时间:2023-03-22 17:44:33
序论:在您撰写道路照明论文时,参考他人的优秀作品可以开阔视野,小编为您整理的7篇范文,希望这些建议能够激发您的创作热情,引导您走向新的创作高度。
“在保证照明效果下点着灯节电”,这样的概念才是科学的,合理的,这是发达国家道路照明系统的设计思想之一。
一、我国路灯照明现状
据调查,我国小型城市在夜晚9点后,大中城市在午夜12点后,道路上几乎空无一人,即便是北京、上海、广州这样的繁华都市,凌晨2点以后,道路上也已罕见行人、车辆。从这一时段直至清晨6点路灯熄灭,在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例,约439亿kWh,以平均电价0.65元/kWh计算,一年开支285亿元。在市政开支极度紧张的今天,国内绝大部分的城市和地区几乎不约而同地采用了日本等国家在七十年代就抛弃了的路灯隔盏关灯的省钱方法,其中的弊病不言而喻——不仅导致了路面照度分布不均,给治安及交通安全埋下了隐患,而且不能避免后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损,因此不能称做是真正意义上的节能。当发达国家在讨论什么是“恰到好处的照度水平”的今天,我们这种控制方法就太落后了。
九十年代以来,夜景照明建设成为都市市政设施建设的一个重要环节,各地也取得了相应的成绩,但是市政开支普遍紧张与增设夜景照明形成了很大的矛盾c以沿海某开放城市为例,大批路灯在安装后迫于财政紧张的压力,支付不起沉重的照明电费开支,又不得不关掉近一半的灯,结果近年新装的部分路灯形同摆设,造成变相浪费c
如何让路灯亮起来,让城市亮起来,亮得更科学,亮得省电省钱?答案是:采用智能光源降压一稳压一调光技术。
二、智能光源降压一稳压一调光技术
1.什么是智能光源降压一稳压一调光技术智能光源降压一稳压一调光技术是国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术。它充分考虑了城市道路照明的实际状况,依据人体工程学中的视觉理论,采用现代控制论中的最优控制方法,实现了对路灯电压及照度的动态智能化管理,即TPo管理(TIME/PLACE/0CCASl0N)。此项技术的基本思路就是:在繁忙的时段,控制路灯保持较强的照度,接近午夜时分,开始自动调光,在后半夜车稀人少时,则控制路灯保持较低照度的照明(类似房灯的调光器,可以随需要而任意调光)。它的主要优点就是在调光的同时也大幅降低了电耗,节约有功电耗达30%以上。房灯调光已流行多年,主要是因为室内灯功率小,容易实现。而道路照明则完全不同:首先,灯泡功率大,不易控制;其次,使用环境恶劣,九十年代,电力电子元件技术有了突飞猛进的发展,调光技术有了可靠的质量保障,通过一些地区的规模应用,其完美的调光效果和节电功能得到了一致认同,在德国,美国这些耗电大国,此类技术也得到了政府的大力扶持和推广‘:智能光源降压一稳压一调光技术的控制过程是:通过测取城市道路车辆及行人的“时间一车辆(人)”统计规律,获取相应的照度调整率,依此来设计计算机的控制程序,根据照度调整率,从某一时刻开始,平滑地对路灯输入电压进行动态调整,使路灯输入电功率与实际照度要求达到最佳匹配,不仅节约了电能,而且稳定了电压,延长了路灯的使用寿命,达到了双重意义上的节能。
2.开灯比关灯更省钱前面提到的关灯节能方法是以牺牲城市照明和诱发犯罪率以及交通事故上升为代价的,而智能光源降压一稳压一调光技术所达到的节电率高于30%,由此而言,采用智能光源降压一稳压一调光技术,开灯比关灯更省钱。
3.算一笔看不见的帐
我国现有的路灯70%以上使用的都是高压钠灯,其设计寿命为24000小时(5年)。但是由于我国城市电网技术落后,造成线路的电压波动大大超过国际标准,许多地区的波动甚至超过额定电压的左右15%,特别是在后半夜,由于电负荷减少使得电网电压有时接近245V,致使路灯灯泡的实际使用寿命平均不到一年。现在,可以算这样一笔帐:以沿海开放城市为例,路灯每年需要更换一次灯泡,更换一只灯泡所需费用(含镇流器损耗、人工、车辆等)为120元,该市共有两万多只常开的路灯,则每年仅更换路灯灯泡的费用就高达两百多万元人民币,如果采用了智能光源降压一稳压一调光技术,路灯灯泡的使用寿命可延长一倍,仅此一项,一年就可节约开支两百多万元,加上节电30%,一年可节约七百多万元电费,两项相加就有近千万元之巨。如果450万元作为先期投入,半年内所节约的费用即可回收,逐年节约的资金可以重新投入市政建设。
据1999年全国道路照明专业委员会第九届年会上得到的不完全统计数字,目前国内所有城市道路照明的总灯数约300万只(套),工矿企业、车站、机场、码头、高速公路照明等非市政照明灯具约100万只(套),总数400多万只,并且每年递增10%以上。如果及时采用此项技术,仅从节约电费、降低灯泡损耗和人工开支三项来计算,五年时间可为国家节约近100亿元人民币,可以少建三座装机120万kW的火电站,同时节约了大批的原煤。
对于全国的总耗电量而言,道路照明只占一个小小的百分数,也正因如此,它才有可能成为推动节能运动的一个突破口。从道路照明着手,花两三年时间摸索出一套符合中国国情的商业化运作模式,然后在全国各行各业全面推广。当然,这需要政府下大决心、花大力气去进行推动。
4.智能光源降压一稳压一调光技术的推广亟待政府的行政支持
路灯节能无疑会给各地的市政开支节省大量资金,然而对路灯管理部门而言,他们的日常开支和经常性的维护费用是和路灯电耗及安装数量成正比的,电耗越多,下年度的费用就同比增长,也可以这样说,越是节约用电,对基层下年度的费用预算就越少,因此,路灯管理部门对节电工程大多持消极态度。这一现象反映出节能政策在具体操作中和现行体制及利益分配机制不相匹配,目前各地所执行的政策实际上是在鼓励浪费!国家整体的长远利益和部门短期利益之间存在着很大的矛盾。这一状况对节能工作的深入开展产生了相当大的阻力。
