神华天津煤炭码头有限责任公司 天津市 300452
【摘 要】本文是基于神华天津煤炭码头有限责任公司码头前沿及廊道的实际情况，为达到码头前沿照明美化、亮化的最佳照明效果，充分考虑美化的需要、结合各灯具的特点，并从环境光学和人光工程学的角度，通过对灯具的位置、高度、照射角度和照明方式进行合理配置和优化设计，融功能性和艺术性于一体，提出的适合现场实际的堆场灯塔节能设计方案。
【关键词】露天堆场；灯塔；节能
1 引言
随着社会发展的不断进步，港口建设步伐不断加快，建筑照明的作用不仅仅是增加现场照度、保障安全生产，而且还担负着美化、亮化建筑外观，提升港口整体形象及综合竞争力。现代建筑的景观照明在人类的生活中越来越显示重要的地位和作用。
照明设计的目的是促进安全和防护、便于生产运行和引人注目地展现环境。设计合理的照明系统不但为工作场所提供舒适愉快的环境，达到陶冶情操、愉悦心情的目的，更是安全的保证，从而减少事故的发生，降低设备故障，提高生产率。神华天津煤炭码头有限责任公司正是在创建美丽港口过程中提出了对堆场灯塔节能方案问题的研究，旨在通过方案设计和技术手段，实现公司兼具节能和照亮特色的堆场照明体系。
1.1煤码头照明需求设计依据
1.1.1照明需求
（1）平均照度：根据《建筑照明设计标准》，作业现场提供的工作照明便于操作人员安全作业，从而更好更快地保证生产任务的顺利完成。平均照度依照建筑照明设计标准为各区域设计。码头前沿作业区域一般照明推荐照度要求为30-70lx；结合目前码头前沿的实际工作情况，为保证现场工作人员的安全、利于现场工作人员的指挥操作，要求照明系统能够为作业现场提供观察工作过程的照明，因此设计廊道底部的平均照度大于等于50lx.
（2）防尘防水：煤炭码头大量的粉尘、灰尘、盐雾以及夏季的高温等要求灯具需具有防尘、防水、防腐、耐高温等性能，从安全考虑灯具要具有良好防触电保护、绝缘性能可靠。
（3）防震要求：码头前沿各种大型的机械设备在工作过程中产生的震动，为了确保灯具能够长时间稳定地工作，所以要求灯具能承受强烈的震动。
（4）照度均匀性：均匀度是指工作面上的最低照度和平均照度之比。结合神华天津煤炭码头公司码头前沿现场作业情况，廊道外沿及底部所选灯具及灯具的布置上均要达到光线的均匀性，以保证夜间现场作业的安全。
1.1.2 工业建筑一般照明标准值
2 煤码头照明方案需求分析及研究思路
2.1码头前沿及廊道基本数据和照明需求分析
（1）照明场地及范围
照明场地为神华天津煤炭码头公司新建前沿及廊道，其中廊道全长约810米，宽约10.8米，高约为5.4米。
（2）照明需求分析
2.2照明方案研究思路
2.2.1设计原则
1、本着节能环保的目的设计此方案，节能方面在保持原功率不增大的同时，选择灯具效率和维护系数高的灯具，灯具效率的高低决定了灯具对光线的利用能力，可以将尽可能多的光投射到地面，减少光线浪费，简单的说同功率比较更加亮；维护系数决定了灯具的常年使用效果，由于灯塔灯具不可能做到日常清理维护，所以如何保持灯具内部清洁，不影响光线的反射和发光效果是需要考虑的；环保方面主要是保证光照均匀，不会再地面形成明显的暗区与光斑，照度均匀度达到国家相关规定，减少光污染。
2.2.2灯具的选择
灯具的选择要适用于现场实际需要，沿海地区空气潮湿且含有大量氯化物，有比较严重的大气腐蚀现象，灯具的防腐能力需要达到一定程度以保证常年有效使用；神华码头地处天津港最东端，风力较大，且灯具安装在40米高空，震动相对地面设备比较大的，所以所选用的灯具还需要具有抗震动能力；天津港地区降水较频繁，作业现场临近矿石码头，粉尘较大，所以灯具的防水防尘能力一定要好，否则会降低维护系数。
2.2.3镇流器的选择
