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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。平均照度计算钠灯系数约0.2-0.3-一、道路照明平均照度计算的意义 二、高压钠灯的光电特性和平均照度计算的关系1、关于高压钠灯的光电特性2、关于高压钠灯道路照明平均照度计算的表达式 三、高压钠灯平均照度不均匀系数研究1、高压钠灯道路照明工程特点2、高压钠灯道路照明不均匀系数研究3、中压供电技术和道路照明高压钠灯不均匀系数研究 四、道路照明工程实例：南京长江第二大桥高速公路全线照明工程1、初步设计成果2、施工图修编设计成果3、技术经济评估 五、隧道照明工程设计方案
2、比较论证：江苏连云港隧道1、隧道规模尺寸，行车速度，洞口亮度，交通量2、低压供电照明设计方案：不均匀系数=0.753、中压供电照明设计方案：不均匀系数≥14、比较论证 六、高压钠灯道路照明平均照度计算研究1、工程计算研究成果2、道路照明与中压供电技术 高压钠灯道路照明平均照度计算研究 一、道路照明平均照度计算的意义 道路照明工程设计一般划分为初步设计和施工图设计两个阶段。初步设计阶段的主要设计内容和深度为布灯方案设计，工程数量统计和工程概算的编制。布灯方案设计是初步设计阶段的主要设计内容，是工程数量统计和概算编制的依据。而平均照度的计算又是布灯方案
3、设计的依据，其计算成果必须符合照度标准的规范要求。因此，平均照度计算实质上是照明工程设计的核心内容。离开平均照度计算，照明工程设计就是无源之水，无根之木。 二、高压钠灯的光电特性和平均照度计算的关系 1、关于高压钠灯的光电特性 高压钠灯是一种高压钠蒸气放电照明光源，属高强气体放电灯HID范畴。具有光色金白，发光效率较高，寿命长，透雾性好等一系列优点，故在国内外道路照明工程中一直占据统治地位。 高压钠灯和所有的气体放电灯一样有它独特的光电特性，即其发光效率和端电压的关系特性曲线，其光通量和功率对端电压的变化曲线。国内资料可查2006年版我国照明设计手册第三
4、章“照明光源”图3-4。第21章“电压质量”在表21-2中列出了端电压在100%90%额定电压范围内每下降1%时光通量降低的百分比为3.7%。国外资料可查法国公共照明中压供电系统集成商欧奇公司的技术资料“中压电能传输系统”(Medium，ValtageEitergyTransniission)的“高压钠灯功率和光通量与电压关系图”，并可以找到下列对应的数据： U=230V，=100%;U=224V(U%=-2.5)，=92%;U=220V，=83%;U=206.8V(U%=-6)，=70%
5、。 高压钠灯的光电特性与其道路照明平均照度的计算有怎样的关系?又是如何合理地表征的?换言之它在平均照度计算的表达式中是一种什么样的参数，又是如何取值的? 2、关于高压钠灯道路照明平均照度计算表达式 2.1我国2000年版隧道照明设计规范高压钠灯照明平均照度计算表达式为Eav=mη/s，式中：-光源光通量;M-维护系数-0.7;η-灯具效率-0.6;S-被照面积。该表达式中没有计及高压钠灯光电特性对照度的关系。 2.2我国照明设计手册(2006年版)第十八章“道路照明”平均照度计算表达式为Eav=ukn/sw，式中：
6、-光源光通量;U-利用系数;K-维护系数;W-路面宽度;S-灯距;N-灯具数量。该表达式中同样没有计及光源的光电特性对照度的关系，而在其道路照明计算举例中，所选光源为150W高压钠灯，光通量16000lm，灯距40m，路宽15m，计算平均照度为19.76lx。而在道路照明工程中一般均采用250W高压钠灯，光通量28000lm。可见该理论计算和工程实践存在较大差距。 2.3在该设计手册第十九章“夜景照明”光通法计算平均照度表达式为Eav=N1uηk/A，式中：N-投光灯盏数;A-被照面积;η-灯具效率;1-投光灯光源光通量;U-利用系数(光通量入