三、我国节能工作的阻力
1.部门之间的问题
在国内,主管节能工作的行政主管部门是各地经委和节电办公室,而路灯部门隶属建设部门,经委只有协调功能而不能跨行业进行行政干预,因此,经委在这个领域中起不了什么作用,而建设部门在经济环境好的时候大手花钱,节电似乎无关紧要,到了当前经济紧缩时,又拿不出钱去改造。
2.上下级之间的问题
全国的路灯部门仍然是执行计划经济的运行方式,建多少条路,装多少盏灯,是建委和计委及财政的事,路灯部门只负责维护,节电效益体现不到他们身上,所以他们对节能并不感兴趣。而主管部门对实际运行缺乏了解,对节能就更是门外汉,因此,一个项目就会在部门之间踢来踢去。
3.缺乏资金
现接段,建设资金尤其是市政资金极端紧张,拿不出启动资金,而市场上又没有融资租赁的资金可利用,再加上相应的法规、制度不健全,没有人敢向节能领域大力投资,使得路灯节能推广异常困难。
4.缺少规模
前些年,大量中小企业生产的质量不过关甚至假冒伪劣的产品给人们留下了恶劣印象,使人们对节电产品产生怀疑甚至是排斥。
5.节能思想不正确
由于多年来计划经济造成的“吃皇粮”思想作怪,认为路灯和电都是国家的,节不节电与自己无关,大不了欠电费,反正供电部门也是国家的,或者再严重一点就索性把灯关了,既省电又省事。
上述这些问题集中反映了路灯节能工作中所遇到的困难,不排除这些困难,大规模推广节电产品就无从谈起。这里面,主管部门的思想转变和打破部门之间的制约至为关键。如何解决好这些问题,吉林市的处理方法为我们提供了一个很好的启示:由主管城建的副市长挂帅,协调建委、市财政和路灯处等部门,定具体的实施细则。在政策上予以扶持——首先由市财政列支节能设备的先期投人,设备投人使用后,从第一年节电效益中返还,从第二年开始,每年节余部分投入到路灯再建设的工程中,同时,路灯部门的维护费用不因电费减少而缩减,既推广了节能工作,又保障了基层的利益。
四、对节能工作的看法和建议
全国开发、生产节能产品的企业,大部分是小企业和一些大专院校的科研机构。为什么有实力的机构不愿介入呢?节能产品利润小、推广难,因此大型企业不愿涉足,投入不足致使我国节能产品在国际上处于相对落后状况。为什么国家大力提倡节能十几年了,而节能工作却一直推而不广呢?前面提到的政策不配套是一个重要原因,还有一个原因就是由于投入不够,使得许多产品还仅仅是实验室产品时就匆匆上市,结果远远不能适应各种复杂的实际运行工况。产品质量不过硬,也就是造成人们常说的节电不节钱的情况发生的重要原因。节能产品的市场推广,是一个耗力、耗时、耗钱的系统工程,没有大的资本做后盾,市场很难打开,很多好的产品也就半途天折了。如何尽快扭转这一被动局面,我们有一个初步的设想:首先由国家经贸委、科委、机械工业局牵头,由国家投资建立一个国家级节能实验室(包括相应的中试基地),主要对申报的各类节能产品进行理论评估,对通过评估的产品进行中试和批量规模应用,筛选出真正有推广价值的产品。据我们调查,许多中小企业仅凭个人发明做一些基本设计或原型机,他们根本无法也无力承担产品商品化的过程和批量试验的投人,批量试验是产品投入市场前一个至关重要的环节,个人买不起各种工业设备,企业又不愿用生产设备去为别人做实验,因此许多节能产品的开发者只好望而却步了。
从八十年代末开始,国家也曾推荐过各种节能产品,但是许多产品是凭各种文件一级一级上报,中间存在很多虚假成分,造成许多国家推荐的节能产品质量不好或节能效果不佳等不良影响。如果有了国家级实验室和专家论证组,建立起一个规范的行业标准,这一问题便迎刃而解了。同时,由国家经贸委发起,包括金融机构、企业和个人成立中国能源节约基金(金额5。10亿元),由专业投资银行和技术专家负责运作,形式上采用国际通行的融资租赁方式,销售、推广各类节能产品。这项基金既具有某种政府权威,又具备严格的商业机制,对操作的产品均采用租赁一分期付款方式,加上商业还款保险等商业因素介入,基金的资本安全有了保障。两个机构协同运作,会使困扰中国节能产品推广多年的难题一一化解,同时也会促进大批的国产节能产品走出实验室,走出国门。照明电耗虽然只占全国总电耗的10%—20%,道路照明所占比例更小,但是,从节能技术推广的角度来看,它可能成为整个节能工作的突破口。
第一,整个路灯行业总体份额较小,容易操作。据初步计算,用三年时间将全国现有路灯系统进行改造,总体投入不过6—7亿元。如果能采用政府、社会齐动手的战略,不会给国家造成财政负担。
第二,国家主管节能工作的国家经贸委和主管道路建设的建设部应尽快制定相关的配套政策。据查,道路照明的设计规范基本上没有涉及节能,所谓‘‘间隔关灯’’方法不过是各地在遇到电费问题时所采取的“不约而同”的手段而已。而目前采用的设计规范基本上是八十年代制定的,许多内容甚至照搬国外六、七十年代的标准,早已不能适应当前的实际状况,应尽快修订并将节能内容列入其中。
一、我国路灯照明现状
据调查,我国小型城市在夜晚9点后,大中城市在午夜12点后,道路上几乎空无一人,即便是北京、上海、广州这样的繁华都市,凌晨2点以后,道路上也已罕见行人、车辆。从这一时段直至清晨6点路灯熄灭,在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例,约439亿kWh,以平均电价0.65元/kWh计算,一年开支285亿元。在市政开支极度紧张的今天,国内绝大部分的城市和地区几乎不约而同地采用了日本等国家在七十年代就抛弃了的路灯隔盏关灯的省钱方法,其中的弊病不言而喻——不仅导致了路面照度分布不均,给治安及交通安全埋下了隐患,而且不能避免后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损,因此不能称做是真正意义上的节能。当发达国家在讨论什么是“恰到好处的照度水平”的今天,我们这种控制方法就太落后了。