镇流器是高压气体放电灯具中最重要的器件，它的寿命将直接决定灯具的使用效果，目前比较流行的观点是整流器超过正常工作温度后每升高8℃，其寿命将减少一半，即8℃法则。想降低整流器的温度，除了要加强散热手段，更重要的是使整流器远离热源，灯具工作时最大的热源是光源，1000W光源的温度是很高的，如果这两者距离太近，由于热辐射的关系，将会导致整流器的温度不正常从而影响整体灯具的使用寿命，所以，最好采用分体式结构设计，延长镇流器等元件的寿命。
3煤码头照明设计方案
本方案基本数据采集自现场实地测量，有充分的试验依据作参考，实现了在现有功率不变的前提下，减少阴影区域面积，提高现场平均照度的目的。
3.1试验情况介绍
结合现场实际情况，我们选取2#灯塔进行防震性超强投光灯试用，改造后在功率不变的情况下，平均照度提高了60%，如果按照GB50034-92的要求：散货堆场达到5lux以上的照度，那么改造后的2#灯塔可将覆盖面由原来的半径120米，增加到150米以上，且覆盖面内的照度大大提高。
为了更加直观的显示现场的照明情况，绘制目前的现场照度分布图如下：
上图中红色的点表示灯塔位置，由于灯塔上灯具呈半圆形布置，所以灯塔的照明覆盖面也基本遵循半圆形的分布，上图中用弧线表示了目前的堆场照度分布情况，从图中可以看出，2#灯塔（即图左第二个红点）的较周边灯塔的覆盖面积明显大一些。图中的阴影区域表示照度低于5 lx，在实地测量时，通过这些区域甚至需要手电做辅助照明，否则看不清脚下容易绊倒，目前照明条件下照度低于5 lux的阴影区域面积约为20.5万㎡。
2#灯塔在功率不变的情况下明显提高了现场照度及灯塔的照明覆盖面，而在5 lx以上的照明条件下，是完全可以满足人员行走的照明要求的，这也和GB50034-92就码头散货堆场照度的相关规定吻合。所以减少暗区，提高夜间作业安全性，达到国家相关标准。
3.2堆场灯塔节能的设计方案
为减少改造带来的工程量，采用原灯位直接替换，东西两侧灯塔同侧间隔73m，相对间隔750m，；南北两侧灯塔同侧间隔250m，相对间隔498m，由于灯塔相对间隔过远，所以相对的灯塔间的补光就无法实现了，只有同侧的灯塔间能够相互补。有鉴于此，为了达到最大限度的降低暗区面积的改造目的，灯具的选型只能够选择1000W高压钠灯具。改造后能够达到照度分布情况：
改造后的单灯塔的覆盖面加大30m，而暗区面积由原来的20.5万㎡降低到13.9万㎡，照度低于5 lx的阴影区域面积降低了32%。通过DIALux专业照明软件计算平均照度及点照度分布情况如下：
3.3灯具的选择
3.3.1灯具的防护性能
灯具整体采用高纯铝板防腐和高科技喷涂技术，防腐等级达最高等级WF2，外壳永不生锈，永不腐蚀。
灯具密封结构严密，使密封面不受外界的直接冲击，密封效果好。密封条放置在凹槽内不易串动，且密封条采用耐腐蚀、耐老化、耐高温的进口硅橡胶制成，提高了使用寿命和密封的可靠性。灯具整体防尘、防水等级达IP65以上。可防止灰尘的侵入，同时也可防止任何天气的雨雪及潮湿，这就保证了灯罩及灯泡等处的清洁及干燥，（在海边的空气湿度很高，灯具防护等级达不到要求就会使灯具内部进入海水盐雾造成腐蚀和降低光的利用率）。从而保证了：
（1）灯罩抛光面（反射面）不受腐蚀或灰尘污染，灯具的光反射在长期的使用过程中均能保持较高水平，从而提高“灯具出射光通量利用系数”及灯具“维护系数”，减少灯具的功率密度及灯具使用量。延长了灯具使用寿命、减少了维护量。
（2）防止了因灰尘堆积或灯具进水而造成的灯具短路烧毁等严重事故。
耐老化、抗冲击性能优良，灯具采用高纯度铝合金精致而成，并采用耐高温、耐老化性能好的密封设备，可以确保灯具在各种恶劣条件下长期可靠工作。
