發(fā)布時(shí)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(jì)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(biāo)下,江寧區(qū)政府設(shè)立“村村亮”項(xiàng)目,既保證居民的夜間出行安全,又有利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展,是一項(xiàng)一舉多得的惠民項(xiàng)目。
圖1 道路實(shí)景
Fig.1 Road site photos
本項(xiàng)目共涉及567個(gè)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(yùn)行中需要持續(xù)投入高額的電費(fèi)支出,并產(chǎn)生大量的碳排放,增加能源耗費(fèi),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(xiàng)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(jì)算(圖2)。通過對江寧自然村道路進(jìn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 45—2015)對于支路照明的照度標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合本區(qū)域道路實(shí)際狀況、規(guī)劃部門相關(guān)意見,確定路面平均照度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 lx,均勻度為0.3。因夜間行駛多為行人及非機(jī)動(dòng)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(jì)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(jì)算公式
(1)
推導(dǎo)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(hù)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(jì)算
Fig.3 Calculation of coefficient of utilization
本項(xiàng)目道路類型多,在項(xiàng)目實(shí)施中無法細(xì)化到單條道路的設(shè)計(jì),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(xiàng)目的投資情況,在對道路進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)為10 lx,均勻度0.3,維護(hù)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(biāo)準(zhǔn)為10 lx,均勻度0.3,維護(hù)系數(shù)為0.9。
確定以上模型有兩個(gè)目的,一為保證多數(shù)道路照明符合本項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算結(jié)果,本項(xiàng)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(jì)算軟件對均勻度及眩光限制閾值進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果符合設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(gè)連續(xù)陰雨天的最短間距為3 d。
表1 南京市氣象統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(2016年)
Table 1 Meteorological statistics of Nanjing(2016)
太陽能路燈日平均點(diǎn)亮?xí)r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(jì)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(shí)間;d3為兩個(gè)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(shí)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(jì)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(shí)段負(fù)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?yàn)椋翰键c(diǎn)→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(diǎn)。首先根據(jù)施工要求測量防線確定路燈安裝位置,確認(rèn)無誤后按照基礎(chǔ)圖紙進(jìn)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(yù)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(shí),同時(shí)不斷校正預(yù)埋件使其處在中心位置。澆筑完畢后,對基礎(chǔ)外觀進(jìn)行修正,保證成品達(dá)到要求。最后按照規(guī)定進(jìn)行7 d養(yǎng)護(hù)工作。
第三步:燈桿安裝。在安裝之前,準(zhǔn)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(jì)數(shù)據(jù)調(diào)整好太陽能板的仰角及方向。立桿時(shí),嚴(yán)格按照立桿順序和要求進(jìn)行操作。最后對安裝完畢的燈桿進(jìn)行校正。
第四步:調(diào)試。路燈安裝到位后,進(jìn)行調(diào)試工作。對亮燈時(shí)間、路面照度、路燈各部件是否正常等進(jìn)行檢測和調(diào)試。同時(shí),對路燈的配置及位置進(jìn)行記錄。最后,整理好各類施工材料,進(jìn)行上報(bào)驗(yàn)收。
圖5 路燈施工照片
Fig.5 Street lamps construction site photos
為了便于后期運(yùn)營維護(hù),本項(xiàng)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(bào)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(xiàng)目注重經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的統(tǒng)一,根據(jù)計(jì)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(xiàng)目的實(shí)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(xiàn)。
表2 高壓鈉燈的經(jīng)濟(jì)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(gè)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(jì)與管理方面的諸多問題與難點(diǎn),但是太陽能LED路燈為鄉(xiāng)村道路照明提供了一個(gè)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(jì)合理的方案,保證投資的經(jīng)濟(jì)性,產(chǎn)品的適用性。在項(xiàng)目實(shí)施之前需要多進(jìn)行調(diào)研工作,根據(jù)所在地區(qū)的需求、經(jīng)濟(jì)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(xiàng)目實(shí)施后期燈具的維護(hù)工作量也較大,可采用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)手段對路燈進(jìn)行管理,可有效減少維護(hù)成本,提高工作效率。
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