九十年代以来,夜景照明建设成为都市市政设施建设的一个重要环节,各地也取得了相应的成绩,但是市政开支普遍紧张与增设夜景照明形成了很大的矛盾c以沿海某开放城市为例,大批路灯在安装后迫于财政紧张的压力,支付不起沉重的照明电费开支,又不得不关掉近一半的灯,结果近年新装的部分路灯形同摆设,造成变相浪费c
如何让路灯亮起来,让城市亮起来,亮得更科学,亮得省电省钱?答案是:采用智能光源降压一稳压一调光技术。
二、智能光源降压一稳压一调光技术
1.什么是智能光源降压一稳压一调光技术智能光源降压一稳压一调光技术是国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术。它充分考虑了城市道路照明的实际状况,依据人体工程学中的视觉理论,采用现代控制论中的最优控制方法,实现了对路灯电压及照度的动态智能化管理,即TPo管理(TIME/PLACE/0CCASl0N)。此项技术的基本思路就是:在繁忙的时段,控制路灯保持较强的照度,接近午夜时分,开始自动调光,在后半夜车稀人少时,则控制路灯保持较低照度的照明(类似房灯的调光器,可以随需要而任意调光)。它的主要优点就是在调光的同时也大幅降低了电耗,节约有功电耗达30%以上。房灯调光已流行多年,主要是因为室内灯功率小,容易实现。而道路照明则完全不同:首先,灯泡功率大,不易控制;其次,使用环境恶劣,九十年代,电力电子元件技术有了突飞猛进的发展,调光技术有了可靠的质量保障,通过一些地区的规模应用,其完美的调光效果和节电功能得到了一致认同,在德国,美国这些耗电大国,此类技术也得到了政府的大力扶持和推广‘:智能光源降压一稳压一调光技术的控制过程是:通过测取城市道路车辆及行人的“时间一车辆(人)”统计规律,获取相应的照度调整率,依此来设计计算机的控制程序,根据照度调整率,从某一时刻开始,平滑地对路灯输入电压进行动态调整,使路灯输入电功率与实际照度要求达到最佳匹配,不仅节约了电能,而且稳定了电压,延长了路灯的使用寿命,达到了双重意义上的节能。
2.开灯比关灯更省钱前面提到的关灯节能方法是以牺牲城市照明和诱发犯罪率以及交通事故上升为代价的,而智能光源降压一稳压一调光技术所达到的节电率高于30%,由此而言,采用智能光源降压一稳压一调光技术,开灯比关灯更省钱。
3.算一笔看不见的帐
我国现有的路灯70%以上使用的都是高压钠灯,其设计寿命为24000小时(5年)。但是由于我国城市电网技术落后,造成线路的电压波动大大超过国际标准,许多地区的波动甚至超过额定电压的左右15%,特别是在后半夜,由于电负荷减少使得电网电压有时接近245V,致使路灯灯泡的实际使用寿命平均不到一年。现在,可以算这样一笔帐:以沿海开放城市为例,路灯每年需要更换一次灯泡,更换一只灯泡所需费用(含镇流器损耗、人工、车辆等)为120元,该市共有两万多只常开的路灯,则每年仅更换路灯灯泡的费用就高达两百多万元人民币,如果采用了智能光源降压一稳压一调光技术,路灯灯泡的使用寿命可延长一倍,仅此一项,一年就可节约开支两百多万元,加上节电30%,一年可节约七百多万元电费,两项相加就有近千万元之巨。如果450万元作为先期投入,半年内所节约的费用即可回收,逐年节约的资金可以重新投入市政建设。
据1999年全国道路照明专业委员会第九届年会上得到的不完全统计数字,目前国内所有城市道路照明的总灯数约300万只(套),工矿企业、车站、机场、码头、高速公路照明等非市政照明灯具约100万只(套),总数400多万只,并且每年递增10%以上。如果及时采用此项技术,仅从节约电费、降低灯泡损耗和人工开支三项来计算,五年时间可为国家节约近100亿元人民币,可以少建三座装机120万kW的火电站,同时节约了大批的原煤。
对于全国的总耗电量而言,道路照明只占一个小小的百分数,也正因如此,它才有可能成为推动节能运动的一个突破口。从道路照明着手,花两三年时间摸索出一套符合中国国情的商业化运作模式,然后在全国各行各业全面推广。当然,这需要政府下大决心、花大力气去进行推动。
4.智能光源降压一稳压一调光技术的推广亟待政府的行政支持
路灯节能无疑会给各地的市政开支节省大量资金,然而对路灯管理部门而言,他们的日常开支和经常性的维护费用是和路灯电耗及安装数量成正比的,电耗越多,下年度的费用就同比增长,也可以这样说,越是节约用电,对基层下年度的费用预算就越少,因此,路灯管理部门对节电工程大多持消极态度。这一现象反映出节能政策在具体操作中和现行体制及利益分配机制不相匹配,目前各地所执行的政策实际上是在鼓励浪费!国家整体的长远利益和部门短期利益之间存在着很大的矛盾。这一状况对节能工作的深入开展产生了相当大的阻力。
三、我国节能工作的阻力
1.部门之间的问题
在国内,主管节能工作的行政主管部门是各地经委和节电办公室,而路灯部门隶属建设部门,经委只有协调功能而不能跨行业进行行政干预,因此,经委在这个领域中起不了什么作用,而建设部门在经济环境好的时候大手花钱,节电似乎无关紧要,到了当前经济紧缩时,又拿不出钱去改造。
2.上下级之间的问题
全国的路灯部门仍然是执行计划经济的运行方式,建多少条路,装多少盏灯,是建委和计委及财政的事,路灯部门只负责维护,节电效益体现不到他们身上,所以他们对节能并不感兴趣。而主管部门对实际运行缺乏了解,对节能就更是门外汉,因此,一个项目就会在部门之间踢来踢去。
3.缺乏资金
现接段,建设资金尤其是市政资金极端紧张,拿不出启动资金,而市场上又没有融资租赁的资金可利用,再加上相应的法规、制度不健全,没有人敢向节能领域大力投资,使得路灯节能推广异常困难。
4.缺少规模
前些年,大量中小企业生产的质量不过关甚至假冒伪劣的产品给人们留下了恶劣印象,使人们对节电产品产生怀疑甚至是排斥。
5.节能思想不正确
由于多年来计划经济造成的“吃皇粮”思想作怪,认为路灯和电都是国家的,节不节电与自己无关,大不了欠电费,反正供电部门也是国家的,或者再严重一点就索性把灯关了,既省电又省事。
