灯具照明一体化模拟的道路照明改造设计

灯具照明一体化模拟的道路照明改造设计

邵君炜,潘湘东

杭州矽能新材料有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：现今，全球资源问题日益严峻，环境问题日益突出。改善环境污染和能源短缺问题已引起社会广泛关注，对环保和节能的探索在社会经济发展中显得更为重要。随着全社会的关注，可再生能源的开发利用越来越受到重视。在新能源中，太阳能有着安全、环保、易维护等特点，而且与传统发电方式相比，在能源消耗上更具优势。凭借这些特征，太阳能广泛应用于照明领域。太阳能LED路灯作为一种新兴绿色照明灯具，具有节能、环保、使用周期长等特点，逐渐成为照明行。

关键词：灯具照明；体化模拟；道路照明

引言

随着经济的发展，新建城市的规模不断扩大，城市化进程快速发展，各种公共照明的能源损耗不断加剧。随着世界能源危机的升级，全球各国正在寻找能源危机的解决方案。如使用新能源和可再生能源，减少能源消耗，提高能源使用效率。

1 LED驱动电源技术简介

LED(发光二极管)具有单向导电性，因此必须采用直流电或单向脉冲驱动。道路照明LED灯具的电能来源主要是由220V市电提供的，驱动电源是将220V市电经过电压调整、整流、滤波、稳压(或稳流)等环节转换为直流电，为LED提供工作电流。驱动电源按输出方式可以分为恒压驱动和恒流驱动，由于LED是电流型器件，恒流驱动相较于恒压驱动更适合LED。因此，目前多数LED道路照明灯具采用恒流型驱动电源。LED灯具按驱动电压分为低压驱动和高压驱动两种驱动模式。道路照明LED灯具的驱动电源通过不同电路结构对220V市电进行调整，其中低压驱动的LED灯具常用20～62V电压驱动(以南京市道路照明LED灯具为例统计)，相较于市电的压差较大，电压调整过程中的损耗较大，整体效率较低。而且，低压驱动的LED灯具驱动电流较大，线损随之增加，对驱动电源PCB板性能要求也更高，成本升高的同时也增加了驱动电源的故障率。因此，作为户外使用产品的LED道路照明灯具基本采用高电压低电流的驱动模式。综上，虽然LED道路照明灯具投用年限较短，早期可靠性较差，但是近年来LED技术发展迅速，尤其是驱动电源技术，行业已经积累一定的经验。对于LED户外应用场景而言，道路照明LED灯具采用恒流驱动电源以高电压低电流输出的驱动模式，是一种可靠的技术方案。

2  城市道路照明电气设计流程

首先，在城市道路照明电气设计工作中，必须考虑城市道路的空间分布状况与道路的基本建设规格。例如，需要提前了解道路的路面宽度、两端道路中间的隔离带规格、非机动车及人行道的空间分布状况、路面建设过程中应用到的材料、材料对光源的反射系数等。

然后，需要根据道路的具体铺设状况和空间分布状况确认路灯的设计规格，选择合适的光源、灯具、照明功率、空间排布方式及路灯灯杆等。通常情况下，在城市道路照明电气设计过程中，路灯的空间设计方式大致可以分为对称设计、交错设计、单侧设计、丁字路口设计、十字路口设计及中央设计等类型。具体的灯光设计方法，应当根据道路排布状况选择。

除此之外，在设计的过程中，还要确认不同路灯灯杆之间的距离，并根据道路的宽度设计路灯灯杆的高度、条臂的长度、灯具倾斜的角度等。最后，要计算照明系数，根据照明系数的计算结果评价光源的照射效果，并根据评价结果进行反复的修改和调整，最终找到符合道路规格和空间排布状况的路灯设计方案。

