發(fā)布時間：2018/12/1 16:58:46 來源：本站
江寧區(qū)位于江蘇省南京市，原自然村道路基本無夜間照明系統(tǒng)，不利于夜間出行安全，并且落后的基礎(chǔ)設(shè)施影響經(jīng)濟的發(fā)展建設(shè)，在美麗鄉(xiāng)村、新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展目標下，江寧區(qū)政府設(shè)立“村村亮”項目，既保證居民的夜間出行安全，又有利于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，是一項一舉多得的惠民項目。
圖1 道路實景
Fig.1 Road site photos
本項目共涉及567個自然村，自然村地理位置分散，道路狀況各異(圖1)，如果采用傳統(tǒng)的普通路燈照明，需要埋地敷設(shè)電纜，設(shè)置專門供電電路，工程量大，資金投入高。普通路燈照明采用商業(yè)供電，后期運行中需要持續(xù)投入高額的電費支出，并產(chǎn)生大量的碳排放，增加能源耗費，與綠色低碳的發(fā)展理念背道而馳，綜合考慮以上各種因素，本項目采用太陽能LED路燈照明系統(tǒng)，只需要初期一次性投入，節(jié)省投資成本，充分利用太陽能資源，有效降低對電力資源的消耗，減少碳排放。
1)平均照度的計算(圖2)。通過對江寧自然村道路進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，道路以水泥路面居多，道路寬度普遍在3～8 m之間。參照《城市道路照明設(shè)計標準》(CJJ 45—2015)對于支路照明的照度標準，并結(jié)合本區(qū)域道路實際狀況、規(guī)劃部門相關(guān)意見，確定路面平均照度設(shè)計標準為10 lx，均勻度為0.3。因夜間行駛多為行人及非機動車，眩光限制閾值增量(TI)最大初始值為20。道路周邊多為農(nóng)田，對環(huán)境比(SR)不做要求。
圖2 道路照度計算區(qū)域
Fig.2 Lighting calculation area
根據(jù)道路照明求平均照度“利用系數(shù)法”計算公式
(1)
推導得到
(2)
式中U為利用系數(shù)，根據(jù)燈具的安裝高度、懸臂長度和仰角以及道路的寬度，從燈具利用系數(shù)曲線圖中查得；Φ為燈具光通量；K為維護系數(shù)；N為燈具排布方式，單側(cè)布置取值為1；W為道路寬度；S為燈桿間距。
2) 燈具利用系數(shù)的確定。路燈的利用系數(shù)曲線是以燈垂直于路面的垂線為界，一側(cè)為屋邊，另一側(cè)為路邊。利用系數(shù)的變化按照路寬W 與燈的安裝高度h之比給出相關(guān)曲線值，路面的總利用系數(shù)U可按照利用系數(shù)曲線圖(圖3)求出。
圖3 利用系數(shù)的計算
Fig.3 Calculation of coefficient of utilization
本項目道路類型多，在項目實施中無法細化到單條道路的設(shè)計，故根據(jù)規(guī)劃部門、路燈管理部門、供貨單位的意見，并結(jié)合本項目的投資情況，在對道路進行調(diào)研后，初步制作如下道路模型：
①路寬≤7 m：采用6 m路燈燈桿，燈具仰角10°，懸挑長度1 m，燈桿間距30 m，平均照度標準為10 lx，均勻度0.3，維護系數(shù)為0.9。
②路寬>7 m：采用8 m路燈燈桿，燈具仰角10°，懸挑長度1.5 m，燈桿間距30 m，平均照度標準為10 lx，均勻度0.3，維護系數(shù)為0.9。
確定以上模型有兩個目的，一為保證多數(shù)道路照明符合本項目設(shè)計要求，二為盡量做到產(chǎn)品規(guī)格的統(tǒng)一，減少投資及管理成本。
模型1中，根據(jù)圖3計算出路燈距高比為Wa/h=0.17，Wb/h=1。
考慮到道路寬度及路燈間距，道路路燈采用“蝙蝠翼”TYPE Ⅱ類型的配光，圖4為通過分布光度計測得的利用系數(shù)曲線圖，根據(jù)利用系數(shù)曲線確定U1=0.08，U2=0.58，U=0.66。
圖4 燈具利用系數(shù)曲線
Fig.4 Streetlight coefficient of utilization curve
根據(jù)式(2)有
即需要采用光通量為3 535 lm的LED路燈才能滿足平均照度為10 lx的需求，燈具采用光源的平均光效為120 lm/W，P=29.46 W。根據(jù)以上計算結(jié)果，本項目7 m以下道路采用30 W太陽能路燈。
在確定燈具規(guī)格后，通過照明計算軟件對均勻度及眩光限制閾值進行計算，結(jié)果符合設(shè)計要求。