上述这些问题集中反映了路灯节能工作中所遇到的困难,不排除这些困难,大规模推广节电产品就无从谈起。这里面,主管部门的思想转变和打破部门之间的制约至为关键。如何解决好这些问题,吉林市的处理方法为我们提供了一个很好的启示:由主管城建的副市长挂帅,协调建委、市财政和路灯处等部门,定具体的实施细则。在政策上予以扶持——首先由市财政列支节能设备的先期投人,设备投人使用后,从第一年节电效益中返还,从第二年开始,每年节余部分投入到路灯再建设的工程中,同时,路灯部门的维护费用不因电费减少而缩减,既推广了节能工作,又保障了基层的利益。
四、对节能工作的看法和建议
全国开发、生产节能产品的企业,大部分是小企业和一些大专院校的科研机构。为什么有实力的机构不愿介入呢?节能产品利润小、推广难,因此大型企业不愿涉足,投入不足致使我国节能产品在国际上处于相对落后状况。为什么国家大力提倡节能十几年了,而节能工作却一直推而不广呢?前面提到的政策不配套是一个重要原因,还有一个原因就是由于投入不够,使得许多产品还仅仅是实验室产品时就匆匆上市,结果远远不能适应各种复杂的实际运行工况。产品质量不过硬,也就是造成人们常说的节电不节钱的情况发生的重要原因。节能产品的市场推广,是一个耗力、耗时、耗钱的系统工程,没有大的资本做后盾,市场很难打开,很多好的产品也就半途天折了。如何尽快扭转这一被动局面,我们有一个初步的设想:首先由国家经贸委、科委、机械工业局牵头,由国家投资建立一个国家级节能实验室(包括相应的中试基地),主要对申报的各类节能产品进行理论评估,对通过评估的产品进行中试和批量规模应用,筛选出真正有推广价值的产品。据我们调查,许多中小企业仅凭个人发明做一些基本设计或原型机,他们根本无法也无力承担产品商品化的过程和批量试验的投人,批量试验是产品投入市场前一个至关重要的环节,个人买不起各种工业设备,企业又不愿用生产设备去为别人做实验,因此许多节能产品的开发者只好望而却步了。
从八十年代末开始,国家也曾推荐过各种节能产品,但是许多产品是凭各种文件一级一级上报,中间存在很多虚假成分,造成许多国家推荐的节能产品质量不好或节能效果不佳等不良影响。如果有了国家级实验室和专家论证组,建立起一个规范的行业标准,这一问题便迎刃而解了。同时,由国家经贸委发起,包括金融机构、企业和个人成立中国能源节约基金(金额5。10亿元),由专业投资银行和技术专家负责运作,形式上采用国际通行的融资租赁方式,销售、推广各类节能产品。这项基金既具有某种政府权威,又具备严格的商业机制,对操作的产品均采用租赁一分期付款方式,加上商业还款保险等商业因素介入,基金的资本安全有了保障。两个机构协同运作,会使困扰中国节能产品推广多年的难题一一化解,同时也会促进大批的国产节能产品走出实验室,走出国门。照明电耗虽然只占全国总电耗的10%—20%,道路照明所占比例更小,但是,从节能技术推广的角度来看,它可能成为整个节能工作的突破口。
第一,整个路灯行业总体份额较小,容易操作。据初步计算,用三年时间将全国现有路灯系统进行改造,总体投入不过6—7亿元。如果能采用政府、社会齐动手的战略,不会给国家造成财政负担。
第二,国家主管节能工作的国家经贸委和主管道路建设的建设部应尽快制定相关的配套政策。据查,道路照明的设计规范基本上没有涉及节能,所谓‘‘间隔关灯’’方法不过是各地在遇到电费问题时所采取的“不约而同”的手段而已。而目前采用的设计规范基本上是八十年代制定的,许多内容甚至照搬国外六、七十年代的标准,早已不能适应当前的实际状况,应尽快修订并将节能内容列入其中。
(一)聚光性强
我国LED照明灯采用的都是二极管的机构,使光源发出的光线都能汇聚到一起,具有非常强大的聚光性。在隧道照明系统开启的时候,光源可以集中照射到指定部位,提高了高速公路隧道的安全性。
(二)耗电量低
LED照明灯的使用,电能基本都转化为了隧道照明的光源,使得在一定时间内的照明时间比一般的节能灯要长,耗电量低,大大的提高了电能的利用率。
(三)显示性强
LED照明灯具有灯光显示性强的特点,使得高速公路隧道照明的光线与人们日常生活的相近,不会导致因为进入隧道灯光过强眼睛受到刺激引起的安全事故的发生,提高了隧道照明的高效性。
(四)故障问题少
由于LED照明灯的结构是二极管的半导体元件,没有引发故障问题的敏感部件,所以在高速公路隧道照明系统的使用过程中,应用性非常强,故障问题少,从而大大降低了高速公里隧道照明管理工作人员的工作量。
(五)没有频闪
LED照明灯结构简单,操作方便和快捷,因此,在开启的时候电压非常低,属于直流电源,在隧道照明过程中,不会发生频闪的现象,提高了车辆在隧道行驶的安全性。
(六)单色性单一
LED照明灯在高速公路隧道照明节能技术的普遍运用还要一个重要的原因是,LED照明灯的单色性好,非常单一,不会对照射物造成污染,使隧道照明更安全和高效。
二、高速公路中隧道LED照明节能技术的应用
我国隧道LED照明节能技术的普遍应用,与系统控制完美的结合,大大提高了隧道照明系统的工作效率,有效的保障了高速公路隧道行驶的安全。
(一)LED照明灯的选择
我国隧道LED照明节能技术中,对于LED照明灯的选择非常重要,它关系着整个隧道照明系统的正常运行和高速公路的正常运转。1、模块选择在进行LED照明灯的模块选择时,要根据隧道的具体情况和照明灯的安装要求来执行,选择高质量的模块,保证LED照明灯的正常使用和隧道照明的稳定性。2、结构选择我国LED技术的不断发展,使高速公路隧道照明变得更有效,一般情况下选择的都是白色灯源,与自然光相近的光度,以保障车辆在隧道行驶过程中的安全。
(二)操作模式
