校园路灯的安全人机工程学分析及改进-资源与环境工程学课程设计

1、xx化工学院课程设计题目：校园路灯的安全人机工程学分析及改进教 学 院 资源与环境工程学院专业班级 安全 1101 班学生姓名学生学号指导教师2014年 11 月 28 日本科生课程设计须知1、认真学习理解资源与环境工程学院课程设计教学基本要求 及规范。2、努力学习、勤于实践、勇于创新，保质保量地完成任务书规 定的内容。3、独立完成规定的工作任务，不弄虚作假，不抄袭别人的工作 内容。4、课程设计成果、资料应于答辩结束后及时交给教学院收存， 学生不得擅自带离学校。5、妥善保存吉林化工学院课程设计任务书 ，课程设计完成后， 将任务书同课程设计一同交给指导教师安全工程课程设计任务书题目名称校园路灯的

2、安全人机工程学分析及改进设计依据 及相关说明1、设计依据 对校园内布置的路灯亮度、距离等进行实地测量及考察，获取相关数据。2、相关说明设计应遵照 建筑照明设计标准 （GB 50034-2004 ）、道路与街路照明灯具安全要求（GB 7000.5-2005 ）中的相关规定。对校园内的路灯进行分析及设计（改进）。设计要求1、完成课程设计说明（计算）书包括项目概况分析、人 -机 -环三要素的分析、确定不合理或不利因素、针对性的改进 措施（设计） 、设计总结（优势分析）等。2、完成课程设计图纸（图幅 A3 ）至少包括：校园路灯系统改进（设计）图1 张。具体要求：（ 1）项目概况分析：根据设计任务书要求

3、，围绕选定的设计题目开展文献、信息的检 索、阅读和分析，以及国内外研究的对比。（2）人-机-环三要素分析：根据自己掌握的知识，应用安全人机工程的原理，对选定的 设计题目的原有“人 -物 -环”三要素进行分析评价。（ 3）确定不利因素：通过对“人 -机 -环”三要素的分析确定系统中的不利因素，查找不 足，以便为自己新的设计或发明找到切入点。（ 4）改进措施（设计） ：针对系统中存在的不利因素提出有针对性的解决措施，并进行 合理设计，完善人机系统的功能。（ 5）设计总结：对改进或初步设计的元素，进行优势分析，并作出最终结论。主要参考资料及标准（ 1）安全人机工程学王保国 等编著 北京：机械工业出版

4、社 2007.9（ 2）安全工程学 何学秋等编著 徐州：中国矿业大学出版社， 2000.6（ 3）安全人机工程学张力 廖可兵主编 北京：中国劳动社会保障出版社， 2007（ 4）人机工程学设计应用 严扬 编著 北京：中国轻工业出版社 （5）建筑照明设计标准（ GB 50034-2004 ）（6）低压配电设计规范（ GB 50054-2011 ） （7）道路与街路照明灯具安全要求 （GB 7000.5-2005 ）进度计划表时间安排计划完成工作量指导教师检查意见备注第周周一周二查阅资料、工具书，分析国内外研究现 状。周三对系统进行“人 -机- 环”三要素分析。周四周日确定系统中的不利因素并提出合

5、理改进设计。第周周一周三CAD绘图与修改。周四修改并装订设计说明书，修改并打印图 纸。周五修改并装订设计说明书，参加答辩。考 核 评 语指导教师： 年 月 日答 辩 成 绩教研室主任： 年 月 日摘要校园路灯随处可见， 可以说它代表了学校的一种形象， 是校园的重要组成部 分。路灯照明对于夜晚校园环境的烘托具有非常重要的意义 , 不仅可以方便夜晚 行人，同时更增加了校园的亮丽。合理的规划设计与改善应该能够遮风，挡雨， 防晒，给整个校园带来和谐、愉快的气氛。本文运用安全人基工程的主要原则与理论，涉及室外照明的光源类型的选 择、路灯的形状与材质、高度、灯距及其布点等几个主要方面，进行综合分析， 充分

6、体现了人基工程的核心“以人为本，提高效率” 。并以此为原则进行改善， 使其达到更好的效果。关键词： 校园路灯； 规划与改善； 光源类型； 高度； 布点目录摘 要 I V目 录 V第一章绪论 61.1 概述 61.2 灯具的发展和现状 61.3 太阳能光伏技术的发展和进步 8第二章概述 162.1 灯具的种类 162.2 光源的分类 172.3 照明设计 18第三章 校园路灯状况 193.1 概况 193.2 意义 193.3 空间分布位置 193.4 问题分析 19第四章 校园路灯的设计与改善 214.1 光源的选择 214.2 高度的确定 214.3 相邻路灯的空间距离设定 234.4 路灯

7、的布点 234.5 形状及其材质的选取 234.6 本章小结 25第五章 结论 27参考文献 28致 谢 29第一章 绪论1.1 概述 近年来，照明技术不断进步，新材料、新工艺、新技术广泛运用，行业人士 对各种照明原理及其使用环境深入研究， 灯具在满足实用需求和最大限度地发挥 光源功效的前提下， 更注重灯具外观造型上装饰性美学效果， 多姿多彩的灯具美 化和丰富了人们的生活， 灯具设计师们满怀信心地为打造人们的康居工程尽力服 务。由于国内生活水平不断提高， 人民向往较佳的生活质素， 对灯具灯饰也不断 提出了新要求，近年内地灯饰市场有以下发展趋势： ? 能细分：人们要求灯具能符合不同场合， 不同照

