存在一些不可忽視、需要完善的地方。因此，在推廣電容補(bǔ)償節(jié)能的同時應(yīng)該在要求選擇電容器和定期檢查這些方面去進(jìn)一步完善。
參考文獻(xiàn)
[1] 吳雨慶.最新照明工程施工技術(shù)與設(shè)施檢修維護(hù)使用手冊[M]. 北京：中國城市管理出版社，2010.
[2] 王玉爽，嚴(yán)登俊，史兆培.城市路燈照明節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 [J].中國照明電器，2009（10）:12.
[3] 孫秋野.電力系統(tǒng)分析[M].北京：人民郵電出版社，2012.
[4] 李興國.淺析氣體放電型電光源無功補(bǔ)償節(jié)能方面的問題及思考 [J].通訊世界，2013（9）：65.
