风光互补LED道路照明设计应用实例及布灯原则Word下载.docx
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路面亮度的均匀度,是指路面亮度分布均匀程度,均匀度为最小亮度与平均亮度之比。
眩光,是指照明设施产生的极高的亮度或强烈的对比时,造成视觉降低和人眼睛的不舒适感。
在道路照明设计中,眩光的控制指数一般为G≥7,即以不能引起降低能见度和不损伤舒适感为原则。
诱导性,是沿着道路恰当地布置照明器,在灯具的配置上除充分考虑路面亮度分布外,还要通过透视图来检查其诱导性是否正确。
道路照明的方式很多,但灯杆型照明方式较适合我国城市道路照明光源和照明器的实际情况。
它的特点是,在需要照明的路段可用多种方式设置路灯,可依道路的线型变化配置照明器,而且具有较好的诱导性,还起到装饰及点缀环境、美化城市的作用。
特别是灯杆照明增加了灯具的对地高度,既减少眩光,增加整个照明设施的舒适感,又增大增宽亮度分布,得到同样的亮度均匀度,减少了照明器数量。
灯具对地的高度一般取10~15m较为适合。
加长灯臂可增高路面平均亮度,其主要决定于路型和灯型。
机动车道与非机动车道有绿化隔离带时,灯杆布置在机动车道两侧绿化隔离带内(两侧布置方式),非机动车道路的灯臂不宜太长,以2m较为合适。
图4-2风光互补道路照明
道路照明灯具的选型应以功能性为主,路灯灯具的装饰性是在保证其功能性要求的前提下考虑的一个附带的因素。
国家标准CJJ45—2006的第3.2.I条规定:
机动车道应采用功能性灯具,具体规定:
(1)快速路、主干路必须采用截光型、半截光型灯具。
(2)次干路应采用半截光型灯具。
(3)支路宜采用半截光型灯具。
第3.2.2条规定:
禁止机动车通行的商业街道,居住区道路、人行地道、人行天桥以及有必要单独设灯的非机动车道,宜采用装饰性和功能性结合得好的灯具或具有较高机械强度的装饰性灯具。
就路灯灯具的功能性和装饰性的关系而言,应是以功能性为主,兼顾美观装饰性,可是有些城市路灯灯具和灯杆的造型只重视美观、轻功能,以致造成能源浪费和严重的光污染。
其主要表现在以下几个方面:
(1)只重视灯的外观装饰性,轻视路灯的功能性,颠倒了路灯功能性和装饰性的关系。
(2)路灯能耗大,光的利用率很低,经测试路灯95%以上的光线射向天空,只有不到5%的光线照到路面。
(3)道路照明光污染十分严重。
(4)由于路面照度低,在灯杆增装泛光灯进行照射,以致道路照明的直射眩光和雨天路面反射眩光严重,司乘人员及行人感到路灯十分刺眼。
(5)每根杆上的灯太多,最多的有120只光源和灯罩,路灯维修工作量十分繁重。
(6)在灯杆上附加的泛光灯、监视器、扩声设施等太多,破坏了原路灯的外观造型,以致影响路灯的日景美观。
在城市道路照明设计中应按以下原则处理好功能性和装饰性的关系:
(1)设计理念上应明确认识两种照明的目的、对象、性质和要求。
(2)设计上应把握功能和装饰照明的关系,克服重装饰,轻功能倾向。
通常所说的道路照明主要目的是为了使各种机动车辆的驾驶者在夜间行驶能辨认出道路上的各种情况(道路上的障碍物、行人、车辆及其他情况),以保证行车安全,同时也为行人提供夜间行走的照明。
决定道路照明质量的主要因素有以下四点:
(1)平均照度。
(2)亮度分布的均匀性。
(3)采用的照明灯具眩光程度。
(4)路灯排列的诱导性指标。
大量的试验研究表明,驾驶员评价为“好”的道路照明,所对应的平均亮度约为1.5cd/m2(相当151x),并非越亮越好,道路照明的亮度或照度在国际上是有相关标准的,CIE1995年最新标准中规定M1级路为2cd/m2(201x)。
M5级路为0.5cd/m2(51x),美国标准为1,2cd/m2(121x),澳大利亚标准为1--1.5cd/m2。
