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昆山城市道路照明改造
来源: | 作者:admin | 发布时间: 2023-07-12 | 578 次浏览 | 分享到:
2017~2019年昆山市通过逐年改造,将现有城区的主要功能照明灯具由原来的钠灯替换成为LED路灯,实现了良好的效果。针对改造道路的具体设计和实测情况进行分析与说明,为今后道路的节能改造提供详实的数据资料。文章介绍了LED路灯改造前后的情况及对比,采取了实施建设预排查措施,并经过计算分析制定改造计划方案,提供改造后节能数据的分析对比。

关键词:高效环保  功能照明  可实施性  安全节能



引言

  随着城市化步伐的加快,道路照明的更新换代已刻不容缓,道路照明如何优质高效的节能改造更是市政建设中精细化的需求。道路节能改造是一项长久工程,在实施前期有必要投入相应的现场调研和勘察等技术工作,细化到每条道路、每个点位不同路况的详细方案。节能并非一味地追求降低功率、提升光效,更要从实际路况角度出发,制定相应的合理改造计划。LED路灯灯具需要从户外防护性能、散热、配光、维护等多重因素考虑,在一些景观道路中也需要加入美观元素,结合灯具特点制定新型的LED路灯灯具造型,增强道路整体的美观性。


01
建设背景

  当前,节能型照明灯具的使用已经是我国乃至全球实行节能改造,提高电能应用的重要举措。欧洲、北美等发达国家已经以法律法规的形式规定在一定年限内全部禁用白炽灯。作为替代传统光源的新一代节能环保光源,LED是目前解决照明节能的最佳选择。

  环保节能是刻不容缓的工作,为了给我们的子孙后代留下良好的生存环境,LED的发展是一个趋势,后续应有更加节能更加环保的新灯具不断更迭。人类只有一个地球,保护地球是人类的天职,把经济发展和人民的幸福感紧密联系起来,体现光环境的舒适性、从亮化向健康光的变革,提质增效,生态环保。


02
设施现状

  昆山市道路照明在2016年之前,道路照明光线昏暗、均匀度不足、道路夜间暗影较重,传统的高压钠灯显色指数低,光色暗黄使驾驶环境失真。

  2016年,昆山市对中环内及中环外重点道路照明进行重新设计和改造,对之前未满足道路照明标准的道路、未安装路灯的市区小支路分批设计改造。通过两年集中改造,市区道路照明需满足城市道路照明标准,城市的主要横纵干线道路要满足城市交通安全需求。

  在调研过程中发现,目前的昆山市的路灯主要使用高压钠灯,存在耗能高、效率低、使用寿命短、维护成本高等问题。高压钠灯的色温低,只有2000K~2500K,光线向四处发射,有很大一部分光无法到达路面。并且,高压钠灯的显色指数只有20~40,感觉昏暗。原来道路为了取得好的照明效果,都采用的是过度照明。一般路灯常用150W、250W、400W几种,加上镇流器等配件,使得钠灯的实际功率要远远大于灯泡的功率。据统计,150W高压钠灯的实际功耗超过220W,250W高压钠灯的实际功耗超过350W,400W高压钠灯的实际功耗超过500W。高压钠灯灯泡的设计寿命是5年(即24000h),但由于钠灯组件镇流器、触发器和电控设备等寿命影响,致使实际平均使用寿命只有5000h,运行的维护成本非常高。高压钠灯在工作状态下,灯具温度高,突遇下雨或下雪,灯具玻璃爆裂的情况时有发生。

  针对以上问题,采用LED路灯替代传统光源路灯势在必行。


03
实施建设

  本次改造原则尽量不改变原有的灯位布置、线路等,通过一灯一替换达到节能改造目的。采用LED路灯照明后,照度达到国家道路照明标准,并实现良好的照明效果。

  排查改造道路路灯杆锈蚀情况,现场收集改造道路条件、施工环境、灯杆间距、安装高度等信息。采用模拟灯光设计,选配合适的灯具功率和配光角度,在有条件的情况下进行安装试样测量照明数据。