8、光功能的需求日高， 因此适 用于各种使用要求的灯具应运而生，如学生灯、书写灯、应急灯、日光灯、霞光 灯、庭院灯以及不同高度的落地灯等新品叠出。 ?照 技术化： 由于电子技术被广泛用于灯具的制造， 适应不同的电压， 使可调节 亮度的第三代照光灯具多起来。无频闪灯、 3 种波长色谱可调灯、放射远红外光 灯等具备保护视力功能的灯具也开始推出市场。 =r? 功能化：符合当前的消费时尚、 集多种功能于一体的灯如床头兼作光敏电话 自控灯、带八音盒台灯等，是近年另一需求特点。?照 能环保：新推出的高科技无频闪书写灯，光线平稳并可节能源 50%，这种灯 具很受消费者的欢迎。 环保是灯具生产技术的崭新主题， 显

9、示人们对居室生态环 境的重视，这亦是未来家居照明的主要发展方向。?照 型设计：过去人们喜欢设计简单的传统灯饰， 但近年优质新款的灯饰在国内 日渐大行其道。随着大客厅、小卧室格式的楼房设计逐渐流佐，客厅、饭厅已逐 渐占据居室装饰的重点， 而灯饰选择更注重设计美观和与整体装饰和谐统一。 近 年不少人开始欣赏优雅的欧式设计灯饰及装置。 颜色方面亦渐趋多元化， 有枫叶 红、天然蓝、珊瑚黄、水草绿等色彩。而高级饭店、豪华宾馆等的装饰灯具则日 趋豪华。1.2 灯具的发展和现状 在大多数工业化国家，照明用电占据了 20%-30%的总发电量，在发展中国家 照明用电比例相比虽然低一些， 但是呈现快速增长的趋势。

10、 因此高效节能的照明 新光源一直是行业追求的理想，也是政府和广大用户大力推广和使用的产品。随着 LED生产规模的进一步扩大， 成本进一步的降低， 使其在性能、 节能和 使用寿命方面的优势得以弥补其价格成本偏高的暂时劣势， LED和超高亮度将成 为一种非常有竞争力的新型电光源。LED具有环保、节能、寿命长等优点，在全球能源短缺的大背景下，它越来 越为人们所津津乐道。 国内外已有不少厂家用 LED制作出泛光灯、 地埋灯、 草坪 灯、护栏灯、水族灯等，被广泛用于各景点装饰或城市亮化工程。在城市亮化方 面，把握好新产业新机遇，政府部门充分发挥了导向作用。利用太阳能光伏技术生产制造新型太阳能照明系统是光

11、伏系统技术在高科 技方面的具体推广应用。 也是落实党和国家建设节约型社会战略指导思想的一项 举措。目前，我国用于照明的电量已经超过全国总用电量的 12%，每年新增各种 路灯近 5000万盏，如果采用太阳能路灯每年将为国家节约电量 7 亿度，相当于 每年送给国家一座没有任何消耗， 没有任何污染的 10 万 KW的发电厂。 目前国家 也非常重视太阳能的应用，在国内已有许多城市正在推广太阳能照明项目。 其 主要有以下特点：（1）节能灯市场发展良好 近年来，环保、节能、高效越来越成为当今世界照明产品发展的主题。从 1996年我国开始实施中国绿色照明工程，专家测算，采用高效照明产品替代传 统的低效照明产

12、品可节电 60 80，潜力巨大。我国将加大推广绿色照明工 程的力度，重点在公用设施、宾馆、商厦、写字楼、体育场馆、居民住宅中推广 高效节电照明系统。 另外农村市场节能灯全面普及也是一个巨大的应用市场。 可 见，节能灯国内市场未来发展空间非常大。 可喜的是目前我国已经有一大批优秀 的节能灯生产企业，浙江阳光、厦门通士达、美国 TCP、上海绿源等许多企业， 雷士照明也大手笔投资节能灯生产， 另外已外销市场为主的企业也开始重视在国 内市场的推广。（2）灯饰产品个性化需求加强简约现代花灯简洁明了的设计风格， 能够从一定程度上提高光的利用率， 有 利于健康光环境的塑造。 同时，年轻的白领阶层逐步成为房产

13、消费的主角， 他们 对简约现代花灯青睐有加。 所有这些因素都将使得简约现代花灯赢得更大的发展 空间，市场份额会呈现稳步上升之势。羊皮灯- 相对于吸顶灯而言， 羊皮灯光色更加柔和， 气氛更加温馨， 造型更 加新颖，适宜于居室的点缀。 由于价格相对便宜， 体积较小， 所占用的空间不大， 适配性强， 小型羊皮灯在城市拥挤的住所内更受欢迎。 此外，消费者的消费习惯 正在发生变化， 由原来单纯的照明需要转变为照明享受和生活情趣的需要， 吸顶灯这样的定型产品， 在外型、 色彩上已经不能满足消费者的需求， 小型羊皮灯的 出现正好满足了这一消费需求。2006 年，是水晶灯市场的全面爆发的一年，“旧时王谢堂前燕

14、，飞入寻常 百姓家”这是近两年来水晶灯消费市场的真实写照。 由于水晶灯企业数量在这两 年陡增，高档水晶灯品牌， 如东方、 宝迪斯、 福建石狮文行灯饰、 艺达水晶灯饰、 罗浮宫水晶灯饰在市场上依然雄踞一方。 众多新品牌的问世， 也给企业带来重大 压力，面临重新洗牌的残酷局面。无论是大企业还是小的公司， 在水晶灯的设计上都是分毫必争， 致使现在的水晶 等市场上争香斗艳，花样繁多。现代照明技术的不断进步， 使灯具在满足实用需求和最大限度地发挥光源功 效的前提下，更注重灯具外观造型上尽可能美观、 舒服、耐用等装饰性美学效果， 由此形成了现代灯具发展的流行趋势。 灯给人类带来了光明， 使人类走向了文明，