在1999年北京路灯处赴美考察报告中,美国主要道路照明的照度一般为10N201x之间,著名的法国巴黎香榭丽舍大街的平均照度也只有171X,澳大利亚道路照明的路面照度约10"
~201x,路面亮度约lcd/m2。
照明工程设计中的主要技术质量指标有:
平均照度Er、路面平均亮度Lr、总均匀度Vb、眩光控制指数G、高杆照明中还有照明半径R等。
根据《城市道路照明设计标准》的规定:
快速路平均照度为201x,均匀度为0.4,主干路平均照度为151x,均匀度为0.35,次干路平均照度为81x,均匀度为0.35,支路平均照度为51x,均匀度为0.3。
目前,我国绝大多数路灯生产单位仍旧采用照度指标,而且照度的测量方法远远方便于亮度的测量方法。
平均照度是道路照明质量的第一指标,也是最主要指标。
平均照度的定义是单位面积上接收到的光通量(1x),符号为Ea。
,计算公式为
Eav=(Φ×
N×
M×
η×
q)/(W×
S)
式中:
西为单只灯的光通量(1m);
N为光源处灯数量的总和;
M为照明灯具的维护系数;
叩为灯具的利用系数;
q为路灯排列方式,单排、交错排列,q—l;
双侧排列,q一2;
w为被测道路的测量宽度(m);
S为被测道路上灯杆的安装间距(m)。
道路照明的平均照度也可用被测道路上的点照度值总和除以测量点数总和进行计算。
测量点照度值应选用精度能读到0.1lx的一级照度计进行测量。
照度均匀度是仅次于平均照度的主要技术指标,照度均匀度的定义是被测面积上各点接收到光通量的均匀程度。
照度均匀度无单位量。
计算公式为
Ejy=Emin/Eav。
E,为照度均匀度;
Emi。
为被测面积上测得的最小照度值;
E。
,为被测面积上的平均照度值。
照度均匀度的数值越大(但不可能接近1),道路照明的照度均匀度越好,一般情况下,达到0.35为基本可以,如能达到0.5,该道路照明的照度均匀度就很好。
目前,世界上许多国家已采用亮度指标代替照度指标,则道路照明的质量主要由路面平均亮度、路面亮度的均匀度、眩光、诱导性四个因素来确定。
表4~1中的值为维持值,新装光源灯具的路面初始亮度值应相应提高30%~50%。
表4—1维持值
级别
I
II
III
IV
V
道路类型
快速路
主干路及迎宾路、通向政府机关和大型公共建筑的主要道路、市中心或商业中心的道路、大型交通枢纽等
次干路
支路
主要供行人和非机动车通行的居住区道路和人行道
亮度
平均亮度
1.5
1.0
0.5
0.3
均匀度
0.4
0.35
路面的平均亮度是影响能否看见障碍物的最重要的因素,因道路照明是以把路面照亮到足以看清障碍物的轮廓为原则的。
故应按下式设计道路照明的路面平均亮度
Lr=1~2cd/㎡
而路面亮度的均匀度是指路面亮度分布的均匀程度,均匀度为最小亮度与平均亮度之比,其表达式为
Uo=Lmin/Lr,
L。
i。
为最小亮度;
L,为平均亮度。
在工程设计中,因路面的平均照度与平均亮度之间,是比较单纯的比例关系,因此在设计中可采用工程计算法来计算路面的平均亮度,计算公式如下
L=Er/q=(Φ×
Vf×
K)/q×
A
L,为路面平均亮度cd/m2,一般取L,=2cd/m2;
E,为平均照度1x;
西为单个光源的光通量lm;
N为光源的盏数;
b为光通量利用系数,取VF一0.8~0.75;
K为灯具维护系数,取K=0.6~o.7;
A为照明面积m2;
A—W×
S,W为道路宽度m;
S为安装距离m;
q为平均照度核算系数,对于沥青路面取值15,对混凝土路面取值10。
在实际工程计算中,根据道路的宽度,所选用照明灯具的光通量来计算安装距离S。
灯杆高度和间距要根据不同区域设计。
道路照明质量技术指标可按《城市道路照明设计标准》CJJ45—91执行,一般道路慢车道平均照度5~101x,快车道以15~251x为宜,各城市可结合本地经济水平和实际需要作适当提高。
由于城市路段情况各异,因此对照明的要求也不一样。