（1）光源：采用高光效、长寿命的气体放电灯作为光源，寿命可达二万小时以上，从而可以节省更换灯泡的维护费。长期使用，光衰减率极低（使用两年后光通量不低于初始值80％），有效延长了灯具寿命，且保持了高的流明维持率。
（2）镇流器与触发器：其中的硅钢片采用磁通密度12000-16000的硅钢片，表面刷有绝缘漆，使彼此间绝缘，极大的减少铁芯中的涡流损耗。镇流器的铁芯采用特种材料比普通材料的损耗低30%。触发器触发次数12万次。漆包线导电性好，并且有很强的耐腐蚀、耐高温的性能等等；整体散热性能优良，电能损耗少，是实现灯具后期损坏率低，降低维护成本的因素之一。
3.4节能灯具的选取
3.4.1反射器的采用
采用专用软件设计反射器，光反射效率高。而普通反射器由于曲面形状不合理，造成光线的多次反射，光反射效率低。
反射器的反光材料、透光材料均采用A级镜面反射高纯铝板（99.99%）经抛光氧化处理后，反射率高达95%以上；耐高温，不翘曲，光线柔和、均匀，可以提高光效的同时减少照明系统的灯具数量，节能降耗，同时还能降低光源的温度，提高光源的使用寿命，一组数据：
● 普通铝板的反射率为40-60%；
● 普通镜面反射铝板的反射率只有60-70%；
● 镀膜反射器的反射率可高达92%以上；
● A级镜面反射高纯铝板的反射率可达95%以上。
3.4.2不同材料反射器的反射效率对比
3.4.3透明件照度对比分析
普通透明件的主要材料钠钙铝镁硅酸盐成分，4mm厚度玻璃透光率仅为75%；而特殊材质透明件选用为高硼硅钢化玻璃，透光率可大于95%。
3.4.4节能优化设计的优点
经过精确配光设计（见产品技术参数中配光曲线图）材料选择考究，加工精致，灯具发光效率高达92％左右，照明亮度高。解决了传统装置用灯具的以下几个问题：
（1）内部匹配性：电器部分如果未进行科学设计。为了降低成本，随意采用市场上廉价的电器元件组装而成，会造成匹配性不好，照明效果差。（镇流器对光源给与准确的触发电压，会保证光源的正常寿命）
（2）反射器如果未进行配光设计，会致使约30％光线在灯具内部消耗掉造成功率高亮度低，同时会产生大量的热，提高了灯具整体温升，灯具容易损坏。
（3）反射器和透明件如果不注意选材。片面追求降低成本，选用价格低廉，反射性能差的普通铝材和普通玻璃加工而成，会使使灯具的利用系数不到40％，灯具亮度显著降低。
如果大量使用中水抑尘或降尘，使煤炭热值大量损失，统计数据表明，煤炭含水量每增加1个百分点，煤热值损失50-100大卡，按煤热值6000大卡、热值损失80大卡计算，相当于煤炭损失1.33%；按年吞吐量2.3亿吨计算，年热值损失相当于煤炭损失305.9万吨，损失金额约18.354亿元。
4堆场灯塔节能方案的经济性分析
5结论
实验证明，通过采取神华天津煤炭码头的堆场节能设计优化，可将能耗最大化的利用起来，合理的灯光照度和均匀度，现场工人感到身心愉悦，可保持较长的工作积极性，从而提高了工人的工作效率。性能稳定、灯光均匀，各场地光线照射均匀；同时减少了后期维护量，从而更好地保证了公司生产任务的顺利完成。在实现了改善现场照明效果，减少安全隐患、提高灯具稳定性、保障现场生产正常作业等诸多作用后，每年可间接为企业节约能耗137970~236520 KW•h，节约大量人力和财力资金成本。同时，该方案的研究也为同行业堆场照明节能方案的研究提供了宝贵的数据支持，为节能推广提供了参考，具有重要的意义。
论文作者:齐滨
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第9期
论文发表时间:2016/8/16
标签：灯具论文; 灯塔论文; 照度论文; 码头论文; 堆场论文; 反射论文; 现场论文; 《低碳地产》2015年第9期论文;