在使用总概预算定额时，需要对其制度有所了解，知道其使用方式。总概预算定额中包括了许多说明，例如说全部说明、部分说明，对工期的一般规定和部分特殊要求等也有详尽说明，但必须仔细查阅，并分清各工程定额量所涉及的具体工作要求。例如规定在路基施工时，各种稳定土基础、级配碎石、级配碎石基础的夯实厚度必须在15cm之内，填隙碎石基础的夯实厚度必须在1cm之内，垫板、其余各类基础的底部基础夯实厚度必须在0.5cm以内，拖拉机、平地机和压路机的单位移位成本也应根据工程定额计算。如果按照上述压实方法进行分层混合和碾压，每1000m，拖拉机、平地机和压路机的单位班次消耗将按照项目定额的比例翻倍，将增加三个台班。如果的配置比和规范标明的配置比不同时，则有关资料就必须按规范要求加以换算。由于概算定额与预算定额的意义不同，在实际运用时要首先分清确定方案所应综合的内涵和合理的程度，以防止重算错误或遗漏。如在建筑物中的湿处开凿基坑，在预算定额中子建设项目虽未涉及给排水，但在概算定额子建设项目中却已充分考虑了给排水。但应当注重材料单价应当与设计定额相符，防止由于单价差异导致的误差。此外，设计定额中部分工程是可以改变的，造价管理人员可针对具体项目的工期特点和建筑性质等原因加以改变，从而增加概预算的精度。

3  太阳能LED路灯的使用限制

3.1不适合密集城区

城市中有许多摩天大楼，它们会覆盖太阳能电池，减少到达太阳能电池的光照。同时，城市的光照时间太短，难以控制聚光强度。城市中有很多车辆，而且楼体存在亮化，环境中光线过足，这会影响路灯控制器的调节。

3.2不适合北方地区

冬天，北方地区大雪纷飞，积雪很厚，极容易覆盖太阳能电池板，影响光电转换率。如果雪很大，很容易损坏太阳能电池板。有以下两种方法可以克服在北方地区使用太阳能LED路灯的限制。

（1）在太阳能LED路灯安装发电机，在下雪天气太阳能LED路灯可以利用发电机发电。这种方法成本高，初期投资高于普通照明路灯和太阳能LED路灯。

（2）太阳能LED路灯可以利用风能补偿太阳能。路灯可以同时使用风能和太阳能发电，二者可以在自然条件变化时相互补充。风能发电的工作原理是用风力带动发电机转动，将风能转化为电能，可以给电池充电。太阳能发电的工作原理是利用光电效应将太阳能直接转化为直流电，然后储存在电池中备用。只要有风或太阳，太阳能LED路灯就可以继续使用。

3.3路灯寿命有限

元件损耗、控制器损耗、逆变器损耗、电池损耗、线路损耗和季节性负荷损失会影响太阳能LED路灯的工作效率。其中，太阳能电池的状况会随昼夜、气候变化而变化，并且太阳能电池表面的灰尘会影响其电能生产力。据估计，受到影响后，太阳能LED路灯的工作效率仅为之前的30%。太阳能LED路灯的组成部分一旦受到雨、热、紫外线等的伤害，或者污垢、灰尘等的影响，其使用寿命会缩短。需要随时清洁太阳能LED路灯，避免太阳能电池板因过热而损坏。

4 城市道路照明电气设计要点

4.1配电系统的设计

城市道路照明具有安全性较强、稳定性要求较严格的特征，在城市道路照明电气设计过程中，必须采用路灯系统专用的变压器供电电缆。通常情况下，电缆的整体承载能力与低压断路器的整定电流有密不可分的关系，二者只有相互协调和配合，才能确保电缆供电的稳定性和安全性。考虑到线路供电需要断路器作为继电保护，在工程建设的过程中，设计人员必须掌握断路器安装和设计的基本要求。电缆的设计与断路器的安装看似简单，但是在实际的设计图纸中极易出现细节性的问题，如经常会出现导线允许持续通过的载流量低于保护导线的断路器的整定电流的问题。因此，应当重视电缆和断路器的设计工作。首先，需要按照电力线缆的负荷量计算通过电力线缆的荷载电流，并确认保护断路器的整定电流。其次，按照电流的载流量选择导线的规格，如果通过的整定电流值较大，导线的规格也要有所变动，这样才能确保在导线运行的过程中断路器能够保护导线的安全。除此之外，在电力线缆的设计过程中，需要严格遵循《供配电系统设计规范》中的相关要求。在通常情况下，根据我国对供配电系统设计的相关规范要求，城市道路照明末端区域的电压偏差值不得超过5%，而电力线缆配电箱供电线的截面也不得超过35mm2。为确保电力线缆的运行安全性，城市道路照明灯电缆通常会直接埋设在地下，通过电缆直埋的方式避免电缆受到外力冲击或恶劣天气带来的影响。