设计时既要满足道路照明标准规范的要求,又要和城市照明总体规划协调一致。
设计时应考虑:
(1)选用的光源、灯具应体现道路的特征。
如位于市府区域的干道,应用光色简洁明快的、显色性高的灯具,以便创造一个庄严壮观、明亮优美的夜景效果。
(2)灯饰的造型和外观色彩既要美观又要简洁,在功能上应当合理,减少过多的装饰,以免破坏景观。
(3)路面的照明不仅要亮,且亮度分布要尽量均匀,并严格限制眩光。
(4)道路两侧的树木照明、小品照明、霓虹、灯箱广告、有关交通标示(包括反光漆和涂料)均应统一筹划和设计,以便创造严格完整的夜间照明效果。
照明设施应尽可能隐蔽,不能影响白天的景观;
灯具造型应新颖,照明高效均匀,安装维护方便。
(5)具有不同功能的多种光源不致互相干扰,造成衍射、泛光、乱影等负面效应。
三、项目实施--LED路灯照明设计实例
(一)设计实例1
设计条件:
H≥0.5Weff,灯杆高度=6.5m;
路灯光源距离=6m,照明灯具布置以双侧对称布置、地面照度要求151x。
照明时间每日10h、阴雨2~3天,后半夜半功率工作。
灯杆间距20m,2000m需要200套。
根据以上数据可得:
路灯光源功率=Er×
A/(UF×
K×
η)=(15×
20)I(0.90×
0.90×
80)=30W
Er为平均照度(1x);
Uf为光通量利用系数,Uf一般灯具取值0.8~o.75(LED灯具利用系数取值0.95);
K为灯具维护系数,一般灯具取值0.6~o.7(LED灯具取值0.90);
A为照明面积(㎡);
η为光效,LED灯具取值80lm。
太阳能电池组件总容量
Wp一负载功率×
负载工作小时数/4×
1.05=30×
10/4×
1.05=78.75W
实际选择硅太阳能电池组件:
80W,每组额定工作直流电压:
32V;
每组开路直流电压:
每组太阳能电池组件数量:
40W太阳能电池组件2块串联;
每组太阳能电池组件功率:
80W;
总共需要2组;
单组太阳能电池组件规格:
S一40W;
单块太阳能电池组件标称功率40W。
风力发电机容量:
实际选择HuaYu—power400W型风力发电机,工作风速范围3~25m/s,输出电压等级
DC24V;
发电机型式为永磁三相交流;
发电机额定转速450r/min机组噪声≤45dB;
调速方式为电磁调速;
防护性能具有防潮、防霉性能,风力发电机组具有抗大风机械及电磁刹车装置。
系统直流侧额定电压设计为24V,由24V/节的太阳能专用胶体铅酸蓄电池若组成。
负载用电每天按10h设计,阴雨2~3天,控制系统采用24V直流供电。
系统电源效率95%,放电深度60%。
蓄电池容量C=30w÷
24V×
10h×
3÷
0.6÷
0.95=70Ah(24V)
在设计中实际采用24v/70Ah/节太阳能专用胶体铅酸蓄电池,适合路灯照明少维护的特点。
电气系统参数见表4—2,结构系统参数见表4—3。
表4-2电气系统参数(套)
设计光源
30W高亮LED路灯
光源寿命/h
>
7万
光通量/(lm/w)
80
单块晶体硅太阳能电池
总光通量/lm
2400
HY-400/24V风力发电机
400W微风发电机1台
光色
银白色
单节免维护蓄电池规格
24V/70AH
地面平均照度/XH
15
控制器规格
60V、10A
表4-3结构系统参数
灯杆高度/m
6.5
组件支架
优质钢材
光源高/m
6
表面处理
冷镀锌
设计灯杆侧距/m
20
灯杆预埋件
优质圆钢
设计安装数量/套
200
灯杆基础
C25混凝土浇筑
灯杆材料
优质冷轧薄板
(二)设计实例2
风光互补LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是,风光互补LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光LED,具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点,可广泛应用于城市道路照明。
