【特约】道路照明标准比较和节能分析[2]

　　3 不同标准下能源消耗的定量比较分析

　　由于道路照明标准在计算方法和规定值不同所导致的不同灯具安装参数会影响到能耗大小的不同，采用最优化方法对上述 20 种组合方式进行不同标准指导下的灯具安装条件优化。为统一起见，两类标准均采用亮度指标进行道路照明的优化设计指标，兼顾眩光评价指标，由不同标准进行优化设计时得到不同的灯具安装间距 S，结合不同灯具的功率 W，可得相同道路在两类标准指导设计下能源消耗的差异△E。在优化设计中，假定每种组合下所需安装路灯的道路长度均为 1000 米，根据最优化计算结果，得到两类标准下每种组合所需的单侧灯具数目如图 6 所示。所耗能源之差用 CIE 和 IESNA 两类标准优化下所耗能源的差值与用 CIE 标准优化所耗能源之间的比值表示，其结果用百分比表示如图 7 所示。

　　图6 两类标准下1000 米单侧道路内所用灯具数

　　图7 两类标准优化设计下的能源消耗差异

　　从图 6 可知，采用 IESNA 的标准规定及计算方法，相同组合下所用单侧灯具数 N 均比用 CIE 标准少得多。而从图 7 可知，采用 IESNA 标准中亮度的计算方法及规定，其相比于CIE 标准的设计而言、能耗节约率最少的都在 10%以上，最大的接近 30%。以一个城市的市区道路和高速公路为 5×104公里为计，均在满足各自指标要求前提下，由两者得出的能源消耗的差别是相当大的。

　　为与目前处于主流节能方式之一的灯具替换节能效果相比较，以一段 1000 米三车道双向对称布灯的机动车道为例，在相同道路照明设计标准下(以 CIE 标准为例)，用一款PHILIPS 公司的 LIM Fortimo 型 LED 灯具替换 HPL-N80W 型高压钠光灯具(图 8 是这两款灯具的配光分布及光学参数)，通过道路照明配光优化设计可得满足指标要求时的所用的每种灯具数目及能源消耗的大小如图 9 所示。从图中可见，针对这段路段，由于 LED 灯具的光通量较小，直接用 LED 灯具替换钠光灯具，要达到相同照明要求，所需的灯具数会增加25%，而由于 LED 灯具的功率远远小于高压钠灯的功率，因此消耗的能源可减小 58.3%。

　　图8 高压钠灯和 LED 的光学参数

　　图9 两种灯具在相同标准安装条件下的灯具数和能耗

　　如果进一步结合道路照明标准的不同对节能的影响，将这款 LIM Fortimo 型 LED 灯具用 IESNA 的标准进行道路配光优化用于该三车道路段，所得的灯具数和能耗与之前高压钠灯的结果相比如图 10 所示。较之在相同标准下单独的灯具替换，在将 LED 灯具用 IESNA的标准进行优化布灯时，所用灯具数与高压钠灯在 CIE 标准要求下的灯具数减小 6.2%，消耗的能源可进一步减少 68.8%。与之前用相同标准进行直接替换相比，由于所用 LED 灯具数减少，因此灯具的替换成本节约了 24.8%，LED 照明能源能耗在 IESNA 标准指导下又可比 CIE 标准指导下减少 25%。

　　图10 两种灯具在不同标准安装条件下的灯具数和能耗

　　由此可见，用 IESNA 道路照明设计标准进行道路照明配光优化，所消耗的能源普遍低于用 CIE 标准所带来的能源消耗，再结合用高效 LED 灯具替换传统照明灯具的节能方式，可以将能源节减的方式从单纯的工程节能推进至标准节能，从而实现节能的最大化。

　　4 结论与建议

　　标准研究的目的就是根据实际情况、在保证行车安全与节能环保这两者之间找到最佳平衡点。我国现有的《道路照明设计标准 CJJ-2006》在评价指标上同时采用照度、亮度、评价眩光的阈值增量及环境比等照明评价指标，在计算方法和指标值的规定上，主要是参考了CIE 标准的计算方法及指标值，更多的考虑了行车安全的问题。

　　通过对 CIE 和 IESNA 的定量计算与分析可知，它们在评价指标、计算方法及指标值上存在一定差别，且 CIE 中各项指标要求略高于 IESNA，从而在用这两类标准进行道路照设计时，相同情况下基于 CIE 获得的路面照明效果略好于 IESNA 标准，这对于保证行车安全较为有利;而相同情况下基于 IESNA 标准进行灯具布置优化所需灯具数要明显少于采用CIE 标准，即用 IESNA 标准指导道路照明灯具安装在能源消耗上至少可比 CIE 标准的能耗降低 10%，这对于节能减排与防止光污染较为有利。

　　上述这个定量对比仅是一个理论计算结果，还需要进一步的深入研究，因此建议在今后道路照明设计标准的完善修订中予以适当考虑。由于我国地域面积广、城市差异大，不适合一刀切，因此对标准的研究是否可以区别对待：对于地广人稀的部分地区如西部边疆等地，可以考虑尝试一下适当借鉴 IESNA 标准的方法来定义和确定指标值;但对于人口相对密集、道路相对复杂的地区如中东部一带，还必须贯彻执行 CIE 标准、保证较高的照明水平。

编辑：Cedar