我国高速公路LED照明技能技术实行的是运用现代的高科技网络技术,采用计算机和控制器之间数据的传输,对隧道洞内和洞外的照明进行共同控制的系统控制操作模式。高速公路分为基本段和出入口段,在建设的过程中,对不同时间段和不同天气情况下洞内和洞外情况进行检测,根据施工前和施工后隧道洞内和洞外的亮度,隧道的长度来设计LED照明安装,选择质量高和最合适的LED照明灯,保证隧道LED照明安装工程的质量。LED照明节能技术与控制系统相结合,提高了高速公路隧道照明节能技术,保障了隧道照明的安全性、稳定性和高效性,以保证高速公路隧道车辆行驶的安全和运转不会受到车流量和速度的影响。高速公路隧道LED照明节能技术中,合理的设计和系统控制的有效结合,具有重要的经济价值,充分利用率LED照明的特点和优势,降低了电量耗损率;减少高速公路隧道照明管理工作人员和维修工作人员的工作量,从而保障高速公路的正常运转,提高高速公路运营的经济效益。
三、结束语
1、设计公路隧道前对交通量进行合理预测
合理预测交通量是公路隧道照明设计中的重要内容,在设计速度一样的前提条件下,设计交通量不同,最后得到公路隧道照明需求也是不一样。例如:公路隧道设计速度为90km/h,小交通量要比大交通量少用能源40%以上,公路隧道设计速度为65km/h时,小交通量要比大交通量少用能源50%以上,从上述也就不难看出,依据实际情况合理预测公路隧道交通量对公路隧道照明系统的优化设计具有积极作用。
2、依据实际情况,合理布设灯具位置
从普遍意义上来说,公路隧道基本照明方式可以分为三种:中间单排布灯、两侧对称布灯、两侧交错布灯等,不同的布设方式自然而然的所用灯具、检查维修程度也不一样,在查阅相关资料后得知:双侧布置灯具要比中间布置灯具其效率更高,而双侧交错布置要比双侧对称布置效率要更高。在布置设计过程中,要考虑到其高度问题,采用合理布灯方式又能够达到节能目的,还能够减少维修检查方面的费用,这是“低碳经济”的又一种体现。
3、在公路隧道中应用新型节能设备
纵观当前公路隧道照明设计整个领域,其大多都是采用路面亮度与长隧道取值相同的方式。倘若采用LED诱导灯,既能够节约建设成本也能够减少一些不必要的损耗。LED灯弥补了以往灯具清晰度差的缺点,站在驾驶员的角度出发能够降低驾驶员的心理压力,在保障公路隧道行车安全的基础上可以依据行车量降低LED灯的亮度,尤其是在夜间或者晴朗天气。
4、不定期对照明灯具进行维护
在实际中我们不难发现,公路隧道照明灯具开始使用时比较明亮,但是使用一段时间后衰减,造成其根本原因尘埃以及汽车油垢等多种因素降低了光的透射能力,如若长期没有对灯具进行检测维护,照明强度降低,为行车安全埋下隐患,因此不定期对照明灯具进行检测维护是非常重要的。
二、结语
关键词:道路照明;风光互补;ZigBee;智能控制
中图分类号:TP393 文献标志码:A 文章编号:2095-1302(2014)12-00-03
0 引 言
城市照明的迅速发展在改善城市环境、完善城市功能、提高市民的生活素质发挥重要作用的同时也加大了对能源的需求和消耗,加剧了城市供用电紧张。据中国照明学会统计,由于线路损耗、夜间超负荷运行等原因,城市道路照明的电能利用率不到65%,耗电总量占中国发电总量的2%左右,节能潜力巨大[1]。除此之外普通城市照明还存在监控管理方式落后,安全性能较低等问题。
我国提出的建设资源节约型社会的目标和发展循环经济的任务为上述问题的解决提供了很多思路。其中风力与太阳能互补路灯采用风能与太阳能为能源,无需开沟埋线,具有不受供电影响,不消耗常规电网能源,安装简便,绿色环保,无安全隐患等优点,是解决上述问题的一种重要解决方案,具有极高的社会效益、经济效益和环境效益。
为了保证路灯的正常使用,使路灯始终工作在最优状态,管理机构需要对路灯的实时工作状态进行监控管理。但是在目前通常风光互补路灯的设计中,为了简化布线,每个路灯均为一个独立的光伏系统[2]。图1所示,每套路灯均由太阳能电池板、风力发电机、路灯控制器、蓄电池组、路灯灯头以及架杆组成,各灯之间相互独立,没有线路连接,无法以传统布线的方式对风光互补路灯的进行监控和管理。
针对上述问题,论文引入物联网技术构建了一种基于ZigBee无线传感网络的风光互补路灯照明智能控制系统,通过在每一盏路灯的控制器安装ZigBee节点构建ZigBee无线传感网络,并在管理机构搭建路灯智能监控管理平台,将管理机构与每一杆路灯连接起来,最终实现管理机构(监管平台)对每一盏路灯的工作状况全方位的分布式自动/人工监视和控制,进而实现风光互补路灯照明工作状态的最优化管理。
图1 传统风光互补路灯系统结构
1 系统总体方案设计
基于ZigBee的道路照明智能控制系统主要由道路照明设施、ZigBee无线监控网络、数据通信网络、辅助决策系统、远程数据监控中心等几部分组成,其总体结构如图2所示。其中道路照明设施与ZigBee无线监控网络为一体化装置,其ZigBee无线监控网络由众多接入相应风光互补路灯智能控制器的无线传感节点自组网形成,因此ZigBee无线监控网络可以完成对网络内所有风光互补道路照明设施工作状态数据的实时采集,进而通过数据通信网络发送至数据监控中心,完成对路灯的无线远程状态监视;无线监控网络也可以向道路照明设施控制器发送从数据通信网络接收到的监控中心相关控制命令,从而完成对路灯的无线远程控制。
图2 道路照明智能控制系统组成结构
辅助决策系统主要由光照度采集传感器、GPS模块、温湿度传感器、风速风向传感器、雨雪传感器和网络摄像机组成,主要用作对相应区域内道路照明设施控制的决策依据。该系统可以实时的通过数据通信网络将辅助决策数据发送至数据监控中心,数据监控中心根据当前的气象状态数据向相应区域内的ZigBee无线监控网络发送控制命令,从而完成对路灯工作状态的控制。
2 智能控制系统硬件设计
2.1 智能路灯控制器
智能路灯控制器作完成了照明系统的发电控制、蓄电池供放电控制、路灯照明开闭及亮度控制等,是道路照明智能控制系统的核心部件,对道路照明系统的工作效率和稳定性起到决定性作用。考虑到论文设计的道路照明智能控制系统的光伏及风力发电的原理、蓄电池充放电工作原理、ZigBee无线传感网络工作方式和道路照明的实际需求,论文设计了如图3所示的风光互补路灯控制系统,包括了微处理器模块、发电设备发电/充电控制管理模块、蓄电池状态数据采集模块、电源控制管理模块、负载状态采集模块和负载输出驱动控制模块等,除此之外风力发电机、太阳能电池板、蓄电池组、LED路灯灯头和无线通信模块与控制器相连,最终与灯杆、灯架等设备组装后安装于道路两侧实现道路照明功能。
