风光互补LED道路照明设计应用实例及布灯原则.docx

1、风光互补LED道路照明设计应用实例及布灯原则风光互补LED道路照明设计应用实例及布灯原则一、任务导入对于现代化的文明城市来说，宽阔的马路、明亮的灯光、碧绿的草地、美丽的鲜花和清新的空气是不可缺少的硬件，夜晚色彩斑谰、交相辉映的灯光，是现代都市文明进步、经济发展的象征。因此，道路照明与道路建设需同步进行，在规划设计上一定要有科学性和前瞻性，做到起点高，能适应中远期发展要求。具体在道路照明设计上，需根据道路宽度和绿化隔离带情况，采用单排或双排和单、双臂照明，选用一定高度、色调、形状、灯杆的灯具与周围环境协调配置，使道路照明壮观、亮丽，真正成为都市亮点和旅游观光景点。2、相关知识 风光互补太阳能路灯

2、系统原理是夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下，两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。主要由风力发电机、太阳能电池板、风能控制器、太阳能控制器、蓄电池组、电缆及支撑和辅助件组成一个发电系统。系统组成如下：图4-1风光互补太阳能路灯系统方案特点：1、风光互补路灯可根据不同的气候环境配置不同型号的风力发电机，在有限的条件内以达到风能利用最大化为目的。2、太阳能电池板采用目前转换率最高的单晶硅太阳能电池板，大大提升了太阳能的发电效能，有效改善了当风资源不足的情况下,太阳能电池板因转换率不足,导致充电不足,无法保证灯正常亮

3、灯的问题。3、风光互补路灯控制器，风光互补路灯系统内最主要的部件，起着对其它部件发号指令与协同工作的主要作用，风光互补控制器，集光控亮灯，时控关灯，自动功率跟踪,自动泄荷，过充过放保护功能于一身，性能稳定可靠。4、风光互补跟灯路灯采用高性能大容量免维护铅酸或者胶体电池,为风光互补路灯提供充足的电能,保证了阴雨天时LED风光互补路灯光源的亮灯时间,大大提升了系统的稳定性。学习情境 LED道路照明设计（一）道路照明设计前的准备 道路照明设计通常由两部分组成：道路照明的光照设计和道路照明的电气设计。在进行道路照明设计前应了解和收集有关资料有： (1)确定该条道路的照明标准及其他特殊要求。 (2)收集

4、道路平面布置、道路结构断面，在充分了解这些资料的基础上，以便有针对性地进行照明设计。(3)了解道路周围环境及城市建设及整体规划方案。 道路照明有严格的要求，全球在道路照明设计规范以及路灯性能标准都相当完整明确；标准一般包含照度以及均匀度(最小照度平均照度)，国际照明委员会(CIE)的CIE 115提出参考规范，将道路分成四大类，路面照度基准分15、20、30与501x，均匀度(最小照度平均照度)要求04，但基于环境与文化因素考虑，各国规范仍有相当差距。配合道路照明设计的相关标准有： (1)道路照明。规范灯柱排列、灯杆高度与灯杆间距设计。 (2)道路照明所使用的灯具。规范各种道路照明灯具的类型与

5、配光要求。 (3)道路照明灯具的灯杆。规范灯杆强度要求。 (4)光源驱动器检测标准。 (5)路灯用光电式自动控制器的检验方法。 城市道路照明已日益成为城市建设中的一项重要内容，它不再是狭义的道路照明，还扩展到灯光夜景等新领域。近年来不少城市把“灯光夜景”作为美化城市、提高城市形象的一个重要手段，这也给城市道路照明设计提出了新的课题。城市道路照明虽然只是电气安装工程的一个附属项目，但它还涉及土建、电光源、照明等诸多领域，即要满足照明要求，又要与周围环境和谐协调。 （二）道路照明技术要求 首先应在保证照明质量的前提下，结合道路的形式和城市的美化及规划来开展道路照明设计工作。道路照明的质量指标主要有

6、路面平均亮度、均匀度、眩光和诱导性四项。路面平均亮度是影响能否看见障碍物的最重要因素。因道路照明是以看清障碍物的轮廓为原则的，故要按公式Lr=12cdmz设计，以此确定路面平均亮度。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G7，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

7、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1015m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

8、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CJJ 452006的第32I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322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

9、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

10、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15cdm2(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，CIE

11、1995年最新标准中规定M1级路为2cdm2(201x)。M5级路为05cdm2(51x)，美国标准为1，2cdm2(121x)，澳大利亚标准为1-15cdm2。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10201x，路面亮度约lcdm2。 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04，主干路平均照度为151x，均匀度为0

12、35，次干路平均照度为81x，均匀度为035，支路平均照度为51x，均匀度为03。 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=(NMq)(WS) 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，ql；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

13、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01 lx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=EminEav。式中：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035为基本可以，如能达到05，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

14、性四个因素来确定。表41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3050。表41 维持值 级别IIIIIIIVV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1.51.00.50.3均匀度0.40.350.350.3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=12cd 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

15、式为Uo=LminLr， 式中：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=Erq=(NVf K)qA式中：L，为路面平均亮度cdm2，一般取L，=2cdm2；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一08075；K为灯具维护系数，取K=06o7；A为照明面积m2；AWS，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

16、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CJJ 4591执行，一般道路慢车道平均照度5101x，快车道以15251x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。

17、(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：H0.5Weff，灯杆高度=65m；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23天，后半夜半功率工作。灯杆间距20m，2

18、000m需要200套。 根据以上数据可得： 路灯光源功率=ErA(UFK)(1520)I(0.900.9080)=30W式中：Er为平均照度(1x)；Uf为光通量利用系数，Uf一般灯具取值08o75(LED灯具利用系数取值095)；K为灯具维护系数，一般灯具取值06o7(LED灯具取值090)；A为照明面积()；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4105=30104105=7875W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：32V；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

19、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HuaYupower400W型风力发电机，工作风速范围325ms，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450rmin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23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C30w24V10h30.60.95=

20、70Ah(24V)在设计中实际采用24v70Ah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42，结构系统参数见表43。表4-2 电气系统参数（套）设计光源30W高亮LED路灯光源寿命/h7万光通量/(lm/w)80单块晶体硅太阳能电池80总光通量/lm2400HY-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/XH15控制器规格60V、10A表4-3 结构系统参数灯杆高度/m6.5组件支架优质钢材光源高/m6表面处理冷镀锌设计灯杆侧距/m20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

21、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：48005200K；灯体由144个1W的LED单体组成。平均照度(1x) 维持值：155。均匀度最小值：0353

22、。风光互补LED路灯应用于次干道照明效果如图43所示。 图43次干道照明效果图实例3 城区主干道。道路长：31km；路宽：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275W=135W。 非机动车道165W=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

23、4。 车道均匀度：035。 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50lmW。LED光源输出白光显色性达65，色温适中(50006000K)，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0100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

24、。LED灯具寿命长，在良好的散热条件下可达50 000h，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44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：24V 10ALED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/

25、2.5/4.0mm2电缆太阳能电池板支架：44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

26、，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

27、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12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

28、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46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14。 (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

29、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44 。 表44 照明灯具配置

30、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)安装高度(h)路灯间距(d)安装高度(h)路灯间距（d）一侧排列hWd3hh1.2Wd3.5hh1.4Wd4.0h交错排列h0.7Wd3hh0.8Wd335hh0.9Wd4.0h相对矩形排列h0.5Wd3hh0.6Wd335hh0.7Wd4.0h 表44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12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