  所有选用的LED路灯灯具需具备防水性好、散热性佳、维护便捷等优点,设备性能需稳定可靠。灯具需配置单灯控制器,单灯控制器需具备远程独立开关、调光功能,并可对电流、电压、功率、漏电压、电能等数据远程读取,且具备意外亮灭灯、倾斜、漏电等故障信息主动上报。控制器与现有路灯控制中心系统需兼容匹配,实现管理的统一。

  改造实施依据CJJ45—2015《城市道路照明设计标准》中机动车道照明标准值,见表1[1]

表1  机动车交通道路照明标准值[1]



04
青阳北路改造

  青阳北路是昆山市区主干道路,是南北进出城区的主要交通道路。主路为双向4车道,原在使用老旧250W+150W高压钠灯照射,色温为2845K,道路实测最大照度为7.9lx,最小照度为1.2lx,平均照度仅4.2lx,均匀度0.28。现场观测道路基本无亮度,仅靠周边商业环境光反射辨别道路,整体道路昏暗已经严重影响交通安全,更谈不上满足道路照明标准。改造前钠灯道路照明效果和实测照度数据如图1所示。



图1  改造前钠灯道路照明效果和照度分布图

  为改善城市环境,青阳北路路灯改造迫在眉睫,在2017年优先对青阳北路道路路灯进行改造,将原有老旧低光效的高压钠灯全部更换为新的高光效节能型配光LED灯具,色温为3015K,机动车道灯具功率130W,非机动车道灯具功率90W。改造后LED道路照明效果和实测新LED路灯照度数据如图2所示,其中最大照度为52.1lx,最小照度为25.2lx,平均照度为37.8lx,均匀度提高到0.67。



图2  改造后LED道路照明效果和照度分布图

  本次改造单柱路灯节能180W,占比45%,照度提升33.6lx,提升比800%,均匀度提升0.39,提升比139%。路灯改造大大提升了青阳北路道路昏暗状况,新路灯采用新的配光角度以配合交叉布灯方式,不仅满足道路照度均匀度,道路照度也超过招标时设计标准,达到优质先进路灯标准。在实际运行中,利用单灯控制技术改变路灯运行功率,实现二次节能,延长灯具寿命。单柱路灯节省了近45%的电能,实现了环保高效的昆山路灯改造的设计原则。


05
前进东路改造

  前进东路作为昆山市区重要主干道路,原在使用老旧400W+250W高压钠灯色温为2853K。前进东路主路为双向6车道,改造前道路实测最大照度为21.2lx,最小照度为3.2lx,平均照度仅11.6lx,均匀度0.28,与城市道路照明标准快速路、主干路平均照度20/30lx、均匀度最小值0.4相差甚远。改造前钠灯道路照明效果和实测照度数据如图3所示。


图3  改造前钠灯道路照明效果和照度分布图

  前进东路未能满足车辆驾驶员及行人良好的视觉环境,对交通安全和交通效率造成影响。为方便市民生活,创造美好城市环境,在2018年对前进东路道路路灯进行改造,将原有腐锈强度不高的灯臂全部更换新的灯臂。灯具更换为高光效宽路面配光的LED灯具,色温为3010K。机动车道灯具功率220W,非机动车道灯具功率120W,顶部LED装饰灯具功率3W。改造后LED道路照明效果和实测新LED路灯照度数据如图4所示,其中最大照度为53.6lx,最小照度为25.0lx,平均照度为36.7lx,均匀度提高到0.68。

  本次改造单柱路灯节能310W,占比47%,照度提升25.1lx,提升比216%,均匀度提升0.4,提升比142%。路灯改造改变了原来前进东路照度低、视觉感差的状况,新路灯不仅改善了道路照度均匀度,也节省了近47%的电能,实现了环保高效的昆山路灯改造的设计原则。


图4  改造后LED道路照明效果和照度分布图


06
马鞍山路改造

  马鞍山路是昆山市区重要主干道路,是中心城市至阳澄湖的景观大道。原有路灯样式是具有景观特色的叉臂式灯型,白天效果美观,但夜间道路照度及均匀度却不能满足照明标准。原旧路灯采用钠灯照射,色温为2200K。改造前钠灯道路照明效果和实测照度数据如图5所示,其中最大照度为49.0lx,最小照度为3.9lx,平均照度为22.3lx,均匀度仅0.18。