7、射到被照面上的百分比);K-维护系数;Eav-平均照度。该表达式中依然没有计及光源的光电特性对照度的关系。不过在该设计手册第二十一章“照明配电”P497中论述了光源光通量和端电压的关系并进行了满足工程设计的量化，但是未能和照度计算相结合，未能提升到理论计算的高度，在平均照度计算表达式中如何表达及如何取值。 2.4飞利浦(Phlips)公司道路照明产品技术资料中高压钠灯平均照度计算表达式为：Eav=μkηun/s，式中：Eav-平均照度(lx);-光通量(lm);μ-光束利用系数(0.7);k-环境减光系数(0.7);η-光束效率(0
8、.6);un-不均匀系数(0.75);S-被照面积(m2);取Eav=0.22/s。 2.5对照上述4种平均照度计算表达式，飞利浦公司技术资料中的表达式具有两个明显的特点;一是表达式中的各项参数皆有经验数据的取值并基本上形成共识;二是多了一项参数即不均匀系数并取值为0.75。何谓不均匀系数，为何取值0.75?本人在照明工程设计经验的基础上，经研究核算认为：该不均匀系数就是光源的光电特性因各灯端电压的偏移所造成道路照明平均照度降低的量化，从而使平均照度理论计算更臻完善，更加符合照明工程的实际情况，并且0.75的取值具有技术理论上的支持比较合理。因此该表达式最终可归结为Eav=0.22/
9、s，是经得起技术理论分析和实践检验的简单明了的道路照明平均照度工程计算方法，应该得到道路照明专业设计人员的公正评价和认可。在道路照明工程初步设计阶段，借助该经验公式，可迅速估算出照明工程的灯具数量，照明功率从而制定出布灯设计方案以满足初步设计阶段内容和深度要求。 三、高压钠灯平均照度不均匀系数研究 1、高压钠灯道路照明工程特点： 道路照明特别是高速公路和特大型桥梁的照明具有长距离分散负荷的特点。例如：南京机场高速公路全线照明长达28km，南京长江第二大桥及其接线高速公路全线照明长达22km，江苏润扬长江公路大桥照明长达9km，苏通长江大桥照明长达11km，青岛海湾
10、大桥照明长达25km，杭州湾跨海大桥照明长达36km。故其高压钠灯照明工程的特点就是决不能忽视高压钠灯光电特性因端电压的偏移所造成的减光效应。换言之在其平均照度的计算中必须计入不均匀系数并且对高压钠灯的光电特性即其发光效率和端电压偏移进行分析研究，对其配电线路的电源标准和供电质量即电压偏移进行合理的选择。唯有这样才能在保证道路照明平均照度质量的前提下，使其减光效应的负面影响大大降低，从而使照明功率，营运电费和照明工程投资处于合理的水平。反之，道路照明工程设计便在不知不觉中存在一个盲区而造成完全可以避免的浪费。在下面陈述的道路照明工程实例和隧道照明设计方案比较论证中就可以明显鉴别出来：针对高压钠
11、灯道路照明特点进行针对性研究，合理选择照明配电的电源标准和供电质量对节约电能和降低照明工程投资能起到怎样积极的作用。 2、高压钠灯道路照明不均匀系数研究 高速公路和特大型桥梁照明设施与其供电变电所相距较远，300m、500m，甚至1km均屡见不鲜，而其照明设施的供电距离从配电变压器至最末一杆路灯一般设计在1.5km至3km范围。例如南京机场高速公路照明按5-6km划分为一个照明段，两头设变压所，10/0.4kv变压器对送电。道路两侧照明需分别采用2条VV-4*35电缆的配电线路。其它道路照明工程的供电也大同小异，在没有房建区建变电所的情况下，往往每隔2-3km设一套箱式变电
