道路照明標(biāo)準(zhǔn)比較和節(jié)能分析

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2014-09-02

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 1.前言

    目前，國(guó)內(nèi)外在道路照明節(jié)能方式的研究上主要體現(xiàn)在以下兩方面：其一是采用優(yōu)質(zhì)高效的新光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源，如2009年中國(guó)科技部推出的“十城萬(wàn)盞計(jì)劃”就是充分利用LED光源的巨大的節(jié)能潛力來(lái)逐漸代替高壓鈉燈等傳統(tǒng)光源，即重點(diǎn)研究LED光源及燈具的設(shè)計(jì)；另一方面是根據(jù)不同時(shí)段道路照明的要求來(lái)實(shí)現(xiàn)按需照明，如早期采用的半夜以后關(guān)閉半數(shù)光源以達(dá)到節(jié)電效果，近期研究用智能調(diào)光技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段光源強(qiáng)度的自動(dòng)控制以達(dá)到照明節(jié)能。這兩種方式都是從工程實(shí)施的層次即戰(zhàn)術(shù)層次進(jìn)行道路照明節(jié)能設(shè)計(jì)，其前提必須滿足現(xiàn)有道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這就意味著道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照明節(jié)能水平起著至關(guān)重要的影響。如果標(biāo)準(zhǔn)要求過(guò)高影響節(jié)能水平、如果標(biāo)準(zhǔn)要求過(guò)低會(huì)影響行車安全。因此，從道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)自身出發(fā)，研究如何在保證道路照明行車安全前提下使標(biāo)準(zhǔn)本身更利于節(jié)能， LED置換工程，在道路照明節(jié)能的研究上具有更深層次的意義，這一研究工作的開(kāi)展可以將道路照明節(jié)能的研究從戰(zhàn)術(shù)層次上升至戰(zhàn)略層次，從而實(shí)現(xiàn)更大程度的能耗節(jié)減。

    各國(guó)對(duì)本國(guó)道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制定及研究一般都是在現(xiàn)有道路交通實(shí)際情況的基礎(chǔ)上參考國(guó)際道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)際上最權(quán)威的有兩大標(biāo)準(zhǔn)體系，一是國(guó)際照明委員會(huì)(International Commission onIllumination，恒光電器，CIE)提出的《機(jī)動(dòng)車和人行交通的道路照明建議》(115-1995)它為全球絕大多數(shù)國(guó)家采用；二是北美照明工程協(xié)會(huì)（Illuminating Engineering Society of NorthAmerica，IESNA）提出的《道路照明》(RP-8-00)[8-9]，它主要在美洲國(guó)家使用。這兩套標(biāo)準(zhǔn)都是在道路行車安全與節(jié)能這兩個(gè)因素之間進(jìn)行了全面的平衡，且都在相當(dāng)大的范圍上獲得了推廣，但對(duì)于這兩套標(biāo)準(zhǔn)的異同，國(guó)際上也僅僅進(jìn)行了一些定性層次的比較，至于這兩類標(biāo)準(zhǔn)在評(píng)價(jià)方法、照明指標(biāo)、節(jié)能效果等方面的主要差異，尚缺乏定量的深入研究。因此，深入分析這兩種標(biāo)準(zhǔn)在評(píng)價(jià)指標(biāo)及計(jì)算方法上的定量差異及與之相關(guān)的照明效果及能耗差異，對(duì)從道路照明標(biāo)準(zhǔn)的戰(zhàn)略高度上推動(dòng)節(jié)能減排具有較大的工程指導(dǎo)意義和科學(xué)價(jià)值。

2.兩種道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的比較

2.1 國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）提出的道路照明推薦標(biāo)準(zhǔn)

    在CIE115中，機(jī)動(dòng)車道路被分為M1~M5五類，行業(yè)資訊，用平均亮度、亮度總均勻度、亮度縱向均勻度、環(huán)境比和評(píng)價(jià)眩光的閾值增量來(lái)評(píng)價(jià)道路照明質(zhì)量，其評(píng)價(jià)內(nèi)容與指標(biāo)具體如表1所示。

2.2北美照明工程協(xié)會(huì)（IESNA）提出的道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