江寧區(qū)地理位置位于北緯31.84°，東經(jīng)118.77°，四季變化分明，冬夏溫差較大。降水豐富，根據(jù)2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表1)，年平均降雨139 d，降水豐富，常有暴雨，濕度大，氣壓低，日照少。2016年年日照總時數(shù)為2 010.8 h，日平均日照5.5 h，最長連續(xù)陰雨天數(shù)為7 d，兩個連續(xù)陰雨天的最短間距為3 d。
表1 南京市氣象統(tǒng)計數(shù)據(jù)(2016年)
Table 1 Meteorological statistics of Nanjing(2016)
太陽能路燈日平均點亮時間為8 h，采用前4 h全亮，后4 h半亮模式，太陽能板及蓄電池規(guī)格計算公式為
(3)
(4)
式中Pb為太陽能板功率；Wd為路燈日功耗；d1為最長陰雨天；d2為日光照時間；d3為兩個陰雨天之間最短間隔；μ1為蓄電池充放電效率，一般取95%；μ2為逆變器效率，一般取94%；Ah為蓄電池容量；V為蓄電池電壓；K1為安全系數(shù)，一般取1.2；K2為溫度系數(shù)，一般在0 ℃以上取1，0～10 ℃時取1.1，-10 ℃以下取1.3；K3為放電深度，一般取75%。
根據(jù)式(3)、式(4)，計算得到Pb=120 W，Ah=178 A·h。即太陽能板規(guī)格為120 W，蓄電池容量為180 A·h，額定電壓12 V。路燈控制器選擇12 V/24 V自適應(yīng)，多時段負載控制。
太陽能路燈主要由燈桿及地籠、燈具、太陽能電池板、蓄電池、控制器等組件組成，主要施工順序為：布點→澆筑混凝土→燈桿安裝→調(diào)試(部分施工圖見圖5)。
第一步：布點。首先根據(jù)施工要求測量防線確定路燈安裝位置，確認無誤后按照基礎(chǔ)圖紙進行開挖工作，基礎(chǔ)開挖合格后將地籠和蓄電池放入相應(yīng)基坑內(nèi)，并預留管線。
第二步：澆筑混凝土。采用C25商品混凝土從基礎(chǔ)四周均勻澆筑并搗實，同時不斷校正預埋件使其處在中心位置。澆筑完畢后，對基礎(chǔ)外觀進行修正，保證成品達到要求。最后按照規(guī)定進行7 d養(yǎng)護工作。
第三步：燈桿安裝。在安裝之前，準備好安裝材料和工具，將路燈各部件組裝好，并根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)調(diào)整好太陽能板的仰角及方向。立桿時，嚴格按照立桿順序和要求進行操作。最后對安裝完畢的燈桿進行校正。
第四步：調(diào)試。路燈安裝到位后，進行調(diào)試工作。對亮燈時間、路面照度、路燈各部件是否正常等進行檢測和調(diào)試。同時，對路燈的配置及位置進行記錄。最后，整理好各類施工材料，進行上報驗收。
圖5 路燈施工照片
Fig.5 Street lamps construction site photos
為了便于后期運營維護，本項目路燈數(shù)據(jù)全部制作成圖形化信息管理系統(tǒng)(圖6)，如果路燈在使用過程中發(fā)生故障，在接到報修電話之后可以迅速確定故障路燈具體規(guī)格參數(shù)、地理位置，方便檢修人員快速處理故障，節(jié)省管理成本，提升工作效率。
圖6 太陽能路燈地理信息圖
Fig.6 Geographic information map of street lamps
本項目注重經(jīng)濟效益與社會效益的統(tǒng)一，根據(jù)計算，如果采用高壓鈉燈照明，需要單燈功率為70 W(表2)；而通過本項目的實施后，不再需要消耗市電，即每年可節(jié)電3 474 332.80 kW·h，對該區(qū)域的節(jié)能減排將有一定的貢獻。
表2 高壓鈉燈的經(jīng)濟效益
Table 2 Economic benefits analysis of HPS
隨著“美麗鄉(xiāng)村”和“新農(nóng)村建設(shè)”的發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將迎來一個新的發(fā)展階段，在鄉(xiāng)村道路照明方面，采用傳統(tǒng)路燈照明方式存在著經(jīng)濟與管理方面的諸多問題與難點，但是太陽能LED路燈為鄉(xiāng)村道路照明提供了一個很好的應(yīng)用方案。在推廣太陽能LED路燈的過程中，由于太陽能板對光照、蓄電池對溫度的特性較敏感，需要對農(nóng)村道路狀況因地制宜，設(shè)計合理的方案，保證投資的經(jīng)濟性，產(chǎn)品的適用性。在項目實施之前需要多進行調(diào)研工作，根據(jù)所在地區(qū)的需求、經(jīng)濟發(fā)展程度，設(shè)置合理的照度和路燈布置方式。另外，農(nóng)村地區(qū)范圍遼闊，項目實施后期燈具的維護工作量也較大，可采用計算機信息技術(shù)手段對路燈進行管理，可有效減少維護成本，提高工作效率。
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