15、 因此，从古至今不断发展的灯具也就成了人类文明的载体。1.3 太阳能光伏技术的发展和进步 随着太阳能光伏技术的发展和进步， 在民用方面首先应用在照明灯具上， 近 几年来，太阳能灯具产品由于环保节能的双重优势， 太阳能庭院灯和太阳能草坪 灯，太阳能装饰灯等方面的应用已经逐渐形成规模。在太阳能照明灯具的设计中， 涉及光源、 太阳能电池系统、 蓄电池充放电控 制许多因素，其中任何一个环节出现问题都会造成产品缺陷。太阳能灯具组成：（1）太阳能电池板（2）充放电控制器（3）蓄电池（4）负载（5）灯具外壳（1）太阳能电池太阳能电池主要功能在将光能转换成电能， 这个现象称之为光伏效应。 在众 多太阳光电池中

16、较普遍且较实用的有单晶硅太阳能电池、 多晶硅太阳能电池及非 晶硅太阳能电池等三种， 在太阳光充足日照好的东西部地区， 采用多晶硅太阳能 电池为好，因多晶硅太阳能电池生产工艺相对简单， 价格比单晶低。 转换效率在 近几年不断提高。 在阴雨天比较多阳光相对不是很充足的南方地区， 采用单晶硅 太阳能电池为好， 因单晶硅太阳能电池电性能参数比较稳定。 当然非晶硅太阳能 电池在室内阳光很弱的情况下比较好， 因为非晶硅太阳能电池对太阳光照条件要求比较低。首先，任何一款太阳能灯具产品我们必须先了解太阳能电池， 太阳能电池有 五大电性能参数： Isc 是短路电流 是峰值电流 Voc 是开路电压 Vm 是峰值电

17、压 Pm 是峰值功率Pm 是峰值功率 = Im 是峰值电流 Vm是峰值电压对于单片太阳能电池来说，它是一个 PN结，除了当太阳光照射在上面时， 它能够产生电能外，它还具有 PN结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定 输出电压为 0.48V。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳 能电池连接构成的。（2）充放电控制器无论太阳能灯具大小， 一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。 为了 延长蓄电池的使用寿命， 必须对它的充放电条件加以限制， 防止蓄电池过充电及 深度放电。 另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定， 光伏发电系统 中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制

18、要复杂些。 对于太阳能灯具的 设计来说，成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败。没有一个性能良好的充放电控制电路， 就不可能有一个性能良好的太阳能灯 具。充放电控制器必须要到以下几个特点： 防反充电控制 防过充电控制 防过放电控制 温度补偿（3）蓄电池由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定 , 所以一般需要配置蓄电池系 统才能工作， 太阳能灯具也不例外， 必须配置蓄电池才能工作。 一般有铅酸蓄电 池、Ni-Cd 蓄电池、Ni-H 蓄电池， 它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系 统价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则： 首先在能够满足夜晚照明的前 提下, 把白天太阳能电池组件

19、的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续 阴雨天夜晚照明需要的电能。 蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要， 蓄电 池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态， 影响蓄电池寿命， 同时造成浪费。 蓄电池的选择也是要看太阳能电池，负载来确定的，下面在系统设计中作介绍。（4）负载太阳能灯具产品以节能环保为优势， 当然负载要节能， 寿命长。 我们一般采 用 LED灯与 12V 直流节能灯及低压钠灯等。 目前多数草坪灯选用 LED作为光源， LED寿命长，可以达 100000 小时以上，工作电压低，非常适合应用在太阳能草 坪灯上。庭园灯一般采用 12V直流节能灯，直流节能灯电压为直流， 无需逆变，

20、 方便 安全。（5）灯具外壳我收集了许多国外太阳能灯资料， 在美观和节能两者之间， 大多数都选择节 能。灯具外观要求不要很高，相对实用就行。目前有很多厂家外观很漂亮，选用 不锈钢外壳。但性能到底怎样呢？这又让我们深思！主要从以下几方面来考虑：1 ）系统设计一款好的太阳能灯具产品，关键在于系统设计，怎样才是合理的系统设计 呢？影响系统有几个重要因素： 纬度， 太阳能方阵面上的年总辐射量 ， 最长无日照天数 ， 日 耗电量， 平均每日峰值日照时数。一种简单判断太阳能灯具系统性能的方法： 太阳能电池功率必须比负载功率高出 4 倍以上系统才能正常工作。 蓄电池容量必须比负载日耗电量高出 3 倍以上 （

21、西部地区），南方地区要高出5 倍以上为好。2） 太阳能电池的外特性从应用的角度论述， 大家主要关心的是太阳能电池的外特性。 首先，对于单 片太阳能电池来说，它是一个 PN结，除了当太阳光照射在上面时，它能够产生 电能外，它还具有 PN结的一切特性。在标准光照条件下，它的额定输出电压为 0.48V。在太阳能照明灯具使用中的太阳能电池组件都是由多片太阳能电池连接 构成的。它具有负的温度系数，温度每上升一度，电压下降2mV，对于多片太阳能电池组成的太阳能电池组件。在使用中， 太阳能电池开路或者短路都不会造成损坏， 实际上我们也正是利 用它的这个特性对系统蓄电池充放电进行控制的太阳能电池在使用中必须注