采用风光互补LED路灯照明工程的路面实际情况如下:
次干道。
道路长:
1600m;
路宽:
35m。
布置方式:
双侧对称布置,路灯数量:
58盏。
灯杆高度:
llm;
灯杆跨度:
40m。
光源:
144W的白光LED,光源色温:
4800~5200K;
灯体由144个1W的LED单体组成。
平均照度(1x)维持值:
15.5。
均匀度最小值:
0.353。
风光互补LED路灯应用于次干道照明效果
如图4—3所示。
图4—3次干道照明效果图
实例3
城区主干道。
3.1km;
32m。
布置方式:
在道路两侧机动车与非机动车隔离带双侧对称布置,路灯数量:
313盏。
光源功率:
主干道27×
5W=135W。
非机动车道16×
5W=80W。
灯具配光:
采用三次配光设计,因LED芯片输出光方向性强,具有良好的一次配光特性,每只LED的安装位置及投光方向单独设置,并随反射器的曲面而分布,以实现良好的二次配光,利用反射器作为最终的第三次配光。
灯杆高:
10m(光源对路面距离)。
挑臂:
lm(双挑)。
杆距:
28m(对称排列)。
。
平均照度:
181x。
均匀度:
0.4。
车道均匀度:
0.35。
风光互补LED路灯经3次配光设计使大部分光是直接投射到路面,灯具整体光效达50lm/W。
LED光源输出白光显色性达65,色温适中(5000~6000K),相比钠灯,光色更为自然。
按“中间视觉”理论,白光LED具有较高的中间视觉等效光效,即在中间视觉条件下的亮度提高约40%,而此时“黄光”高压钠灯的等效光效要降低约30%。
虽然中间视觉理论依据人眼感官,现在还处于争议中并无确切的标准,但LED的高显色性无疑有助于司机及行人识别目标,在同样的路面亮度下提供更好的通行条件。
LED灯具可实现0%~100%连续调光,可根据环境光照及交通状况灵活调整光输出,在保证照明质量的同时降低不必要的功耗。
LED灯具寿命长,在良好的散热条件下可达50000h,光衰小,有效降低维护工作,减少运行成本。
风光互补LED路灯应用于城区主干道照明效果如图4—4所示。
图4-4风光互补LED路灯应用于城区主干道
设计实例4海南中石化加油站风光互补LED路灯设计实例
图4-5海南中石化加油站风光互补LED路灯
风机配置:
MINI系列三叶小型风力发电机300W
风力发电机连接类型:
套筒连接
控制器类型:
PWM控制器
太阳能电池板:
300W(150W/块)
蓄电池:
24V(200Ah*2)
风光互补控制器:
24V10A
LED灯源:
压铸铝合金60W双臂LED灯(24V)
灯杆:
杆高10米,厚度4.0mm
电缆:
3.0/2.5/4.0mm2电缆
太阳能电池板支架:
4×
4角钢热镀锌喷漆
工作模式:
工作时间1-14小时自行组合
连续工作天数:
连续阴雨天气工作3-5天
海南岛地理位置得天独厚,风光资源显著,是一座美丽的海滨城市。
风光资源相当丰富,其重要性影响着海南人民生活的方方面面,对风光互补路灯的实施和建设,毋庸置疑成为一项政府利国利民的措施。
随着节能低碳经济成为我国经济发展的主旋律,中石化汽车加油站路灯照明作为新能源战略和智能电网的重要组成部分,以及国务院确定的节能减排型战略新兴产业之一,必将成为今后汽车节能和能源加油系统产业发展的重点。
因此,海南地区中石化加油站实行建立风光互补路灯供电系统,利用户外加油站位置空旷,拥有风能和太阳能独天得厚的供电来源,给LED灯源供电,实现的节能减排一体化照明系统。
风光互补路灯的优越性,在于远离城镇中心或者高速路口的加油站,不需要采用常规电网供电,不需要架设输电专线和埋设电缆,对建设成本大大降低,同时,施工和安装都很方便,是一种节能环保独立供电系统,符合建设节约型环境的社会要求。
