城市道路照明基本理论与计算培训讲义(编辑修改稿)

城市道路照明基本理论与计算培训讲义(编辑修改稿)内容摘要：

上的 平行于路轴的垂直平面 垂直于路轴的垂直平面 主圆锥表面上的 光强分布曲线 上的光强分布曲线 上的光强分布曲线 光强分布曲线 索恩 Civic2的光强分布曲线图 GE（ ）的光强分布曲线和利用系 数曲线图 3）等光强（曲线）图 等光强（曲线）图可以表示灯具在空间各个方向上的光强分布状况。 天顶等面积网等光强图 道路照明基本理论与计算 13 注意：需要考虑灯具仰角的不同，若仰角为 0176。 ，则可以直接读数（或内插）；若仰角不是 0176。 ，则需要用透明图的办法读取数值。 （顺时针旋转） —— 坐标系变换。 （ 2）直接由光强表读取数值（可以用计算机计算）。 计算路面上任意一点的照度的另外一种方法是使用等照度曲线图，实际上计算的过程就是读图的过程。 （在等照度曲线图上标出 P点的位置，考虑 3个灯具） 路面平均照度计算 （ 1）根据点照度计算数值计算（按照测量的布点方法） 计算式： ni iav nEE 1 / 式中： Eav—— 路面平均照度； Ei—— 第个计算点上的照度； n—— 计算点的总数。 （ 2）按照利用系数曲线图进行计算 —— 目前使用比较多的一种计算方法 计算公式： wsMEav  式中：η —— 利用系数。 根据道路的宽度和灯具的安装高度、悬挑长度和仰角，从灯具的利用系数曲线图中查得（方法后面举例说明）； M—— 维护系数，随灯具的密封程度、使用环境条件及维护状 况的不同而不同，一般为 —— 建议按《道路照明指南》的方法确定数值；（例题中介绍） Φ —— 光源光通量； w—— 路面宽度； s—— 灯间距。 照度均匀度计算 照度均匀度 g=Emin/Eav，有时还需要考察 Emin和 Emax的比值。 （ 1）如果是采用的点照度计算的方法，则 Eav、 Emin和 Emax都是现成的，易于计算。 （ 2）如果是采用的利用系数法计算的 Eav，那么此时 Emin和 Emax是不知道的，而手工计算许多点的照度值，然后在从中选出最大值和最小值是不现实的，下面介绍简单确定最大值和最小值所在位置的方法。 1）最大照度值点，一般情况下，灯具的光强分布满足不等式 I0≥ Iγ cos3γ（其中 I0为灯具垂直向下光强， Iγ 为高度角等于γ方向上的光强），则最大照度点通常就在灯下；若在某一垂直截面上出现I0＜ Iγ cos3γ，则可以预计最大照度值就在这个平面附近，且这种情况很少出现。 一般我们就认为最大照度值在灯下。 ①、②、③为灯具的位置； A、 B、 C 为最小照度值点可能出现的位 置 最小照度值点可能出现的位置图 2）最小照度值点， 需要计算图中 A、 B、 C各点的照度值后确定。 （还是需要按照前面所述的点照度的计算方法，通过等光强曲线图、光强表或等照度曲线图进行计算，一个繁琐的过程）。 道路照明基本理论与计算 14 照度计算举例 例一、 一条单幅道路，路宽 w=10m，采用单侧布灯，灯具安装高度 h=10m，灯杆间距 s=20m，灯具仰角为 0176。 提供灯具仰角为 0176。 时的相对等照度曲线图，采用 NG250 高压钠灯光源（光通量 22500lm，求图中 P点 的照度。 道路几何尺寸、灯具布置和计算点的位置图 解：（ 1）确定自灯具排列线到 P点的横向距离（以安装高度的倍数表示）： d=6m=6/10= 在等照度曲线图上画一条与纵轴平行、距灯具排列线（ 0线）为 A— A。 （ 2）确定每个灯具到计算点 P的纵向距离（以安装高度的倍数表示）： L1到 P l1=25m=25/10 h= L2到 P l2=5m=5/10 h= L3到 P l3=15m=15/10 h= 沿 A— A线，根据计算所得的各个灯具到 P点 的纵向距离 ll l3，标出 P点相对于各个灯具的位置 L L L3。 （注意图中的位置标出是不严密的，如果灯具配光是完全对称可以按图中的标出，否则应严格按照 P点与各个灯具的相对位置标出）。 （ 3）读出在这 3个点上的相对照度值，计算 P点上的总照度： 灯具仰角为 0176。 时的相对等照度曲线图 EL1=Emax 3%（大约）， EL2=Emax 53%（大约）， EL3=Emax 13%（大约） EP=EL1+EL2+EL3=Emax 69%，其它灯具对 P点照度的贡献忽略不计。 按照图中的计算公式 Emax = /h2= 22500/102= 则 EP= =29lx 例二、 一条单幅道路，路面宽度为 15m，采用左侧单 排布灯方式，安装高度 12m，灯间距 36m，悬 挑长度 2m，仰角 5176。 ，提供所采用灯具的仰角 为 5176。 时的利用系数曲线图，采用 NG250高压 钠灯光源，光通量为 22500lm，维护系数假定 按。 要求①左侧半宽路面的平均照 度；②右侧半宽路面的平均照度；③整个路面 的平均照度。 所采用灯具的仰角为 5176。 时 的利用系数曲 道路几何尺寸、灯具布置图 解（ 1）求左侧半宽路面的平均照度 人行道侧 w/h=2/12= 查图得η 1=； 车行道侧 w/h= 道路照明基本理论与计算 15 总利用系数η 总 =η 1+η 2=+=； Eav=wsM总= 22 50  = （ 2）求右侧半宽路面的平均照度 车行道侧 w/h=13/12= 查图得η 1=； 车行道侧 w/h=总利用系数η 总 =η 1－η 2=0. 35－ =； Eav=wsM总= 22 50 = （ 3）求整个路面的平均照度 人行道侧 w/h=2/12= 查图得η 1=； 车行道侧 w/h=13/12= 查图得η 2= 总利用系数η 总 =η 1+η 2=+=； Eav= wsM总 = 3615 22 50   = 或 Eav=(+)/2= 由本计算示例可以看出，装灯一侧的平均照度比未装灯一侧的平均照度要高很多，均匀度比较差。 例三、 假定有一条混合交通的单幅道路，柏油路面，宽度 12m，假定拟采用灯具的等光强曲线图和利用系数曲线图如提供 所示，并且应采用高压钠灯。 路面照度需要达到主干路的水平，请进行道路照明设计和计算。 拟采用灯具的等光强曲线图 拟采用灯具的利用系数曲线图 解： 道路照明设计 1）根据《城市道路照明设计标准》（老版），主干路要求维持平均照度水平达到 15lx。 2）因路面宽度仅为 12m，考虑采用单侧布灯的设置方式。 3）该灯具的最大光强角在γ =50176。 附近（小于 65176。 ），而且在 80176。 和 90176。 角的光强值大约分别为 10cd（小于 30cd）和 4cd（小于 10cd），符合截光型灯具要求，应按截光型灯具确定安装高度（ h）和道路的有效宽度（ weff）以及灯间距（ S）与安装高度（ h）的关系（ h≥ weff， S≤ 3h）。 4）因采用单侧布灯，为保证路面有较好的照度均匀度，需要有一定的悬挑，结合灯型考虑选择悬挑长度 O=2m，则有 安装高度 h=weff=12－ 2=10m 间距 s =3 10=30m 仰角θ =0176。 、或 5176。 、 10176。 、 15176。 待进行计算以后再予确定。 道路照明计算 （ 1）路面平均照度计算 1）由利用系数曲线图查利用系数η 人行道侧 w1=2m， 则 w1/h=；车行道侧 w2=10m，则 w2/h=1 若仰角为 0176。 