22、意的问题 ：（1）太阳能电池功率的选择 我们所说的太阳能电池输出功率 Wp是标准太阳光照条件下，即：欧洲委员 会定义的 101 标准，辐射强度 1000W/m2，大气质量 AM1.5，电池温度 25条件 下，太阳能电池的输出功率。 这个条件大约和平时晴天中午前后的太阳光照条件 差不多，（在长江下游地区只能接近这个数值）这并不象有些人想象的那样，只 要有阳光就会有额定输出功率， 甚至认为太阳能电池在夜晚日光灯下也可以正常 使用。这就是说，太阳能电池的输出功率是随机的， 在不同的时间， 不同的地点， 同样一块太阳能电池的输出功率是不同的。太阳能灯具的设计和灯具的使用地区有关。 太阳能电池组件额定输

23、出功率和 灯具输入功率之间关系在华东地区大约是 24:1 ，具体比例要根据灯具每天工作 时间以及对连续阴 雨 天照明 要 求决定 。另外太阳 能电池 的输出功率 大约 120W/m2。（2）蓄电池容量的选择由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定 , 所以一般需要配置蓄电池系 统才能工作， 太阳能灯具也不例外， 必须配置蓄电池才能工作。 一般有铅酸蓄电 池、Ni-Cd 蓄电池、Ni-H 蓄电池， 它们的容量选择直接影响系统的可靠性以及系 统价格。蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则： 首先在能够满足夜晚照明的前 提下, 把白天太阳能电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续 阴雨天夜晚

24、照明需要的电能。 蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要， 蓄电 池容量过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态， 影响蓄电池寿命， 同时造成浪费。（3）太阳能电池封装形式的选择目前太阳能电池的封装形式主要有 2 种。层压和滴胶，层压工艺可以保证太 阳能电池工作寿命 25 年以上，滴胶虽然当时美观，但是太阳能电池工作寿命仅 仅 12 年。因此，1W以下的小功率太阳能草坪灯 , 在没有过高寿命要求的情况下， 可以使用滴胶封装形式， 对于使用年限有规定的太阳能灯， 建议使用层压的封装 形式。另外，有一种硅凝胶用于滴胶封装太阳能电池，据说工作寿命可以达到 10 年。4）太阳能电池安装倾斜角度的选择和装饰性

25、外罩为了美观，许多的太阳能灯具的工厂将太阳能电池水平放置，在这种情况 下，太阳能电池的输出功率将减少 15%20%，如果再在太阳能电池上面增加一个 装饰性外罩，太阳能电池的输出功率又将减少5%左右，太阳能电池价格昂贵，我收集了许多国外太阳能灯资料，在美观和节能两者之间，大多数都选择节能。 在长江下游太阳能电池的最理想倾斜角度是 40 度左右，方向为正南方。（5）热岛效应单片太阳能电池一般是不能使用的， 实际应用的是太阳能电池组件。 太阳电 池组件是由多片太阳能电池组合而成， 用以达到期望的电压值。 太阳能电池组件 在使用过程中， 如果有一片太阳能电池单独被遮挡， 例如树叶鸟粪等， 单独被遮 挡

26、的太阳能电池在强烈阳光照射下就会发热损坏，于是整个太阳能电池组件损 坏。这就是所谓热岛效应。为了防止热岛效应，一般是将太阳能电池倾斜放置， 使树叶等不能附着，同时在太阳能电池组件上安装防鸟针。（6）太阳能灯具中蓄电池的充放电控制无论太阳能灯具大小， 一个性能良好的充放电控制电路是必不可少的。 为了 延长蓄电池的使用寿命， 必须对它的充放电条件加以限制， 防止蓄电池过充电及 深度放电， 另外，由于太阳能光伏发电系统的输入能量极不稳定， 光伏发电系统 中对蓄电池充电的控制要比普通蓄电池充电的控制要复杂些。 对于太阳能灯具的 设计来说， 成功与失败往往就取决于充放电控制电路的成功与失败， 没有一个性

27、 能良好的充放电控制电路，就不可能有一个性能良好的太阳能灯具。（7）防反充电控制防止反充电功能， 一般来说， 就是在太阳能电池回路中串联一个二极管， 二 极管防止反充电， 这个二极管应该是肖特基二极管， 肖特基二极管的压降比普通 二极管低。 另外，还可以用场效应晶体管控制防止反充电功能， 它的管压降比肖 特基二极管更低，只是控制电路要比前面复杂一些。（8）防过充电控制防止过充电功能， 可以在输入回路中串联或者并联一个泄放晶体管， 电压鉴 别电路控制晶体管的开关， 将多余的太阳能电池能量通过晶体管泄放， 保证没有 过高的电压给蓄电池充电。关键是防止过充电压的选择，单节铅酸蓄电池为2.2V（9）防

28、过放电控制除了 Ni-Cd 电池外，其它蓄电池一般都要具有防止蓄电池过放电功能， 因为 会造成蓄电池过放电永久性损坏。 需要注意的是， 太阳能电池系统一般相对蓄电 池是小倍率放电，所以放电截止电压不宜过低。（10）温度补偿 温度补偿，蓄电池电压控制点是随着环境温度而变化的， 所以太阳能灯系统 应该有一个受温度控制的基准电压。 对于单节铅酸蓄电池是 -3-7mV/ ，我们通 常选用 -4mV/。（11）太阳能灯具光源的选择目前多数草坪灯选用 LED作为光源， LED寿命长，可以达到 100000 小时以 上，工作电压低， 非常适合应用在太阳能草坪灯上。 特别是 LED技术已经实现了 其关键性突破