智能路灯控制器能够完成的具体功能包括:外界气象条件达到设备发电需求时,控制发电设备发电,在经过整流、恒压或升压后控制向蓄电池组充电或向LED灯头负载供电;对电池板和风机的电压、电流进行检测,通过MPPT算法追踪其最大输出功率点,使发电设备以最大输出功率为蓄电池充电;对蓄电池组进行监测控制,并控制完成过放电保护、过充电保护、短路保护、反接保护、极性保护和风机失速刹车等;控制节点自动接入路灯ZigBee无线监控网络,并通过网络发送当前节点的路灯系统工作状态数据,接收远程监控中心的控制命令,完成LED 灯头的开灯、关灯及亮度调节控制,太阳能电池板的朝向角度控制;对蓄电池剩余电量智能检测,并根据风机与太阳能板的预期发电效率调整放电时间及光源亮度,尽可能延长照明时间;在发电设备发电量无法满足LED 负载照明时,控制蓄电池放电,驱动照明。
图3 道路照明智能控制系统功能结构
其中控制器微处理器采用德州仪器推出的ZigBee新一代SOC芯片CC2530,支持 IEEE 802.15.4标准/ZigBee/ZigBee RF4CE和能源的应用,芯片内集成了ZigBee无线模块,结合了一个完全集成的,高性能的RF收发器与一个业界标准增强型8051MCU,8 KB的RAM, 32/64/128/256 KB闪存[3]。主要控制完成各个检测数据的采集、太阳跟踪算法的实现、步进电机的驱动以及相应的状态数据的发送和控制命令的接收等路灯控制器功能。
电力拖动模块采用的步进电机控制电池板在高度角和方位角上进行变化,并通过限位传感器判断电机的转动停止位置。并配置合适的蜗轮蜗杆减速机,由于蜗杆轴向力较大,机构具有自锁性,可实现反向自锁,即只能由蜗杆带动蜗轮,而不能由蜗轮带动蜗杆,防止电池板在大风天气下反向拖动步进电机。
2.2 ZigBee/GPRS网关
ZigBee/GPRS网关集成了ZigBee汇聚节点与GPRS网关模块(或直接接入有线Internet网络),主要作为ZigBee无线监控网络与远程监控中心的通信枢纽完成监控中心控制命令的下传和各路灯状态数据的上传等工作,其结构如图4所示。
图4 ZigBee/GPRS网关结构设计框图
ZigBee/GPRS网关主要是通过ZigBee无线网络接收太阳能板的旋转角度、发电电压和蓄电池充放电状态等数据,并通过GPRS网络将相关数据上传到远程监控中心,完成实时监控功能;或者通过ZigBee网络将远程控制数据广播到各路灯控制器节点,以完成相应的控制功能。
其中MCU+ZigBee模块同样采用新一代SOC芯片CC2530,E2PROM采用EEPROM24C系列存储芯片,按键与显示模块完成人机交互。GPRS模块采用HC-GPRS/232/T,该模块是GPRS透明传输终端,内置工业级GPRS模块,具有RS 232接口的工业设备无需更改任何软件即可通过GPRS无线联网,支持点对点、点对多通信。
3 智能控制系统功能设计
3.1 太阳自动追踪策略
由于地球自转和公转的影响,太阳的高度角和方位角会在一年四季内按照固定的规律发生变化,而太阳光在与太阳能电池板成垂直角度照射时,电池板接收光照强度最高,发电效率最好,因此论文以路灯套件中的电力拖动模块为基础设计了电池板的太阳追踪策略,构建太阳追踪系统,保证太阳能板工作时始终处于较高的发电效率状态[4]。考虑到实际应用需求,论文将太阳追踪策略分为如流程图3种工作状态:
(1)自动回位
在日落时,风光互补路灯主要依靠风机发电,若风机发电不足则依靠蓄电池组供电照明。此时需要太阳能电池板以限位传感器为基准旋转到初始垂直位置,等待次日的继续运转。
(2)自动控制模式
当远程监控中心通过布置于某区域的辅助决策系统监测到该区域当前的气象条件适合电池板正常发电时,通过ZigBee无线传感网络向该区域各路灯控制器控制器发送控制命令,使其切换至自动控制模式。
在自动控制模式下,各路灯控制器定时通过固化于其存储器中的自动控制策略根据当地的纬度、当前的日期时间和太阳运行规律公式计算出任意时刻的太阳高度方位角,然后通过二维极轴电力拖动模块,控制电池板旋转至相应的角度,实现高度角-方位角的全称追踪。
(3)远程控制模式
当远程监控中心通过某区域的辅助决策系统监测到该区域当前的气象条件(如阴雨天气等)无需电池板进行视日追踪时,通过ZigBee无线传感网络向该区域各路灯控制器控制器发送控制命令,使其切换至远程控制模式。
此时路灯控制器根据远程监控中心管理系统或管理人员发出的控制命令,使电池板旋转至相应的位置,并在气象条件无法满足电池板发电条件时使其开路停止发电。
3.2 ZigBee/GPRS网关的软件设计
ZigBee/GPRS网关的软件设计主要完成路灯ZigBee无线监控网络与公共网络之间的数据转换,在采用GPRS网络传输路灯状态数据时,为了减少GPRS数据流量,在路灯状态数据在一定范围内处于稳定状态时则不再实时上传数据,而改为查询方式,即只需要在上位机远程监控中心需要查看当时数据时,上传相关数据[5]。其软件流程如图5所示。
图5 ZigBee/GPRS网关的软件流程图
4 结 语
论文设计的基于ZigBee无线传感网络的风光互补路灯照明智能控制系统通过无线传感网络及相应的管理平台使城市照明管理机构对传统独立式安装的每一盏路灯的工作状况实现全方位的分布式自动/人工监视和控制,实现风光互补路灯照明工作状态的最优化管理,提高了道路照明的智能化程度。
参考文献
[1]梁云,贺新军,孙美凤. 新一代无线通信技术在城市照明智能监控网中的介绍[J]. 照明工程学报,2009(2):63-69.
