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高杆灯国际标准CIE与IESNA的差异分析与比较

发布时间:2022-01-15 20:16:47

 小编讲述:对于高杆灯的理解:
一高杆灯定性比较
根据CIE和IESNA道路照明设计标准的内容,可以得出结论,两个标准之间机动车道照明灯具设计标准的差异主要体现在以下三点:
1.是评价指标的选择。CIE主要通过亮度指标来评价,包括阈值增量Ti和环境比Sr;IESNA使用三个指标,即照度指数、亮度指数和小目标可见度指数STV,其中照度指数和亮度指数包括光幕亮度比指数来评估眩光。
2、是评价指标的计算方法。主要区别体现在亮度指数的计算上。CIE规定每条车道只有一名观察员,并固定在计算区域起始位置后60米处,以观察灯具循环中所有矩阵点的亮度;IESNA规定,计算区域内的每一行矩阵点都有一个观察者,每个观察者总是在矩阵行方向前83米处观察矩阵点的亮度,这意味着IESNA标准中的观察者不仅在垂直于车道方向的方向上进行横向移动,而且在平行于车道的方向上进行纵向移动。
3.评价指标的定义和指标的规定值。对于平均亮度、总亮度均匀性和纵向亮度均匀性,CIE和IESNA在其定义中完全是互惠关系,并且在数值上,由同一指数指定的CIE标准明显高于IESNA标准。IESNA的平均亮度为CIE的60%,亮度均匀性为CIE要求的82%。
2、路灯的定量比较
为了定量分析两个标准在路灯亮度计算方法上的差异,选取飞利浦公司的5个典型道路照明灯具,计算了20个灯具与道路的组合,其中道路采用四车道,三种不同宽度的灯具安装方式,得到了CIE标准法和IESNA标准法在每种组合下亮度指数的差异。在图5中,横坐标表示20种不同灯具和车道宽度的组合,纵坐标表示通过CIE和IESNA定义的亮度计算方法获得的平均亮度、总亮度均匀性和纵向亮度均匀性数值差的相对值。使用两种标准计算方法,平均亮度值和亮度纵向均匀性值之间的总体差异很小。IESNA计算方法得到的亮度纵向均匀性一般略大于CIE方法得到的亮度纵向均匀性,总亮度均匀性值明显大于CIE计算方法得到的亮度纵向均匀性值。这意味着与CIE标准方法相比,使用IESNA标准方法设计灯具布局更容易在低能耗条件下满足标准要求。
3、不同标准下路灯能耗的定量比较分析
由于道路照明标准的计算方法和规定值不同,导致路灯安装参数不同,会影响不同的能耗,优化方法用于在上述20种组合方式的不同标准指导下,对灯具的安装条件进行优化。为统一起见,两种标准中的道路照明优化设计指标均采用亮度指数,并考虑眩光评价指数。当从不同标准优化设计时,可以获得不同的灯具安装间距S。结合不同灯具的功率W,得出△在这两类标准的指导下,可以得到同一道路的能耗e。在优化设计中,假设每个组合下安装路灯所需的道路长度为1000m。根据优化计算结果,得出两种标准下每种组合所需的单面灯数量,如图6所示。能耗差异用CIE和IESNA标准优化下的能耗差异与CIE标准优化后的能耗之比表示,结果以百分比表示。
使用IESNA的标准规定和计算方法,在相同组合下使用的单面灯数量n远小于CIE标准。采用IESNA标准中亮度的计算方法和规定。与CIE标准设计相比,最小节能率在10%以上,最大节能率接近30%。以一个城市的城市道路和公路为5×104km,在满足各自指标要求的前提下,两者能耗相差较大。
为了与目前主流节能方法之一的灯具更换节能效果进行比较,本文以一条1000m双向对称灯具的三车道高速公路为例,并在同一道路照明设计标准(以CIE标准为例)下,采用飞利浦公司的LIMfortimoLED灯替代hpl-n80w高压钠灯,通过道路照明分布的优化设计,得到满足指标要求时所使用的每盏灯的数量和能耗,如图9所示。对于本节,由于路灯的光通量较小,直接用LED灯代替钠灯所需的灯具数量将增加25%,以满足相同的照明要求。然而,由于LED灯的功率远小于高压钠灯,因此能耗可降低58.3%。
4、同一标准安装条件下两种路灯的灯具数量和能耗
如果进一步考虑不同道路照明标准对节能的影响,该LimfortimoLED灯针对三车道路段采用IESNA标准的道路照明分布进行了优化。如图10所示,将获得的灯具数量和能耗与先前高压钠灯的结果进行比较。与同一标准下更换单个灯具相比,在优化IESNA标准LED灯具布局时,CIE标准下使用的灯具数量和高压钠灯数量减少6.2%,能耗可进一步降低68.8%。在IESNA标准的指导下,与CIE标准相比,与之前采用相同标准直接更换相比,使用的LED灯具数量减少,因此灯具更换成本节约24.8%,LED照明能耗降低25%。
5、不同标准安装条件下的灯具数量和两个灯具的能耗
可以看出,使用IESNA道路照明设计标准优化道路照明分布通常比CIE标准带来的能耗更低。结合以高效LED路灯取代传统照明灯具的节能方法,将节能方式从纯工程节能提升到标准节能,实现节能最大化。
6、可贷性
标准研究的目的是根据实际情况,在确保行车安全与节能环保之间找到最佳平衡。我国现行道路照明设计标准cjj-2006同时采用照度、亮度、眩光阈值增量、环境比等照明评价指标。在计算方法和指标值方面,主要参考CIE标准的计算方法和指标值,更多考虑行车安全问题。
通过对CIE和IESNA的定量计算和分析,可以看出它们在评价指标、计算方法和指标值上存在一定差异,CIE的指标要求略高于IESNA。因此,在使用这两个标准进行道路照明设计时,在相同情况下,基于CIE获得的路灯照明效果略优于IESNA标准,更有利于保证行车安全;在相同情况下,基于IESNA标准的灯具布局优化所需的灯具数量明显少于CIE标准,即在IESNA标准指导下安装的道路照明灯具的能耗至少可以比CIE标准低10%,更有利于节能减排和防止光污染。
以上路灯的定量比较只是一个理论计算结果,需要进一步深入研究。因此,建议今后适当考虑道路照明设计标准的改进和修订。由于中国地域辽阔,城市差异大,不适合一刀切,因此标准研究是否可以区别对待:对于一些地域辽阔、人口稀少的地区,如西部边疆,我们可以尝试使用IEESNA标准的方法来定义和确定指标值;但是,对于人口相对密集和路灯复杂的地区,如中部和东部地区,必须实施CIE标准,以确保高照明水平。
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