29、， 并且其特性在过去 5 年中有很大地提高。 同时性能价格比也有较 大地提高。另外， LED由低压直流供电，其光源控制成本低，调节明暗，频繁开 关都是可能的， 并且不会对 LED的性能产生不良影响。 控制颜色，改变光的分布， 产生动态幻景都是可能的，所以它特别适合在太阳能草坪灯上应用。对于太阳能庭院灯，从可靠性、性能价格比、色温，和发光效率几个方面综 合考虑，我们认为理想的光源目前应该是三色基色高效节能灯。（12）系统组合中的几个问题 光敏传感器，太阳能灯需要光控开关，有的设计者往往会用光敏电阻来 自动开关灯， 实际上太阳能电池本身就是一个极好的光敏传感器， 用它做光敏开 关，特性比光敏电阻好

30、。对于太阳能庭院灯问题不大，但是对于仅仅使用一只 1.2VNi-Cd 电池的太阳能草坪灯来说， 太阳能电池组件由 4 片太阳能电池串联组 成，电压低，弱光下电压更低，以至于天还没有黑电压已经低于 0.7V，造成光 控开关失灵。在这种情况下，只要加一只晶体管直接耦合放大，即可解决问题。 按蓄电池电压高低控制负载大小，对太阳能灯在连续阴雨天时可维持的 时间要求很高，这就增加系统成本。我们在连续阴雨天蓄电池电压降低时减少 LED或者减少太阳灯接入个数，或者减少太阳能灯每天的发光时间，这就降低了 系统成本。 闪烁变光，渐亮渐暗是节能的好办法，它一方面可以增加太阳能草坪灯照射效果， 另一方面可以通过改变

31、闪烁占空比控制蓄电池平均输出电流， 延长系 统工作时间，或者在同等条件下，可降低成本。 三色基色高效节能灯的开关速度。这个问题非常重要，它甚至决定了太 阳能草坪灯的使用寿命，三色基色高效节能灯启动时有高达 1020 倍的启动电 流，系统在承受这样大的电流情况下， 可能电压有大幅度下降， 太阳能草坪灯无 法启动或者反复启动，直至损坏。 目前太阳能电池还不能够使用在主干道照明上。公路主干道的照明有法 定的照度要求，就目前太阳能电池的转换效率和价格讲， 还不能够满足这个要求。 但在不久的将来随着各方面的技术水平的提高， 太阳能电池一定会应用在公路主 干道的照明上。 关于储能电容， 太阳能电池的使用寿

32、命在 25年以上， 普通蓄电池的使用 寿命在 23 年，所以蓄电池是太阳能电力系统中最薄弱的环节。 储能电容可以在 一定程度上解决这个问题。储能电容的使用寿命可以达到 10 年以上，而且控制 电路简单， 但是昂贵的价格限制了它的应用， 目前仅仅应用在部分交通信号灯和 装饰灯上。 随着技术水平的提高， 产品价格的下降， 它将是一种最有希望成为和 太阳能电池配套的理想储能元件。 当然目前也有采用胶体蓄电池的， 一般质量好 的可以保证寿命在 57 年，如此大大提高了太阳能庭院灯与路灯的首次维护期。(13) 有关太阳能电池在照明灯具上应用的技术 用于草坪灯高效率升压电路小功率太阳能草坪灯一般都有升压电

33、路， 目前各厂家采用振荡电路， 电感升 压。电感采用标准色码电感器，标准色码电感器中使用开放磁路，磁通损失大， 所以电路效率低。 如果采用闭合磁路制造电感升压， 如磁环， 升压电路效率将有 很大提高。 曾经用 f10 磁环制造电感， 在同等条件下进行对比实验， 采用闭合磁 路制造电感要比采用标准色码电感器效率提高 20%40%。但出于成本考虑现在绝 大多数厂家还是采用标准色码电感器。 分时/ 分压太阳能灯控智能制器太阳能灯作为一种新型节能灯具， 它与传统灯具相比有许多优点， 但是它的 价格昂贵又是推广应用的瓶颈， 因此，如何降低太阳能灯的成本是一个重要的课 题。分时，分压控制太阳能灯技术就是解

34、决这个问题的好办法。分时、分压控制太阳能灯技术的核心就是根据夜晚不同时间段， 人们对照度 不同要求，控制太阳能灯的输入功率， 以及根据太阳能电池白天吸收能量的大小， 控制太阳能灯的输入功率， 达到用最小成本设计出能够满足最恶劣气象条件下人 们对太阳能灯的最基本要求。太阳能电池正在以出乎人们预料的惊人速度发展。根据科学家的保守估计， 在未来的 10 年里，太阳能电池的平均转换效率要达到 20%以上，而价格要下降 一半，这就是说， 10 年以后的今天，我们用于照明电力的一半可能来源于太阳 能，达到从 PN结到 PN结真正的绿色照明。 大家知道， 太阳能电池是一个巨大的 PN结，它把太阳能转换为电能

35、。 LED是另一个可以将电能转换为光线的 PN结， 它的转换效率一天一天地在提高， 将来就可以达到节能灯的水平， 而使用寿命可 以达到 10 万小时以上，这是真正意义上的绿色照明。第二章 概述2.1 灯具的种类 灯具是光源，灯罩、灯座、开关和其他附件等装配组合而成的照明器具，它 又是用来控制光源、 光线投照的方式， 同时又能起到保护光源， 提高照明效率的 照明工具。灯具的种类灯具的种类一般是以灯具的发光方式， 灯具的结构特点， 灯具的 用途和灯具的固定方式进行类。（ 1）发光方式分类： 直射型灯具 （ 向上光 0 10，向下光 90 100 ） 光直接从灯具上方射出，顶部的反光材料不透明，通常