    在美國(guó)道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，道路按道路復(fù)雜程度和車流量大小被分為六大類，對(duì)于每一類道路又分別根據(jù)路面反射材料的不同及人流量的大小設(shè)定高中低三檔不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)規(guī)定值。IESNA提出了三類道路照明評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)者可根據(jù)需要選擇合適的指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這三類指標(biāo)分別是照度指標(biāo)（包含平均照度和照度均勻度）、亮度指標(biāo)（包含平均亮度、亮度均勻度和亮度縱向均勻度）和小目標(biāo)可見(jiàn)度指標(biāo)。其中照度指標(biāo)和亮度指標(biāo)中均含有評(píng)價(jià)眩光的光幕亮度比指標(biāo)，具體內(nèi)容與指標(biāo)如表2所示。

2.3 道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較

2.3.1定性比較

    根據(jù)CIE和IESNA兩類道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容可以得出兩類標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車道照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上的差異主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

    一是評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇。CIE主要采用亮度指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，也包括閾值增量TI和環(huán)境比SR指標(biāo)；而IESNA則采用了三種指標(biāo)即照度指標(biāo)、亮度指標(biāo)和小目標(biāo)可見(jiàn)度指標(biāo)STV進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中照度指標(biāo)和亮度指標(biāo)中均包括光幕亮度比指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)眩光。

    二是評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算方法。主要差別體現(xiàn)在亮度指標(biāo)的計(jì)算上，CIE規(guī)定每個(gè)車道上只有一個(gè)觀測(cè)者，且固定于計(jì)算區(qū)域起始位置后方60米處，觀測(cè)一個(gè)燈具周期內(nèi)的所有矩陣點(diǎn)的亮度（如圖1所示）；而IESNA則規(guī)定計(jì)算區(qū)域的每一行矩陣點(diǎn)均設(shè)一個(gè)觀測(cè)者，且每個(gè)觀測(cè)者始終觀測(cè)該矩陣行方向前方83米處矩陣點(diǎn)的亮度（如圖2所示），意味著IESNA標(biāo)準(zhǔn)中的觀測(cè)者不僅在垂直于車道方向上做橫向運(yùn)動(dòng)，且在平行車道方向上做縱向運(yùn)動(dòng)。

    三是評(píng)價(jià)指標(biāo)的定義和指標(biāo)規(guī)定值。對(duì)于平均亮度、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度，CIE和IESNA在其定義上正好是倒數(shù)關(guān)系，并且從數(shù)值上看，相同指標(biāo)所規(guī)定的CIE標(biāo)準(zhǔn)明顯比IESNA標(biāo)準(zhǔn)要高，質(zhì)量，正如表1和表2所示，從表中可見(jiàn)，IESNA的平均亮度是CIE的60%，亮度均勻度是CIE要求的82%。

2.3.2定量比較

    為了定量分析這兩類標(biāo)準(zhǔn)在亮度計(jì)算方法上的差異，家用照明，選擇了PHILIPS公司的五種典型的道路照明燈具（它們的配光分布及光學(xué)參數(shù)如圖3所示），對(duì)不同寬度的四種車道、三種燈具安裝方式的20種燈具和道路的組合（圖4、表3所示）進(jìn)行計(jì)算，得到每種組合下CIE標(biāo)準(zhǔn)方法和IESNA標(biāo)準(zhǔn)方法在亮度指標(biāo)值上的差異（如圖5所示）。圖5中橫坐標(biāo)表示不同燈具和車道寬的20種組合方式，縱坐標(biāo)表示分別用CIE和IESNA所定義的亮度計(jì)算方法得到的平均亮度、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度在數(shù)值上差異的相對(duì)值。從圖中可見(jiàn)，采用兩類標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法，平均亮度值和亮度縱向均勻度值總體差異不大，其中用IESNA計(jì)算方法得到的亮度縱向均勻度大體上比用CIE方法得到的數(shù)值略大，而亮度總均勻度值明顯大于用CIE計(jì)算方法得到的數(shù)值。這就意味著相比CIE標(biāo)準(zhǔn)的方法，用IESNA標(biāo)準(zhǔn)的方法來(lái)設(shè)計(jì)燈具布置更容易在較低能耗的條件下達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.不同標(biāo)準(zhǔn)下能源消耗的定量比較分析