图5  改造前钠灯道路照明效果和照度分布图

  旧路灯是内嵌式筒灯光源,该灯具因反射器限制,导致灯具配光失衡形成中间暗区,整体观测犹如黑色斑马纹,视觉感极差。马鞍山路路灯灯具特殊,改造过程中既需保证原有白天的景观效果,又能实现夜间的照明标准,这个难题在路灯设计中进行了十几次模拟中得到解决。初设3款路灯配光及样式,在大批量生产前进行安装试样,并实测照度后最终选取了1款路灯灯具定型。新灯具保留了原有路灯样式和底部的透明罩,基本与原旧路灯样式和尺寸一致。

  马鞍山路原路灯建设将近十年,路灯杆表面漆面斑斑驳驳,灯臂钢丝绳老化腐锈,灯臂的连接处也出现不同程度的腐蚀。在2018年改造计划中,将原有老旧灯臂全部更换成新的灯臂,设计人员和昆山路灯所协同合作,梳查全线近10km灯臂规格,整合设计新的灯臂替换原有3种不同规格灯臂,做成统一标准以便后期维护。改造后的路灯为LED,色温为3040K。改造后LED道路照明效果和实测新LED路灯照度数据如图6所示,其中最大照度为65.1lx,最小照度为21.0lx,平均照度为38.3lx,均匀度提高到0.55。

图6  改造后LED道路照明效果和照度分布图

  本次改造单柱路灯节能120W,占比37%,照度提升16lx,提升比71%,均匀度提升0.37,提升比205%。改造后道路不再有斑马纹,整体亮度也提升很多,同时也保持了白天的特色景观效果。


07
数据统计与分析

  中环内及中环外重点道路横纵主干线前进路、萧林路、合兴路、长江路、青阳路、周市高新区等各支路共计64条道路,改造路灯10263盏。本次改造全部使用了高光效LED路灯产品,光效达120lm/W以上。综合每盏节能型LED路灯代替高压钠灯,可以节省运行功率46%,节能比例对比如图7所示。

图7  节能比例对比

  根据计量标准,每节约1度电,就相当于节省了0.327kg煤的能耗和4L净水,同时还减少了0.96kgCO2和0.03kgSO2的排放。使用1000度电的“碳足迹”是960kg,需要栽植2.6棵树进行“碳中和”。

  按改造路灯10263盏计,共计节能942.7kW,以每天开启11h计,共计节能10369.6kW/d,全年节能约378.49×104kW·h。按市政用电0.74元/度计,每年度共节省电费约280.08万元。年度能耗对比如图8所示。


图8  年度能耗对比

  经过两年来的路灯节能改造,部分道路新增了路灯后,总体的电费支出成下降趋势。年度用电量对比如图9所示。综上所述,LED路灯在保持合理亮度的同时可实现大幅节能,减轻昆山城市电网压力,从而实现社会效益、经济效益等多方面的共赢。


图9  年度用电量对比


08
结语

  昆山市中心城区及中环外主要道路过去一直存在老旧路灯结构复杂、材料老化过时、维修费用高昂等问题,违背了节能减排的环保理念。历经2年约1万盏路灯改造后,大大提升了中心城区及通往区镇主道路的夜间照明环境。本次改造总投资3500万元,分两年逐步实施,其中灯具改造投资占81%,灯杆、基础及电缆等更换占19%。本次改造将原老旧高压钠灯、金卤灯灯具更换为最新节能型LED灯具,改善了一些小支路无路灯的现状,刷新及更换了新的路灯杆,大大提高了市民夜间出行环境。

  本次路灯改造一方面响应了国家提倡的“绿色照明、节能环保”的号召;另一方面在改善夜间照明水平的同时,节约了大量的电费,有效减少了政府财政支出,提升了城市夜景环境。



参考文献:

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.城市道路照明设计标准:CJJ45—2015[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.


来源:光源与照明

《照明技术与设计》2023年4月