12、站。在这种情况下，往往第一杆路灯的端电压下降4%左右，最末一杆路灯的端电压甚至下降到10%左右。这是我国道路照明绝大多数采用380v/220v电压等级供电的普遍存在的具体情况。根据我国照明设计手册有关高压钠灯光电特性的论述，可以计算出上述道路照明发光效率的变化范围在85.2%至63%之间，其平均值约为74%。应该注意到我国道路照明工程，特别是高速公路和特大桥梁照明大多数采用GE公司和Phlips公司高压钠灯，根据法国公共照明有关技术资料高压钠灯光通量和端电压的相关数据：U=220V，=83%;U=200V(U%=-9)，=63%;其平均值约为73%，通过以上对比，我们不难推断，高压钠灯的额定电
13、压取值应为230V。所以法国公共照明的电压标准为400v/230v。 由以上论述可见，Phlips公司高压钠灯道路照明平均照度计算表达式中的不均匀系数的引入并取值为0.75，是符合国内高压钠灯道路照明实际情况的，而且在工程计算上也是比较合理的。 如果道路照明工程设计依据我国隧道设计规范和照明设计手册高压钠灯平均照度计算表达式编制设计文件，那么实际上其平均照度是一个初始照度而非维持照度。因为维护系数取值一般为0.7，而平均系数取值一般为0.75，二者大致相当。2008年某设计单位为广东省某高速公路长隧道设计的高压钠灯照明工程，其平均照度计算成果被质疑为初始平均照度。
14、;如果高压钠灯道路照明工程平均照度计及其不均匀系数0.75的减光效应，那么照明功率，系统投资和营运电费均应按比例增加30%以上。因此必须与时俱进本着科学发展观的理念，针对高压钠灯光电特性，采取有效的技术措施和设计方法，将其负面作用降低到最低限度，从而使我国高压钠灯道路照明技术提高到一个新的水平并取得明显的经济效益和节能效果。 3、中压供电技术和道路照明高压钠灯不均匀系统研究 3.1道路照明中压供电技术 发达国家特别是欧盟国家的公共照明包括机场、港口、高速公路、特大型桥梁的照明普遍采用中压供电技术。我国江苏省交通基础建设工程于1997年引进法国中压供电技术及其成套设
15、备，广泛应用于各条高速公路和各座长江公路大桥的照明工程并拓展到所有长距离分散负荷的供电领域。它不但解决了我国一直沿用的10/0.4kv工民建领域的供电技术对于长距离、大范围分散负荷所面临的诸多技术难题或无法解决的技术难题，同时明显地降低了工程投资和营运管理人力资源及其费用。至2009年已推广至诸多特大型桥梁、高速公路、隧道和机场等国家重点建设工程。对于道路照明工程而言，其最大的特点在于可在20km范围内采用中压树干式供电模式，将全线道路照明按1-2km供电距离，设置一套埋地式小型密封配电变压器，使道路照明高压钠灯端电压的偏移限制在照明供电质量的最高等级U%=-2.5，从而使其端电压降低所造成的
16、减光负面作用限制在最小范围。 道路照明的中压供电系统按照法国NF标准在供电标准上作如下选择：低压电源标准：400v/230v 配电变压器初级抽头为±2.5%、+5%、+7.5%、+10% 以上选择的优点在于照明配电的电压等级和高压钠灯所需要的电压等级相适应，电压范围从低于额定电压的2.5%到大于额定电压的10%，从而使高压钠灯能够在额定电压下工作，保证其功率消耗，发光效率和工作寿命处于最佳状态。 根据法国欧奇公司“中压配电系统”技术资料中“高压钠灯功率和发光效率和电压关系特性曲线图，我们可列出以下一组数据
17、： U=230V，=100%;U=224.25V(U%=-2.5)，=92.5%;U=241.5V(U%=5)=110%;U=247.25V(U%=7.5)，=121%。 如果选择灯电压范围在Un=230V至224.25V(U%=2.5)之间，则其平均系数约为96.25%，提高96.25/75=1.283倍。 如果选择灯电压范围在241.5V(U%=5)至234V(240V-2.5%)之间，则其平均系数约为107%，提高107/75=1.43倍，而且完全符合高压钠灯的正常工作条件并保证其工作在额定电压条件下，充分发挥了高压钠灯高发光效率的优点，并且完全避免了其光电