时，可查得η 1=（约），η 2=（约）；则η 0176。 =+=。 若仰角为 5176。 时，可查得η 1=（约），η 2=（约）；则η 5176。 =+=。 道路照明基本理论与计算 16 若仰角为 10176。 时，可查得η 1=（约），η 2=（约）；则η 10176。 =+=。 从计算结果可以看出 η 0176。 ＜η 5176。 ＜η 10176。 ，所以从利用系数的角度考虑，灯具的仰角应该选 10176。 或更大一些，但实际情况是当灯具的仰 角大于 10176。 以后，总的利用系数已不再上升（ 15176。 时和 10176。 时的总的利用系数基本是一样的），而且如果继续增加仰角，总的利用系数反而会下降。 结合灯型选择考虑，假定选择灯具仰角为 5176。 2）确定维护系数 —— 参考《城市道路照明指南》 灯具在使用期间，由于光源光通量会逐渐衰减；灯具内外表面会堆积灰尘及其他污物，灯具反光板受到腐蚀，引起其效率逐渐降低，光输出逐渐减少 (其他减光因素未予以考虑 )。 从而导致路面上的照明水平逐渐下降。 为了保证在整个运行期间，路面上均能维持不低于所规定的最低亮度 (照度 )值，在进行照明设计计算时 ，就必须引入维护系数。 道路照明灯具的维护系数 (M)等于光源光通量的维护系数 (M1)与灯具本身维护系数 (M2)之乘积，即 M= M1 M2。 光源光通量的维护系数值和光源的种类、功率及其质量有关。 确定方法推荐如下： 光源光通量的维护系数 (M1) 光源类型 维护系数 点燃 4000 小时时 点燃 6000 小时时 高压汞灯 低压钠灯 高压钠灯 灯具本身的维护系数和下列因素有关：（ 1）灯具的密封程度；（ 2）空气的污浊程度；（ 3）清扫周期和每次清扫 的彻底程度。 其值应通过实际测量来确定。 参考有关资料，确定方法推荐如下： 灯具的维护系数 (M2) 清扫周期 无透光罩灯具 有透光罩灯具 空气污浊程度 一般 干净 一般 干净 半年 一年 一年半 表注：（ 1）透光罩与壳体应无明显缝隙，每次清扫应比较彻底，否则达不到表中数值。 （ 2）空气特别污浊地区如化工厂、钢铁厂、煤厂等灯具维护系数还要降低。 2020版《城市道路照明设计标准》推荐，根 据目前国内所使用的光源和灯具的品质及环境状况，按照每年对灯具进行一次擦拭的前提，维护系数可选为： （防护等级高于 IP54的密闭灯具）； （防护等级低于 IP54的密闭灯具） 本例中假定采用有透光罩灯具并每年清扫一次，维护系数 M= = 3）假定选 250W高压钠灯，光通量 Φ =22500lm 4） Eav= wsM = 3012 22 50   =＞ 15lx，设计方案可行。 天顶等面积网等光强图 道路照明基本理论与计算 17 注意： 需要考虑灯具仰角的不同，若仰角为 0176。 ，则可以直接读数（或内插）；若仰角不是 0176。 ，则需要用透明图的办法读取数值。 （顺时针旋转） —— 坐标系变换。 （ 2）直接由光强表读取数值（可以用计算机计算）。 计算路面上任意一点的照度的另外一种方法是使用等照度曲线图，实际上计算的过程就是读图的过程。 （在等照度曲线图上标出 P点的位置，考虑 3个灯具） 路面平均照度计算 （ 1）根据点照度计算数值计算（按照测量的布点方法） 计算式： ni iav nEE 1 / 式中： Eav—— 路面平均照度； Ei—— 第个计算点上的照度； n—— 计算点的总数。 （ 2）按照利用系数曲线图进行计算 —— 目前使用比较多的一种计算方法 计算公式： wsMEav  式中：η —— 利用系数。 根据道路的宽度和灯具的安装高度、悬挑长度和仰角，从灯具的利用系数曲线图中查得（方法后面举例说明）；。