[2]林闽,张艳红,修强,等. 风光互补路灯控制系统的设计[J]. 可再生能源,2011(6):146-149.
[3]章伟聪,俞新武,李忠成. 基于CC2530及ZigBee协议栈设计无线网络传感器节点[J]. 计算机系统应用,2011(7):184-187,120.
关键词:LED照明,光源,应用,现状,前景
LED发光二极管,也叫作光发射二极管(Light EmittingDiode,简写为LED)。是一种可将电能转变为光能的半导体发光器件,属于固态光源。它是利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中载流子发生复合,放出过剩能量而引起光子发射产生可见光。近年来随着LED芯片技术的提高、价格的降低以及相关驱动电路的成熟,使LED光源在照明领域的应用成为可能。尤其在目前全球范围能源紧张,中央政府大力提倡“节能降耗”的宏观环境下,大力推广LED照明必将产生重大的经济效益和社会效益。
1.LED光源的优点
LED的发光原理是利用半导体中的电子和电洞结合而发出光子,不同于白炽灯丝需要在3000度以上的高温下工作,也不必像荧光灯需使用高电压激发电子束,LED和一般的电子组件相同,只需要2~4伏特(V)的电压,在常温下就可以正常动作,因此其寿命也比传统光源来得更长,可达10万小时以上,被称为长寿灯。因LED光源工作电压低,所以安全可靠,人体接触无危险。
LED光效可达200lm/w,白炽灯的发光效率是8~15 lm/ W左右,普通T-8卤素荧光灯光效为40 lm/ W,相同照明效果比传统光源节能很多。免费论文参考网。并且LED还有毫秒级的通断时间,这也是一般传统光源无法达到的。
LED所发出的颜色,主要取决于电子与电洞结合所释放出来的能量高低,也就是由所用的半导体材料的能隙所决定。同一种材料的波长都很接近,因此每一颗LED的光色都很纯正,其光谱中无紫外线,故无热量,无辐射损失,不会形成光污染,是真正环保的绿色光源。
LED芯片大小可以根据用途而随意切割,常用的大小为0.3~1mm左右,跟传统的白炽灯或荧光灯相比,体积相对小得多。为了使用方便,LED通常都使用树脂包装,做成5mm左右的各种形状,十分坚固耐震。
LED光源方便管理,具有集中控制和分散控制或对点进行可调节性控制等多种方式。通过控制电流调光,不同光色组合以调色,加上控制电路以达到多种动态变化效果。
2.LED照明的应用现状
2003年6月,我国由科技部在“863”计划的支持下,在照明领域及时启动了“国家半导体照明工程”。免费论文参考网。2004年4月,科技部确定工作重点――发展新型照明行业,并确定福建厦门、上海、大连和江西南昌为首批四个国家半导体照明产业基地。通过“863”计划等科技计划的支持,我国已经初步形成从外延片生产、芯片制备、器件封装集成应用的比较完整的产业链。
在刚刚闭幕的2008年北京奥运会上,科技含量最高的场馆――“水立方”外表的绚丽色彩就是来源于LED照明,仅这一项,就比普通照明节电60%以上 。国家863计划重大科研课题“国家游泳中心半导体照明规模化系统集成技术研究”和北京市的“LED在国家游泳中心建筑物景观照明上的应用研究”两项科研课题,取得的一系列技术突破,为“水立方”的景观照明提供了坚实的科技支撑。“水立方”采用空腔内透光的照明方式,是目前世界上最大的膜结构建筑的LED景观照明方案。该方案采用单颗1W大功率LED光源,光源具有长寿命、易集成、快响应、利环保、高节能、光分布易于控制、色彩丰富等特点。
据相关报道,目前山东省潍坊市实施了大功率LED照明示范工程,利用自主开发的新型高效节能环保LED路灯,大规模推广应用城市绿色照明系统。已安装大功率LED路灯接近11000盏,在维持道路照度相同(或更优)并满足建设部道路照明标准的前提下显示了非常显著的节能效果,实测与高压钠灯相比节电69%,与金卤灯相比节电70%以上。LED路灯每天节电超过2.4万度,一年节电超过890万度,再加上减排的二氧化硫、二氧化碳和粉尘,社会和经济效益显著。
更多LED照明的相关资料表明,经过2004-2006年的导入期,中国现在已有多个城市正在大力实施LED城市景观与道路照明工程,以节能降耗面对日益严峻的全球能源紧缺形势。
3. LED照明的应用前景
目前,照明消耗约占整个电力消耗的20%,大大降低照明用电是节省能源的重要途径。LED正以其固有的优越性吸引着世界的目光。免费论文参考网。 美国,日本等国家及台湾地区对LED照明效益进行了预测,美国55%的白炽灯、日光灯被LED取代,每年可节省350亿美元电费,每年可减少7.55亿吨二氧化碳排放量。日本100%的白炽灯换成LED,可减少1-2座核电站发电量,每年可节省10亿公升以上原油消耗。台湾地区25%的白炽灯及100%日光灯被LED取代,每年可节省110亿度电。
举世瞩目的2008年北京奥运会和2010年上海世博会都不约而同地以围绕绿色节能为主题,这给中国LED照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。据国内知名研究公司驰昂咨询(Sinotes)近日的预测,在奥运、世博的强力带动下,中国LED照明市场规模将从2007年的48.5亿元快速增长至2010年的98.1亿元。
在全球能源短缺、环保要求不断提高的情况下,凭借LED照明技术的亮度高、使用寿命长、节能、绿色环保等显著优势,伴随LED技术的飞速发展,使LED成为普通照明光源的时日越来越近,必将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后新的照明革命。
参考文献
[1]国家半导体照明工程研发及产业联盟推荐性技术规范 LB/T001―2008
[2]《中国半导体照明产业发展年鉴2006》
[3]《中国半导体照明产业发展报告2005》
照明是涉及多种学科和多种技术领域的综合性工程技术,人的视觉特性和视觉认知决定了对照明的量和质的需求,不但要考虑半导体技术和其他科学技术领域的集成创新,还要考虑和关注美学、艺术、哲学、人体工效学、生理学和心理学等学科领域的科学性问题,综合集成来满足人们对日益增长的对生活质量的追求。目前的状况是没有一个权威、一所大学、一个科研机构或一个企业能全面了解照明科技的内涵,因此,照明是一个更应以人为本、贯彻科学发展观、集成技术创新的科技领域,从科学发展的视角,我们仅列出一些有争议、概念模糊和需要研究探讨的问题,供大家研讨。
城市道路照明是“十城万盏”的主要应用方向吗?
