LED路灯照明应用之探讨[1]

　　0 引言

　　最近几年，随着大功率高亮度LED的迅速发展，加上节能减排的大环境需求.使得采用LED作为新一代照明光源的LED路灯被广泛看好.与传统的道路照明灯(主要是高压钠灯和金属卤素灯)相比，LED路灯的主要优点是:光学性能佳、可快速启动、便于控制、高效、省电、节能环保、可靠耐用、寿命长等。看起来LED路灯作为朝阳产品，有取代传统路灯的趋势，但在实际应用过程中，也有一些问题值得我们思考，下面我就从以下几个方面谈谈:

　　1 光学性能问题

　　1.1 配光曲线问题

　　LED的一个主要特点是定向性好，能在晶体封装时就进行配光，然后整灯再通过单颗LED的叠加进行配光。而高压钠灯由于光源太大，光线四面八方发射，配光一直没有取得关键性突破，只能通过反光罩进行配光。这就决定了LED路灯的配光灵活而具优势。为了取得路面较均匀的照度，目前一般采用蝙蝠型配光:如图，但实际中很多LED路灯采用的却是其他不规则(比如纺锤型)配光曲线:如图:将上述两款LED路灯置于相同环境下:路宽12m，四车道，路宽12m，灯高10m，灯间距32m，悬臂长度2m，光点突出1.5m，灯具倾斜15度，双向交错布置。通过照明设计软件Dialux分别进行仿真后，得出的等照度图如下:

　　蝙蝠型配光曲线图

　　其他形状配光曲线图

　　从上可以看到，蝙蝠型配光曲线LED路灯的照度均匀度明显强于不规则型配光曲线LED路灯。

　　1.2 平均照度的计算

　　照度均匀度是道路照明标准里一项很重要的指标，目前平均照度的计算基本上有三种方法:

　　A软件仿真法

　　将路灯数据加入照明设计软件灯具库，比如Dialux，然后设置合适的参数，比如路宽，灯间距，布置方式，灯杆高度，悬臂长度，突出，角度等.最后进行报表计算，即可运行得出等照度图，在图上就有平均照度。

　　B通过利用系数手工运算

　　计算道路平均照度的公式:

　　其中Φ—光源的总光通量;

　　U—利用系数(由利用系数曲线查出);

　　K—维护系数;

　　N—当路灯单侧排列或交错排列时取1，双向对称排列时取2;

　　S—路灯间距;

　　W—道路宽度;

　　例如深圳某道路路宽12m，灯间距32m，灯高10m，仰角15度，突出1.5m，双向对称布置，选深圳市桑达实业股份有限公司SED-GD02某款LED路灯照明，光通量为10272lm。则计算如下:W2/h=1.5/10=0.15，U2=0.08(查利用系数表屋边一侧曲线)W1/h=10.5/10=1.05，U1=0.41(查利用系数表路边一侧曲线)

　　C路上实际取点测量法

　　在路面上布置合适的点，测量出各点的照度值，然后取这些照度值的算数平均值即为该段路的平均照度。取点的范围，在纵方向(沿道路走向)应包括同一侧的两个灯杆之间的区域;而在横方向，单侧布灯时应为整个路宽;双侧交错布灯、对称布灯或中心布灯时可为1/2路宽。取点的方法，则有有四点法和中心法两种。

　　四点法:把同一侧两灯柱间的测量路段分成若干个大小相等的矩形网格，把测点设置在每个矩形网格的四角。若M为纵方向划分的网格数，N为横方向划分的网格数，则M·N为总网格数。根据每个网格四个角上四个测点的照度平均值Eav可代表该网格的假定照度值，则Eav的计算式为:

　　式中Ea—测量区四个角处测点的照度;

　　Eb—除四个角处四条外边上测点的照度;

　　Ec—测量区四个外边以内测点的照度。

　　中心法:把同一侧两灯柱间的测量路段划分成若干个大小相等的矩形网格，把测点设在网格中心。

　　则:

　　式中:Eav—路面的平均照度;

　　Ei—每个测量点的照度值;n—测点数。

　　蝙蝠型配光曲线LED路灯等照度图

　　不规则配光曲线LED路灯等照度图

　　这里关键要谈的是网格的数量。按照CIE的建议:纵向至少取10个点，点间距≤5m;横向每车道要分5等分，从每车道的左边1/10之处开始计算，间隔为1/5车道宽。而实际运用中，一般当路面照度均匀度比较差或对测量精度要求比较高时，划分的网格数应多一些，即测点布得密一些。当两灯柱的间距S≤50m时，通常沿道路纵方向把间距S分成十等分;当S>50m时，按每一网格边长≤5m的原则进行等间距划分，而在道路横方向把每条车道二等分(四点法)或三等分(中心法)。当路面照度均匀度比较好或对测量精确度要求比较低时，则在道路的横方向可取车道的宽度作为网格的宽度而不需要再划分。

　　1.3 环境比SR值的问题

　　在我们谈到LED路灯应用问题时，很多人提到的一个优点就是能根据其配光方便的特点取得良好的路面照度均匀度。其实在CJJ45城市道路照明标准里，除了照度指标和均匀度指标外，还有一项指标一直不为人注意，那就是环境比SR值。

　　环境比定义为路边5m宽的区域内的平均亮度与道路宽5m内区域的平均亮度之比，如果道路小于10m，则为路宽一半。该指标是为了让司机能更好的、更全面的或得道路周围的信息，行人更清楚的看到障碍物，因此必须给道路周围比如人行道一定的亮度，一般SR>0.5。

　　这就要求LED路灯时，除了在纵向(车道方向)要具有一定的投光能力外(上述的配光曲线问题)。还应该在横向具有一定的投光能力，也就是利用系数问题，在利用系数曲线里，应该具有相当比例的光通量落在屋边这侧。

　　安全问题LED路灯由于要解决散热问题，都配有较为庞大的散热片，直接导致了重量的增加，一般重量在14～20Kg不等，相比起传统的高压钠灯(约10Kg)，重了将近50%以上。当安装在灯杆上时，就会带来安全隐患问题，尤其在台风频发的沿海地区或风沙较大的北方城市，就更不能不考虑这个问题了。