道路照明標準比較和節能分析

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-09-02

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 1.前言

    目前，國內外在道路照明節能方式的研究上主要體現在以下兩方面：其一是采用優質高效的新光源代替傳統光源，如2009年中國科技部推出的“十城萬盞計劃”就是充分利用LED光源的巨大的節能潛力來逐漸代替高壓鈉燈等傳統光源，即重點研究LED光源及燈具的設計；另一方面是根據不同時段道路照明的要求來實現按需照明，如早期采用的半夜以后關閉半數光源以達到節電效果，近期研究用智能調光技術、物聯網技術來實現不同時段光源強度的自動控制以達到照明節能。這兩種方式都是從工程實施的層次即戰術層次進行道路照明節能設計，其前提必須滿足現有道路照明設計標準，這就意味著道路照明設計標準對照明節能水平起著至關重要的影響。如果標準要求過高影響節能水平、如果標準要求過低會影響行車安全。因此，從道路照明設計標準自身出發，研究如何在保證道路照明行車安全前提下使標準本身更利于節能， LED置換工程，在道路照明節能的研究上具有更深層次的意義，這一研究工作的開展可以將道路照明節能的研究從戰術層次上升至戰略層次，從而實現更大程度的能耗節減。

    各國對本國道路照明設計標準的制定及研究一般都是在現有道路交通實際情況的基礎上參考國際道路照明設計標準。目前國際上最權威的有兩大標準體系，一是國際照明委員會(International Commission onIllumination，恒光電器，CIE)提出的《機動車和人行交通的道路照明建議》(115-1995)它為全球絕大多數國家采用；二是北美照明工程協會（Illuminating Engineering Society of NorthAmerica，IESNA）提出的《道路照明》(RP-8-00)[8-9]，它主要在美洲國家使用。這兩套標準都是在道路行車安全與節能這兩個因素之間進行了全面的平衡，且都在相當大的范圍上獲得了推廣，但對于這兩套標準的異同，國際上也僅僅進行了一些定性層次的比較，至于這兩類標準在評價方法、照明指標、節能效果等方面的主要差異，尚缺乏定量的深入研究。因此，深入分析這兩種標準在評價指標及計算方法上的定量差異及與之相關的照明效果及能耗差異，對從道路照明標準的戰略高度上推動節能減排具有較大的工程指導意義和科學價值。

2.兩種道路照明設計標準的比較

2.1 國際照明委員會（CIE）提出的道路照明推薦標準

    在CIE115中，機動車道路被分為M1~M5五類，行業資訊，用平均亮度、亮度總均勻度、亮度縱向均勻度、環境比和評價眩光的閾值增量來評價道路照明質量，其評價內容與指標具體如表1所示。

2.2北美照明工程協會（IESNA）提出的道路照明設計標準

    在美國道路照明設計標準中，道路按道路復雜程度和車流量大小被分為六大類，對于每一類道路又分別根據路面反射材料的不同及人流量的大小設定高中低三檔不同的評價指標規定值。IESNA提出了三類道路照明評價指標，設計者可根據需要選擇合適的指標進行設計。這三類指標分別是照度指標（包含平均照度和照度均勻度）、亮度指標（包含平均亮度、亮度均勻度和亮度縱向均勻度）和小目標可見度指標。其中照度指標和亮度指標中均含有評價眩光的光幕亮度比指標，具體內容與指標如表2所示。

2.3 道路照明設計標準比較

2.3.1定性比較

    根據CIE和IESNA兩類道路照明設計標準的內容可以得出兩類標準機動車道照明設計標準上的差異主要體現在以下三點：

    一是評價指標的選擇。CIE主要采用亮度指標來進行評價，也包括閾值增量TI和環境比SR指標；而IESNA則采用了三種指標即照度指標、亮度指標和小目標可見度指標STV進行評價，其中照度指標和亮度指標中均包括光幕亮度比指標來評價眩光。

    二是評價指標的計算方法。主要差別體現在亮度指標的計算上，CIE規定每個車道上只有一個觀測者，且固定于計算區域起始位置后方60米處，觀測一個燈具周期內的所有矩陣點的亮度（如圖1所示）；而IESNA則規定計算區域的每一行矩陣點均設一個觀測者，且每個觀測者始終觀測該矩陣行方向前方83米處矩陣點的亮度（如圖2所示），意味著IESNA標準中的觀測者不僅在垂直于車道方向上做橫向運動，且在平行車道方向上做縱向運動。

    三是評價指標的定義和指標規定值。對于平均亮度、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關系，并且從數值上看，相同指標所規定的CIE標準明顯比IESNA標準要高，質量，正如表1和表2所示，從表中可見，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準在亮度計算方法上的差異，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參數如圖3所示），對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）進行計算，得到每種組合下CIE標準方法和IESNA標準方法在亮度指標值上的差異（如圖5所示）。圖5中橫坐標表示不同燈具和車道寬的20種組合方式，縱坐標表示分別用CIE和IESNA所定義的亮度計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值上差異的相對值。從圖中可見，采用兩類標準的計算方法，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方法得到的數值略大，而亮度總均勻度值明顯大于用CIE計算方法得到的數值。這就意味著相比CIE標準的方法，用IESNA標準的方法來設計燈具布置更容易在較低能耗的條件下達到標準要求。

3.不同標準下能源消耗的定量比較分析