高压钠灯在城市道路照明三十多年的发展历程中已是成熟的高效光源,改进的有高显色性高压钠灯,新光源除LED外还有PHILIPS低色温陶瓷金卤灯和无极灯等。大部分专业人士观点和试验表明:LED在发光效率、稳定性、可靠性、耐热性、色温、配光、可维护性、性价比等方面不如以上光源,目前LED路灯的整体水平达不到主干道照明的“城市道路照明设计标准”。用LED路灯改造主干道或支路的主要问题有:一是稳定性差,维修和更换频率高;二是总光通量不足,达不到“城市道路照明设计标准”要求;三是市民反映多,特别是郊区或农民反映大,他们说城里的路灯换了一茬又一茬,从亮的又换成不亮的,我们什么时候能装上路灯就好了。
根据目前LED路灯的技术水平,主要用于8米以下的支路、辅道、步行道、居民区道路,用于农村城镇化、城市郊区新建道路,用太阳能光伏或风光互补发电和LED组合的路灯照明系统,这样用纳税人的钱办社会和谐的事,又能节能降耗。
LED道路照明用照度指标评价还是用亮度指标评价?
现在每年有关LED道路照明的论文或演讲数以千计,会议频繁,应接不暇,其中不乏大腕专家或大企业总工程师,他们对驾驶员的视觉作业特点,人的视觉功能和视觉信息的了解甚少,大部分的论文或演讲都用路面照度、路面平均照度、照度均匀度等指标评价LED路灯或LED道路照明设计,而发达国家自80年代以来就开始采用“亮度标准”,中国建筑科学研究院李铁楠研究员在他的著作《城市道路照明设计》和多次演讲中都强调“根据视觉作业来选择照明标准”;“道路照明的评价指标(包括视觉功能性和舒适性两个方面):路面平均亮度、路面亮度总均匀度、路面亮度纵向均匀度、失能眩光(阈值增量)、环境比、诱导性等”,这些指标已列入:“城市道路照明设计标准CJJ45-2006”中,其目的是照明要提供尽可能明亮的路面,在相对明亮的背景下,看得见物体的剪影或来自高反射物体的反射光,只有在某些特殊情况下,无法用亮度指标来评价道路照明时采用照度指标。同济大学建筑与城市规划院邹吉平、李丽等,在《重视道路和隧道照明中亮度与照度的关系》(照明工程学报08,2009)文中,对国内外隧道灯测试比对,照度相同,而进口隧道灯的亮度比国产灯高80%。我们有些搞“十城万盏”的专家分不清发光强度、亮度、照度、光通量的概念中哪些是是客观量,哪些是与人眼有关的主观量;90%的专业书刊将发光强度定义为:“光源在给定方向上单位立体角内发射的光通量”;把亮度与照度简单的用比例关系换算,甚至把亮度误认为照度,在标准中也采用路面照度均匀度来表征LED路灯的发光强度。这些不科学的问题也是导致我们的LED路灯不成熟的原因之一,科学发展LED路灯任重道远,有很长的路要走,不能急功近利。
道路照明要用中问视觉光谱光视效率函数修正吗?
由于人眼椎体细胞和杆体细胞对不同亮度和光谱的敏感度不同,平均人眼在亮度大于3cd/时,椎体细胞起作用,称为明视觉,人眼的椎体细胞对555nm波长的光视效率可达683lm/w。在亮度小于0.001cd/时杆体细胞起作用,称为暗视觉,人眼杆体细胞对507nm波长最敏感,其光视效率可达1725lm/w,而亮度范围在0.001―3 cd/之间称为中间视觉。我国城市道路照明设计标准中规定机动车路面平均亮度在0.5 cd/-2 cd/之间。处于中间视觉范围,因此有许多人提出LED偏蓝光成分多,人眼敏感度提高,Led路灯的光效要乘1.6倍,而钠光灯发黄光,人眼不敏感,钠光灯光效要乘0.64,这样计算效修正LED的光效就比钠光灯高了,实测结果是我国大部分城市机动车主干道的照明都超过国家标准,都在明视觉范围,再加上车灯的亮度叠加,都大于3cd/,即使是0.1cd/,相当于无路灯照明的月光下,与3cd/只差一个数量级,光谱光视觉效率函数曲线移动很少,因此即使国际上每年有许多讨论中间视觉的论文,也没有结论要用中间视觉光谱光视效率函数修正道路照明光源的发光效率,即使是较暗的照明条件下,提高了光源的显色性,人的主观感觉辉度也仅能提高20%―30%,不可能成倍的提高。
LED路灯能带动当地LED产业能做大做强吗?
现在各地政府都以高新技术、新兴产业;转变增长方式、调整产业结构的方向;节能减排、环保减碳等名义,大上LED路灯,企业忽悠政府,政府又忽悠企业,认为给几条路做LED示范工程就能扶持一个产业起来。
正如厦门2005年大搞LED夜景工程一样,从2005到2007年先后有24家企业参加厦门夜景工程建设,后来又推广到全省,厦门的主要骨干企业也参加了,当时除了美化城市、繁荣经济外,主要是通过夜景工程扶持本地产业,做大做强,经过近5年的发展,至今还剩少数几家企业做LED景观灯,没有一家企业产值过亿元,以此为鉴,许多城市想给几条路灯做LED工程就能扶持一个产业起来是太理想化了,LED路灯已被炒作为过度投资过度竞争的高风险行业,现在做LED路灯的企业大部分都很可能成为先烈。