18、特性造成减光的负面作用。这样一来Phlips高压钠灯道路照明平均照度计算经验公式Eav≈0.22/s就可以修改为Eav=1.07/0.75×0.22/s=0.314/s，提高1.4倍以上。 以上分析表明，高压钠灯道路照明以中压供电模式取代传统的低压供电模式，其照明功率有可能下降40%，从而取得40%的节电效果，并且营运电费也可能下降40%。 四、道路照明工程实例：南京长江第二大桥高速公路全线照明工程 1、初步设计成果道路全长22km，双向6车道布灯方案：两侧对称布灯，灯距=45m照明设备：400W高压钠灯(4800lm)灯具数量：2&tim
19、es;490=980盏照明功率：980×0.4kw×1.25=490kw年消耗电力：490kw×12h×365=214.62万kwh年营运电费：214.62万kwh×0.85元/kwh=182.43万元(8.3万元/km)平均照度计算：48000×2/45m/15m×0.22=31.3lx供电方式：传统低压供电 2、施工图修编设计成果照明设备：高光效250W高压钠灯(33000lm)取代原400W高压钠灯供电方式：中压供电平均照度计算：33000×2/45m/15m×0.31=
20、30.3lx照明功率：980×0.25kw×1.25=306.25kw年消耗电力：306.25kw×12h×365=134.14万kwh年营运电费：134.14万kwh×0.85元/kwh=114.02万元(5.18万元/km) 3、技术经济评估3.1由于采用中压供电方式，使高压钠灯在额定电压下工作，不存在高压钠灯因端电压偏移而导致的减光负面作用。同时与时俱进选用高光效高压钠灯。双管齐下从而使250W高压钠灯完全可以取代400W普通高压钠灯，从而节约照明功率高达400-250/400=37.5%。3.2节约照明功率490kw
21、-306.25kw=183.75kw，从而使照明供电设备器材工程投资节约183.75kw×2万元/kw=367.5万元。3.3每年可节约电能约214.62kwh-134.14万kwh=80.48kwh，节电效果高达37.5%。3.4每年可节约营运电费约182.43万元-114.02万元=68.41万元(3.1万元/km)。 五、隧道照明设计方案比较论证：江苏连云港隧道 1、隧道规格尺寸，行车速度，洞口亮度，交通量隧道全长：3600m双向6车道：路宽12.25m行车速度：80km/h单向交通量：2400辆/h洞口亮度：5000cd/m2 2、低压供电照明
22、设计方案：不均匀系数Un=0.752.1基本照明：亮度标准4.5cd/m2布灯：两侧对称布置，100W高压钠灯(10000lm)，灯距=10m灯具数量：4×3600/10=1440盏照明功率：P=1440×0.125kw=180kw年耗电量：180kw×24h×365=157.68万kwh年营运电费：157.68万kw×0.85元/kwh=134.03万元2.2入口段加强照明：长度=80m，亮度标准175cd/m2布灯：两侧对称布灯，400W高压钠灯(4800lm)，灯距=1.25m灯具数量：4×80/1.25=4&tim
23、es;64=256盏照明功率：P=256×400×1.25=128kw年耗电量：128kw×12×300=46万kwh年营运电费：46万kwh×0.85元/kwh=39.1万元2.3合计灯具数量：1440+256=1696盏照明功率：180kw+128kw=308kw年耗电量：157.68万kwh+46万kwh=203.68万kwh年营运电费：134.03万元+39.1万元=173.13万元(48.09万元/km) 3、中压供电照明设计方案：不均匀系数Un≥13.1基本照明布灯：灯距=13m(交错排列)灯具数量：110
