某水利工程道路照明的设计与应用

杨学沛

在确定一条道路上需要多少灯具，灯具类型选择之前，首先要确定所要设计工程中的道路类型和等级，并据此提供相应的照明设计。设计者应结合所在水利工程实际，就车速、车流量、交通构成、不同类型交通车道隔离状况、道路交汇区分布密度、周围环境的亮度情况等多个方面，进行实地考察，将每个因素定量化，并在灯具选择时体现绿色、节能、环保照明理念，以实现能源节约、环境友好和照明品质的目标。

1.根据道路等级选择灯具

1.1 计算依据

根据道路的交通功能和对周围居住的百姓的服务功能等。道路的划分主要可以归纳为以下5 种类型包括：快速路、主干路、次干路、支路、居住区道路。

工程为水库堤顶路照明设计，堤顶路总长度为10530m。根据实际情况调查，堤顶路为两个大型村镇之间的连接路，在功能上可划分为次干路。

1.2 平均照度计算公式

道路照明工程为灯具均匀分布的户外照明情况，在计算平均照度的时候一般采用利用系数法，利用该方法计算的结果比较准确。

利用系数曲线法，计算公式为Eav=ΦUKN/SW。

道路照度计算公式：

式中：

Eav—路面上的平均照度，lx；Φ—光源光通量，lm；

U—利用系数，根据灯具安装高度、悬臂长度和仰角，从《照明设计手册》P407,灯具利用系数曲线图中查得，（此次计算取0.6）；

K—维护系数，（室外环境，维护系数为0.65）；

N—光源数量；

S—道路宽度；

W—灯杆间距。

1.3 平均照度计算过程

根据《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2015）4.1.1 次干路和支路可选择高压钠灯、发光二极管或陶瓷金属卤化物等。设计选用发光二极管（LED）灯光源。仅计算路面平均照度及照明功率密度。

光源光通量根据选用的灯具厂家提供的数据：35WLED 路灯取3150lm；灯具利用系数，LED 灯取0.6；维护系数，LED 灯取0.65。

机动车道路宽度6m，路灯采用两侧对称布置，间距25m，路灯间距25m。

机动车道照度（次干路）

1.4 功率密度计算

计算公式：

LPD—照明功率密度;

∑P—装设光源的功率和镇流器；

S—道路面积。

机动车及人行道道路功率密度计算：

2.照明节能设计

2.1 设计概述

我国早在上世纪九十年代就已经开始准备启动绿色照明的计划，并随后正式制定推出了《中国绿色照明工程实施方案》，又在21 世纪初期由联合国计划开发署和联合国的环境基金（GEF），协同中国制定了“十五”期间绿色照明的实施计划，中国的绿色照明事业发展有了明显的进步，并取得了显著成效。近年来，绿色照明的标准体系也在不断的进步完善。

设计是实施绿色照明的关键因素和重要环节，必须给予高度的重视。整体方案都是在设计中确定的，合理选择照明器材是实现绿色照明的有效方法。在满足同照度要求时，节能型灯具（如LED 灯）的耗能仅为普通白炽灯的十分之一，且LED 灯的有效使用寿命远远大于白炽灯的寿命。

2.2 设计要求

近年来，LED 灯具的照明技术发展迅速，使用LED 灯具制作的路灯，具有效能高、寿命长、响应速度快、显色指数高，更适合采用太阳能光伏技术等优点，是城市绿色照明的重要进步。

当灯具采用发光二极管时，应符合下列规定：一是灯具的功率因数应大于等于0.9。二是灯具效能应满足下表的要求：见表1。三是在标称工作状态下，灯具在持续工作3000h 的光源光通量维持率≥96%，灯具持续工作6000h 的光通量≥92%。四是灯具的电源模组应符合现行国家标准《灯的控制装置第14 部分：LED 模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求》GB19510.14 的要求，且可现场替换，替换后的等级不应降低。五是灯具防护等级≥IP65。六是灯具电源应通过国家强制性产品认证。

2.3 太阳能板功率及蓄电池容量计算

太阳能不仅因为它是现今最清洁的能源，还由于其取之不尽的特点，符合如今绿色照明的要求，积极利用太阳能源，开发利用可再生能源，实现绿色照明的目标，具有重要意义。近年来，在国家的大力支持下，太阳能发电，太阳能照明发展迅速，应用场景也越来越广泛。

工程选用太阳能灯具功率为35W/台，供电电压为DC24V。根据实际需求要求灯具每天100%全功率使用时间为4h，50%半功率使用时间为4h，并且能够在连续一周阴雨天气时提供稳定的电能输出，在计算太阳能发电板的功率及储能电池容量时要同时满足灯具功率和工作时间的需求。

经查询该地区年平均日照时间为5h 左右，最佳倾角为Φ+4。

路灯每天的耗电量=（全功率×工作时间+半功率×工作时间）/电压。

P=（35×4+35/2×4）/24=8.75（Ah），蓄电池容量（Ah）=路灯每天耗电量×阴雨天数/0.85/0.6（0.85 为蓄电池充电效率，0.6 为蓄电池放电深度）。

C=8.75×5/0.85/0.6=85.8（Ah）根据蓄电池规格可选择两块12V/96Ah 蓄电池，为LED 路灯提供DC24V 供电电压。

太阳能板功率=路灯每天的耗电量/0.85×1.5×17.5/年平均日照时间（0.85 为蓄电池的充电效率、17.5 为太阳能板输出电压、1.5 为太阳能组件综合利用系数，包括太阳能组件类型修正系数、当地平均日照时间、安装倾角修正系数，太阳能组件表面污染修正系数，太阳能组件装换效率等）。

Wp=8.75/0.85×1.5×17.5/5=54（W）取整数为60W。根据太阳能板规格选择两块17.5V/60W 太阳能板。

3.结语

从灯具选择和绿色照明两方面行讨论，在实际设计中还有很多方面需要研究注意，例如灯具选择除了光源选择外，在灯具外形选择是还应根据当地人文、历史、环境等因素多方面进行考虑，绿色照明也远不止是推广应用节能灯，还要合理地规划照明时间、照明地点。我国的照明设计由于起步较晚，且大多数由电气设计人员兼作照明设计工作，在设计中难免研究不深、不够标准，所以我们更要认真深入学习，在设计时综合考量、不断完善。