在互联网+和社会资源配置时代,风光互补是作为新能源节能环保、绿色低碳的一项指标,将是一项智能供电系统工程,与汽车加油站的节能性质相辅相成,在新能源上树立节能减排的形象。
四、知识拓展---布灯原则
路灯布置方式有单侧布灯、两侧交叉布灯、两侧相对布灯、丁字路口布灯、十字路口布灯和弯道布灯等多种。
对于道路照明要求不高的路面或者道路的宽度小于15m时,宜采用单侧布灯的方式;
对于道路照明要求较高或路面的宽度大于15m时,宜采用两侧相对布灯或者两侧交叉布灯的方式;
对于丁字路口根据实际情况可布置1~2盏路灯;
对于十字路口可以布置四盏路灯或者直接使用高杆灯照明,其杆高一般为15m以上;
对于弯道则一般在其外侧布灯。
道路照明设计应根据道路和场所的特点及照明要求,选择常规照明方式或高杆灯照明方式。
路灯的布置包括路灯间距、路灯安装高度及灯具亮度。
路灯的合理布置对提高照明效果起着关键作用。
在综合考虑路况、路面反射特性的同时,应充分发挥照明灯具的配光特性,使布局尽量合理。
在设计中,灯杆的设置根据城市道路的宽度、绿化隔离带的设置确定。
常规照明灯具的布置的五种
基本方式如图4—6所示。
采用常规照明方式时,应根据道路横断面形式、宽度及照明要求进行选择,并应符合下列要求:
(1)灯具的悬挑长度不宜超过安装高度的1/4。
(2)灯具的仰角不宜超过15。
。
采用高杆灯照明方式时,灯具及其配置方式、灯杆安装位置、高度、间距以及灯具最大光强的投射方向,应符合下列要求:
(1)可按不同条件选择平面对称、径向对称和非对称三种灯具配置方式。
布置在宽阔道路及大面积场地周边的高杆灯宜采用平面对称配置方式;
布置在场地内部或车道布局紧凑的立体交叉的高杆灯宜采用径向对称配置方式;
布置在多层大型立体交叉或车道布局分散的立体交叉的高杆灯宜采用非对称配置方式。
无论采取何种灯具配置方式,灯杆间距与灯杆高度之比均应根据灯具的光度参数通过计算确定。
(2)灯杆不得设在危险地点或维护时严重妨碍交通的地方。
(3)灯具的最大光强投射方向和垂线交角不宜超过65。
(4)市区设置的高杆灯,应在满足照明功能要求前提下做到与环境协调。
常见的道路有由人行道和机动车道组成的道路以及由人行道、非机动车道和机动车道组成的道路。
此两种不同形式的道路,其路灯的布局形式也相应不同。
为了使路面亮度分布均匀,对于不同的路灯布置形式,不同类型配光的灯具,其安装高度(h),道路有效宽度(W)、灯具间距(d)必须符合一定的条件,照明灯具配置标准见表4—4。
表4—4照明灯具配置标准
表4-4照明灯具配置标准
配置方式
截光型
半截光型
非截光型
安装高度(h)
路灯间距(d)
一侧排列
h≥W
d≤3h
h≥1.2W
d≤3.5h
h≥1.4W
d≤4.0h
交错排列
h≥0.7W
h≥0.8W
d≤335h
h≥0.9W
相对矩形排列
h≥0.5W
h≥0.6W
表4—4中h为路灯安装的高度,即为光源中心点至地面的垂直距离。
W为道路的有效宽度,因为对于悬臂式路灯其光源的中心点并没有和路面对齐,由于悬臂的存在,总会使光源超出道路边界而悬在道路上面,为此道路的有效宽度W就应该等于道路的总宽度减去一个悬挑长度;
当灯具采用双侧布置方式时,道路有效宽度为实际路宽减去两个悬挑长。
当灯具布置在中央分隔带采用中心对称布置方式时,道路有效宽度就是道路实际宽度。
确定灯具的布置方式后,并可进行照度的计算。
较宽的道路,如果人行道也较宽,除了车道侧布置灯具外,人行道侧也要布置灯具。
可以采用双臂路灯或单臂双灯(约1/2杆高处,人行道侧安装人行道灯),这时车道侧路灯可以做成150。
的仰角,比较美观,而且车道侧的照明利用率更高。
车道侧的路灯可按全夜灯控制,人行道侧的路灯可按半夜灯控制,到夜深人静的时候,半夜灯关灭,以节约
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