36、由金属、搪瓷、铅和 镀银镜面等材料制成。直射型灯具效率高，光线集中，方向性强，但容易产生较 重阴影，而且顶部几乎没有光线。 半直射灯具 （ 向上光 1040，向下光 60 90） 光线通过半透明材料中发出， 它已能将较多的光线照射到工作面， 又可使空 间环境也得到适当亮度，一般灯具为玻璃罩型。 漫射型灯具 它是采用漫射透光材料制成封闭式的灯罩， 乳白灯泡就是其中一种， 光线柔 和，但光损失较多。 间接型灯具 这类灯具上半部用透明材料， 下半部用漫射透光材料制成， 光线向上发射天 花，使环境光线均匀柔和，但灯具顶部容易和灰尘，影响发光效率，光损耗大。（2）结构分类： 开启式灯具，无透明罩，光源与

37、外界直接相同 保护式灯具，具有透光罩 （ 乳白玻璃球灯 ） 密闭式灯具，透光罩将灯具闭合 （ 如防水灯具 ） 防爆式灯具，灯具爆炸不会发生危险 （ 煤矿工灯 ）（3）用途分类：具有功能和装饰为主的灯具 工业用途 高挎度灯 家庭用途 台、吊、壁、落 （ 四类灯 ） 公共用途 装饰用途 特种用途灯 （ 防尘灯，防爆灯，密闭灯，黑光灯，激光灯，应急灯等 ）（4）固定方式分类： 吸顶灯 灯具固定于顶棚上 镶嵌灯 灯具嵌入顶棚中 吊灯 灯具通过导线或钢管从顶棚上吊下来 壁灯 灯具装在墙壁上，具有装饰性 台灯 灯具放于台面上，主要局部照明 立灯 落地灯，移动性 轨道灯 灯具装入轨道内，移动性，一般多为射灯

38、，可改变角度，局部照明。2.2 光源的分类（1）白炽灯 是电流通过物体 （乌丝） 后加热，即热辐射而发光的灯泡，它 是电光源中最早的一代灯泡， 也是使用最广泛的灯泡。 白炽灯的心脏是灯丝， 灯 泡通过抽真空，将灯丝通电，使它热到白炽程度， 即会辐射出可见光。 它熔点高, 蒸发率低，发光量为每瓦 9 18 Lm W光通量，寿命在 750 1000 小时左右，通常白炽灯的温度在 3000 K 左右。现代灯具的三大构件为电光源、 灯罩和管架。 灯罩的作用是十分明显的， 它 不仅能够提高光量的利用率、 保护光源和视力， 而且作为一种装饰品， 创造着现 代高度的审美情趣。特别是当今流行的 建筑化 照明，

39、把发光器件 （光源） 和建筑构件（顶棚、梁、柱墙和 地面等）及室内设施（写字台、家具、吊扇等） 融为一体， 有仅使用权照明灯具的内涵不断深化与扩展， 而且形式多种多样， 让 人耳目一新。（ 2）荧光灯 是通过气体放电而发光的。 荧光灯一般有镇流器 L 和启辉器 S 作辅助器件。它的原理是： 启辉器 控制阴极预热时间； 镇流器 限制预热 电流。启辉器的作用， 是在断开预热电流的瞬间产生脉冲高电压， 使荧光灯点燃。 新型电子镇流器将取代电感镇流器， 电子镇流器以其节能、 启动性能好、 功率因 数高、无音频噪声，无频闪等优点，受到人们的普遍喜爱。（3）高压汞灯荧光灯 是高压气体放电光源，荧光汞灯 ,

40、 光色好、寿命长， 广泛用以广场用灯。（ 4）卤钨灯 是热辐射光源，光效比白炽灯高，射程远，广泛用以广场照 明、放映、剧场、汽车灯、边防灯、室内外装饰灯等。（ 5）金属卤化物灯 是第三代高压气体放电光源，新型电光源，品种多样，体积小、光效高、寿命长，可达 10000 小时，色温 3000K 5000K。用金属卤化 物灯取代混光照明是发展的必然趋势。2.3 照明设计 照明设计分成光照设计与电气设计两大部分。 光照设计包括：照度的选择，光源选用，灯具选择与布置，照度、亮度计算 及眩光评价等方面；照明灯具按照明方式来做分类，大致上可分为四种：（1）向下直接照明一般我们所使用的桌灯， 多采用向下直接照

41、明的模式， 这类的灯罩是不透光 的，因此光线可以集中投射到某一个区域。（2）向下照明 一般装饰用的吊灯， 大致都是向下照明的方式， 这类的灯罩会透光， 可以让 灯体散发出柔和的光芒，能有效制造出空间的层次感。（3）向上直接照明 某些立灯是采向上直接照明的方式， 光线往上方照射， 人们不会直接受到强 烈灯光的影响，这是一种间接照明的应用。（4）向上照明多数装饰用途的灯， 多采用向上照明的模式， 这类的灯被广泛的应用在气氛的营 造上。电气设计可归纳成：确定供配电系统，选择供电、控制设备及其安装位置， 线路计算，确定导线型号、规格，以及绘制照明设计施工图等技术性电气设计。以周围环境为照明对象的照明技