24、8盏照明功率：138.5kw年耗电量：121.33万kwh年营运电费：103.13万元3.2入口段加强照明布灯：灯距=1.6m灯具数量：200盏照明功率：100kw年耗电量：36万kwh年营运电费：30.6万元3.3合计灯具数量：1108+200=1308盏照明功率：138.5kw+100kw=238.5kw年耗电量：121.33万kwh+36万kwh=157.33万kwh年营运电费：103.13万元+30.6万元=133.73万元(37.15万元/km) 4、比较论证 4.1灯具数量减少：1696盏-1308盏=388盏。购置费减少388盏×0.15万元/盏=
25、58.2万元，工程投资减少58.2万元×1.35=78.57万元。4.2照明功率减少：308kw-238.5kw=69.5kw。供电设备器材投资减少69.5kw×2万元/kw=139万元。4.3工程投资节约合计78.57万元+139万元=217.57万元(60.436万元/km)。4.4年耗电量减少：203.68万kwh-157.33万kwh=46.35万kwh，节电效果为22.76%。4.5年营运电费节约：173.13万元-133.73万元=39.4万元(10.94万元/km)。4.6小结：连云港隧道高压钠灯照明采用中压供电模式取代低压供电模式，工程投资节约217.5
26、7万元(60.436万元/km)，节约年营运电费39.4万元(10.94万元/km)，节电效果每年46.35万kwh，节电率达22.76%，其技术经济评估充分说明连云港隧道高压钠灯照明采用中压供电模式不失为最佳选择。 六、高压钠灯道路照明平均照度计算研究 本文研究的方法在于把高压钠灯道路照明维持平均照度计算的各种表达式和高压钠灯的光电特性以及我国道路照明的工程实践联系在一起进行分析研究，其研究成果可以归结为以下两点供道路照明工程专业设计人员参考，当然也包括公路隧道照明：1、高压钠灯道路照明维持平均照度的计算表达式可以简化为：Eav=Z/s，式中：Z-光通折算系数;-光通量;
27、s-被照面积。该简化公式可分别量化为：1.1道路照明：Eav=0.22/s-低压供电Eav=0.31/s-中压供电1.2隧道照明应计入因相互反射使照度上升的系数10%，并建议隧道照明设计规范中平均照度计算利用系数法作适当修正。Eav=0.24/s-低压供电隧道照明Eav=0.34/s-中压供电隧道照明2、高压钠灯是我国道路照明多年来广泛采用的高效节能照明产品。但在照明工程的实际应用中，普遍采用传统的低压供电方式，从而使道路照明的高压钠灯的发光效率处于85%63%的范围，为充分发挥其高效节能的优越性，必须使其工作在额定电压条件下。采用低压供电方式如要满足这一技术条件，则其配电线路的工程投资增加3
28、倍左右，例如一般常用的VV-4×25电缆加粗至VV-4×70电缆。吸取国外先进的公共照明中压供电理念，不但能够解决高压钠灯处于额定电压最佳技术条件，而且在20km范围内，根据江苏高速公路照明工程实践，和低压供电方式相比，尚可省约工程投资25%40%。随着我国扩大内需和节能减排工作的不断深化，道路照明工程的节能和降低工程投资的需求更为迫切，希望本文能为道路照明专业设计人员提高设计质量和设计水平有所裨益。 参考文献：1、中华人民共和国行业标准JTJ026.1-1999“公路隧道通风照明设计规范”2、中国电力出版社“照明设计手册”(第二版)北京照明学会设计专业委员会编3、中国建筑出版社“建筑电气设计手册”4、法国欧奇公司(AUCIER)“中压配电系统”(MEDIUMVOLTAGE,ENERGYTKANSMISSIONSYSTEM)-