4.2光源的选择

目前，在城市道路照明系统中常见的光源包括高压汞灯、高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯、大功率LED灯具、高频率无极灯等类型。

（1）高压汞灯高压汞灯具有灯源照射效率较高、后续维护管理较便捷、使用寿命较长等优势。但是，高压汞灯整体的显色性能不足，更加适用于住宅小区内部、小巷子或一些大面积的照明区域，并且在应用过程中还需要与其他灯具相互配合形成混合光源，这样才能够确保光照的明亮度。

（2）高压钠灯高压钠灯具有光效较高、穿透雾气的性能较强、后续使用周期较长的优势，并且光源在长期使用条件下不会衰减。虽然钠灯的灯色较灰冷，显色程度不强，但是在城市道路照明和公园、广场照明中还是以其独特的优越性得到了广泛的应用。

（3）低压钠灯低压钠灯具有显色度较低、穿透雾气性能较强的特征，但考虑到低压钠灯的颜色极为灰冷，其只能被应用在一些对照明显色性要求不强的区域，对于区域能见度要求较高的高速公路和郊区公路，这种灯光并不适用，通常情况下，需要与其他的光源混合应用才能达到要求。

（4）金属卤化物灯金属卤化物灯的整体发光效率远远不如钠灯，但是其整体的显色性能比高压汞灯与钠灯高出许多，因此，金属卤化物灯更加适用于一些对显色性要求较高的区域，如热闹的商业街、城市的重要主干道、夜间运动场所等区域。

5太阳能LED路灯的应用建议

5.1加强整体规划

从性能上看，太阳能LED路灯不能满足高速公路主干道的照明需求，这是因为城市主干道空间大，应用太阳能LED路灯会导致照明能量损失变高。因此，在城市建设的照明设计和规划阶段，需要从整体上控制能源消耗。节能减排是重中之重，需要将节能减排贯穿于整个明设计和规划阶段，全面落实绿色环保理念和相关政策、标准，打造高效城市夜环境。在总体规划中，需要控制路灯数量和位置，考虑政策、城市照明规划，进行实地考察和规划布局等。

5.2合理选用LED光源

目前，照明市场有高、中、低功率的LED灯具。功率和输出比越高，LED越亮，越适合用于路灯。LED的功率和工作电流越大，产热量越大，必须解决大功率LED的散热问题，否则会降低太阳能LED路灯的工作效率，缩短太阳能LED路灯的使用寿命。在设计LED光源时，应选择散热系数较高的光源。使用LED时，需要使用串联方式，因为选择并联方式会产生大电流，功率增大，LED驱动器的成本会大幅增加。

5.3合理设计充电方式

白天，太阳能LED路灯的充电方式主要有高速电压充电和恒压充电两种，路灯控制系统切换到充电模式，根据每次充电前的电压水平选择合适的充电方式。晚上，LED路灯控制器切换到自动供电模式。需要及时检测电池的存储容量，防止电力损耗加大，导致电池损坏。电池监控主要采用电流发射方式，通过监控电流中载流子的变化来监控电流的变化。

5.4使用智能管理系统

智能管理系统可以对太阳能LED路灯进行统一管理，使用计算机对城市照明和交通网络信号进行信息化管理、维护、运营。智能管理系统可以用于城市道路电网系统管理，包括城市照明、交通、城市信号设施和城市交通设施管理，是全市照明的管理系统。在太阳能LED路灯的前期项目规划阶段，需要针对路灯位置等建设适当的数据库，然后利用智能管理系统管理和优化照明设施，这可以大大降低隐性成本。

结语

在编程拟制工程项目概预算审核报告方案的工程实施阶段过程或实践操作中，对施工图纸进行复核，要与图纸设计人员进行有效的沟通，能够对图纸计算的工程量有准确的概念，做到图纸计算的时候，数据准确无误。要考虑尽量、充分考虑市场因素情况，编制定额应用的施工定额时，要计算准确、合理，正确使用和熟练掌握运用好工程定额的编制方法的科学合理运用的方法。

参考文献

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