42、术称为环境照明。 照明设备按照其安装部位 或使用功能分成：（1）一般照明指为照亮整个场地而设置的、在整个场所灯具基本均匀布置 的照明方式。 它可获得均匀的水平照度。 对于工作位置无特殊要求的场所， 则可 装设一般照明。（2）局部照明局部照明是以满足某些局部特殊需要而设置的照明。 一般室 内有特殊要求的场所，则可用局部照明（3）混合照明混合照明是指一般照明与局部照明共用的方式。 对于工作位 置视觉要求较高， 且对照射方向有特殊要求的室内外场所， 往往采用这种混合照 明方式。第三章 校园路灯状况3.1 概况 最近我们学校的路灯以人因工程的原则和观点进行了规划， 然后就目前学校 的现状作了部分改善，

43、在规划与改善的过程中对全校的路灯现状有了一定的了 解。下面把我们这组在校园路灯规划与改善中所涉及的几个主要方面： 路灯光源 类型的选择、形状、材质、高度、灯距、布点做一简要介绍，然后对园路灯现状 加以分析和改善。3.2 意义 以人因工程学的观点对校园路灯的规划和改善是符合新时代 “以人为本， 提 高效率的思想的一个具体实践。 本次课程设计， 我们本着一切一人为本， 一切以 人为核心的理论对校园路灯作了全方位的认识，并以此为基础进行了规划和改 善，从选题到现状分析，再由目标确定、要因分析到制定对策、效果确认、标准 化，最后总结，一步一步走来，不仅让我校的路灯能够更能方便广大师生，而且 使我们的课

44、本知识得到了升华，贴近生活，更加具有现实意义。校园路灯随处可见， 可以说它代表了学校的一种形象， 是校园的重要组成部 分。路灯照明对于夜晚校园环境的烘托具有非常重要的意义 ,不仅可以方便夜晚 行人，同时更增加了校园的亮丽。合理的规划设计与改善应该能够遮风，挡雨， 防晒，给整个校园带来和谐、愉快的气氛。3.3 空间分布位置 我校校园路灯主要分布在四个区域：主干道（主要指学校各个比较宽大的 通道，学生放学时主要走得通道） 、教学区和图书馆周围（包括为 1、2、3 教、 图书馆和实验楼）、运动场（分为篮球场、网球场和足球场） 、住宿区和食堂如下 图 3-1 所示：图 3-1 学校主要路灯分布我们通过

45、对相邻路灯的相对位置距离和灯的具体高度、 路宽的实地测量， 以 及对路灯的灯光的照明、 光源类型的选择、 路灯的形状与材质、 布点及开灯时间 等几个主要方面的观察，得出我校目前路灯的一些主要现状。如下表：表 3-1 我校路灯主要现状区域相邻灯的空间距离灯的高度路宽光源灯的 材 质灯罩的形状布点主干道31 46m除运动 场和宿 舍外基 本上为 3m 左右 运动场 5m14 17m整个 校园 路灯 均采 用白 色钠 光源玻璃主要为 球状，一 部分半 球形对称布置教学区 图书馆距离波动 较大，分 布不均14 40m一般为6m玻璃单侧布置 对称布置运动场40m400m （面积） 足球场 120m （面

46、积） 篮球场金属伞形足球场单 侧布置， 篮球场没 有住宿区2030m4.5m一般为6m金属伞形单侧布置3.4 问题分析 通过具体调研和现场观测，我们可以知道目前我们学校的路灯有一些很好 的的特性 ,同时也存在某些方面的不足 .以下图（图 3-2）为例，说明其中存在的 一些需要改善的问题（表 3-2）。图 3-2 现路灯不足之处表 3-2 主要缺陷问题具体实例 1具体实例 2灯坏现象严重我校的路灯有 50%是不 亮的我校路灯经久失修灯距的设定不妥距离普遍过大灯周围及自身环境需改善灯罩上积满了灰尘灯周围已被树枝重重包围部分布点存在问题在部分主干道本该用对 称布置，而采用了交错布 置玉龙山上本该布置

47、路灯的但却没有部分区域需重新规划在部分运动场地，还不存在路灯的设置，如篮球 场，食堂周围，玉龙山上有的路灯没保护措施已经老化应重新更换根据图 3-2 和表 3-2的总结，可以看到校园路灯的很多不足之处，所以我们 主要从这些方面着手来改善校园的路灯环境。第四章 校园路灯的设计与改善4.1 光源的选择作为光源，自然光亮度柔和，人眼感到舒服，因此在选择时应始终考虑使 用接近自然光的人工照明光源。在人工照明时，荧光灯优于白炽灯，其光谱近 似太阳光，发热量小，可使视野的照度均匀，且较为经济。用日光标准将不同 水银灯、荧光灯进行显色比较如下表：表 4-1 不同灯光显色比较光源白色荧光灯水银灯荧光水银灯高压

48、钠灯日光色荧光灯显色指数6632442977而且光源明度影响情绪。据生理和心理方面的研究表明，照明会影响人 的情绪，从而影响工作效率，而其中明亮是令人愉快的。所以根据以上的标准和要求，白色荧光灯不仅发光效率高，而且考虑到 成本因素，故此为首选。而有我校目前均采用白色钠光源，是不合理的。可改 成白色荧光灯。然后在图书馆及教学区周围的路灯照度要大，使广大师生更好 的学习。4.2 高度的确定一般标准1）灯高（1）、灯具安装高度，同一街道灯具安装高度必须一致（发光中心到地面 高度）。小弯灯 一米灯 5-6 米普通街道长臂灯和吊灯 6.5-7.5 米快车道弧型灯 不低于 8 米慢车道弧型灯 不低于 6.

49、5 米（2）、特殊灯型根据设计要求安装，灯的高度在致相当于需要被照明马路的宽度。只在一侧照明时 HL 在两侧照明时 H L/2 其中，H：灯具安装高 度（米） L：路宽（米）2）灯具仰角（1）、灯具仰角街道宽度及灯具的配光曲线来决定，每条街道的仰角应一 致。（2）、灯头可调时，应使光源中心线落在路宽的 L/3-1/2 范围内。（3）、对长臂灯（或支臂灯）灯身在安装后，灯头侧应比电杆侧仰起100毫米。（4）、特殊灯具应根据配光曲线来决定灯具仰角。 高度的选择确定还与亮度有关，其中亮度 =光距 /发光垂直面积，因此亮度的 差别影响高度的确定。然后考虑到眩光和高度得关系，综合光照范围（图4-1）9.

50、5m3.6m 5.7m 灯光可见 暗黑图 4-1 路灯光照范围通过测定不同场地的照度和对眩光的控制， 主干道及教学区图书馆的灯高 一般设计为 2.85 3.25米，宿舍区的灯高 45 米，这一点我校是符合要求的。 而在足球场，由于其面积大，灯的高度应适当提高到 5.5 米，使其更能满足光 照的需要。4.3 相邻路灯的空间距离设定一般而言， 两路灯之间的相对空间距离是比较确定的， 而在不同的区域有相 应的差别，人口流动多的地方，距离应稍短；人口流动少的的地方则反之。根据 城市道路照明设计标准要求，路灯间距最大值应为路灯高度的 3.5 倍，其它因地 而异。校园主干道是学校人口流动数量最大的区域之一

51、， 对夜行的人来说这里的路 灯规划显得尤为重要。 因此这里的路灯相对距离应较小， 3.5倍灯高，即 10 米左 右。教学区和图书馆一方面是同学们上课听讲的场所， 另一方面更是同学们自由 获取知识的乐园。 所以为了保证大家的学习和课堂教学效果， 它们周围的路灯规 划与设计则应符合其特点人口同样集中。同样也为 11 米左右间距。而在宿舍 区和运动场地，路灯之间的距离可以稍微大一些。足球场的路灯间距为 30 米， 篮球场为 25 米和 15 米，宿舍区也为 15 米。相比我校现状，主干道最少间距都 有 30 米，远的达到 46 米，图书馆和教学区的灯距同样过大。 住宿区的间距也要 减小。4.4 路灯

52、的布点路灯的布点是否适当直接关系到照明的效果。 其中布点包括单侧布灯和双侧 布灯两种布置方式。 对于双侧布灯大体有两种方式： 一种是对称布置， 另一种是 交错布置，各有优劣。对称布置的优点是比较美观，同一区域光照范围大，不足 之处照度不够均匀， 适合较宽的道路。 交错布置美观上不如对称布灯， 但照度比 较均匀。综合考虑分析，为保证有足够的光照， 人口较为集中的校园主干道和教学区、 图书馆均应采用对称布置；要使得照度均匀，而对同一区域光照要求不是很高， 宿舍区的路灯要交错布置； 至于运动场， 足球场采用单侧布置， 篮球场为对称布 置。结合我校路灯的具体布置，教学区、图书馆周围部分路灯本该用对称布

53、置， 而采用了交错布置， 宿舍区用的是单侧布置， 这都是不太合理的。 并且前后篮球 场和第四教学楼均没有路灯的布置， 这不仅对于想在夜晚进行运动的同学和教职 工是不妥的，而且造成了学习的不便。4.5 形状及其材质的选取路灯的种类繁多， 有伞形、球形、半球形等 （图 4-2），不同区域由于受面积、 周围环境的影响应该选择不同形状的路灯。图 4-2 路灯的形状如图 4-2，灯（ 1）为半球形灯罩，灯（ 2）为球形灯罩，它们的发光均匀，适用 于校园主干道和教学区、图书馆；而灯（ 3）为伞形灯罩，它的特点是使光照范 围朝一个方向增大，以此可用于宿舍区和运动场。至于一般路灯的材质选玻璃灯罩， 而在某些场

54、所可选取金属外罩， 如运动场 所的灯。从经济角度而言，玻璃灯罩较金属外罩实惠。结合我校实际，因此主干道和教学区、图书馆采用球形或半球形玻璃灯罩， 它们发光均匀，面积广，主干道和教学区、图书馆是人流比较多的地方，有时还 不乏车辆； 而宿舍区和运动场应使用伞形金属外罩， 它的特点是使光照范围朝一 个方向增大， 但学校有的路灯光照方向是垂直向下， 虽然高度够了但照射面积有 限，应该用斜向下的，那样光照面积会更宽一些，因此宿舍区也需改善。4.6 本章小结 通过以上五个方面的标准以及结合我校的具体情况综合分析和考虑，现从 人机工程的角度出发，将校园路灯规划方案的具体项目列表 4-2 如下：表 4-2 规

55、划方案区域相邻灯的空间距离灯的高度光源灯的材质灯罩的 形状布点主干道10m3.2m白色荧光灯玻璃球状 半球状对称布置教学区图书馆11m3m白色荧光灯玻璃对称布置运动场30m25 m5.5m白色荧光灯金属伞状单侧布置对称布置住宿区15m4m白色荧光灯金属伞状交错布置整体而言， 我校校园的路灯规划基本符合要求， 但为了使我们的校园更加和 谐和美观， 更好的符合以人为本的思想， 除了对以上所分析的一些问题之外， 我 们对与路灯相关的另外一些问题提出建议：（1）通过对校园四个区域所有路灯数目和已坏的灯统计数据表明：我校的路 灯应该说在数量上基本符合了要求，但有的是不亮的，如在图书馆到三教之间， 有的路灯没亮， 从一教到三号宿舍楼的路段有的路灯也是