LED路灯在道路照明设计中的应用分析

LED路灯在道路照明设计中的应用分析

刘克国

刘克国

安丘市路灯管理所山东262100

摘要：LED作为新一代的光源，以其节能、环保、寿命长、响应速度快等优点，已广泛的应用在交通信号、应急照明、大型显示屏以及城市景观等诸多领域中，并成为主流。而与之相比，在道路功能照明领域中LED路灯还处于由示范、尝试向逐步推广应用的过渡阶段。随着我国节能减排国策的深入实施，LED路灯作为绿色照明，正越来越多地应用在城市道路照明中。但在实际运行中，我们发现LED路灯现阶段仍然存在一些制约因素，这在一定程度上阻碍了LED在道路照明方面的发展。本文分析了常规路灯照明型式，然后以实例对LED路灯在道路照明设计中的应用进行了探讨。

关键词：LED路灯；道路照明设计；应用

城市道路照明是夜间人行和车行交通的安全保障，随着城市快速发展，虽然道路照明的要求越来越高，但并不是照明越亮越好，提出适合城市道路照明节能方案与技术还有很多工作要做。目前，路灯光源大多以高压钠灯为主。该光源整体光效较低，在一定程度上造成电能的浪费。在保证道路照明水平的前提下，提高资源利用效率，以尽可能少的资源消耗是很有必要的。

一、常规路灯照明型式

1.太阳能路灯照明方式。太阳能路灯通过吸收太阳光，不需要接入市网电，而是通过光电转换将太阳能转化为电能，并LED光源配合来为路灯供电，是一种科技含量较高的绿色路灯照明型式。该方式最突出的优点是节能、环保，同时不需要敷设电缆管线和配置路灯供电设备，安装施工方便工作量小。路灯开关是通过时控器感应外接亮度变化来控制，不需要人工操作。这类型式的缺点是应用范围较窄，适用于次干道及以下道路的照明，不适用城市中心区的道路照明，设备周边不能有遮挡，同时灯具维护频繁。近年来，政府将大量资金投入到点亮新农村工程项目中，使众多乡村道路的照明问题得到了解决，给农村偏远地区带来实惠的同时也为太阳能照明开拓了市场空间，积累了工程经验。

2.风光互补路灯照明方式。风光互补路灯可以在白天利用太阳能和风能发电供电，而在晚上则可以通过风能发电来供电，将风能供电和太阳功能统一配合应用起来，增强了供电系统的可靠性和稳定性。其缺点是系统结构复杂，运行维护费用较高。

二、LED路灯在工程应用上的优势

1.LED灯寿命长，维护费用少。LED灯寿命长，耐冲击震动，不易碎，所需维护费用少。下面比较高压钠灯与LED路灯工作10年的使用费用（以一盏灯为例），见表1。由表1可以看出，由于LED灯的使用寿命长，在使用维护方面可以进一步节约成本。LED路灯价格方面，目前已有厂家克服了高成本，14000lm的路灯，成本可以控制在2000元以内，逐步解决了在使用LED路灯方面的最大顾虑。

2.LED路灯不含铅、汞等污染元素，对环境没有污染。高压钠灯等气体放电光源的工作原理是电弧的高温作用激发液纳汞气发光，气体放电光源在生产过程中会对环境造成汞污染，即使是光源失效后在废品处理过程中也会产生汞污染。据统计，自工业革命以来，地球大气环境的汞含量上升了400多倍，土壤、地下水、大气被污染后，对人类以及动植物产生了巨大的威胁，而LED路灯则不存在这些问题。电网环保方面，LED路灯功率因数高，谐波失真率低，目前很多厂家已做到功率因数φ≥0.9，谐波失真η≤20%，有效降低了其在供电线路中的损耗，并避免了高频干扰与电网污染。另外，LED光源无紫外线、热辐射低，并且纯直流工作，无闪烁，消除了传统路灯频闪引起的视觉疲劳。

三、实例分析

1.工程概况：某区以建成工程为例：某片区沥青路面车道宽度为9米和12米的城市次干路分别设计安装8米140w和10米180wLED路灯，灯间距为30米。工程安装完毕后进行了照度测试。时隔1年后再次现场实测，发现道路照度偏低，呈现“斑马效应”，光衰较明显。通过实际的运用，以及对LED光源应用评估可知，LED路灯在实际运用中存在许多亟待解决的问题，并未达到理论上的效果。

1.配光设计问题。随着道路照明设计的不断发展，道路配光的评价标准从过去的照度均匀逐渐发展成为以亮度均匀为主，照度均匀为辅。配光曲线反映了灯具在空间某个截面上光强与发光角度的关系。一个理想的配光曲线的设计需要综合考虑灯具的安装高度、灯杆间距以及路面宽度等参数，使路面照度、亮度以及阈值增量等评价道路照明质量的参数指标都符合标准，并达到高效、健康和节能的照明目的。灯具的配光系统设计不合理，照明效果就不理想。现有的LED灯具因受到发光源方向性的限制，难以达到理想的配光的要求，光线大部分直射向灯正下端路面，不能够将光照射到更远的方向，覆盖两灯之间的暗区。

2.LED路灯的光效及散热。经测试，大多数LED灯具在安装初始光效较高，但运行一段时间，光衰较为严重。这和灯具的温度有直接的关系。LED的散热设计不仅直接关系到LED实际发光效率，也关系到实际使用寿命。LED是嵌入照明器具中使用的，由于LED芯片的发热量大，做成路灯灯具时的关键技术就是“散热”。在LED路灯的整体设计过程中快速有效地散热是LED路灯重点解决的问题，因为工作温度的高低直接影响LED光源的光衰和寿命。虽然现在LED路灯散热经过了一定优化设计。但由于道路照明的应用环境一般都比较恶劣，尘埃较大且金属表面腐蚀氧化等原因，在安装初期尚能满足需求，维持较低的工作温度，但长期使用散热片之间难免积聚灰尘，必然在一定程度上影响灯具内光源及电器散热，从而导致LED路灯使用实际寿命的缩短。另外LED灯具应满足道路照明设计标准要求，具有良好的防护等级（IP）防尘防水，但良好的IP防护又往往会妨碍LED的散热。如何解决这一矛盾是LED灯具亟待解决的难题之一。

3.LED路灯模块的可靠性

（1）电源系统稳定性。驱动电源是LED路灯的重要部件，其故障将导致整灯的失效。在LED路灯的实际应用中，电源故障是灯具故障的重要原因。经现场测试与检验，出现整灯熄灭、部分损坏、个别LED灯珠“死灯”等的现象时，电源自身故障的原因占到了较高比重。

（2）其他电子元器件、组件的寿命。LED灯具的寿命应该是系统寿命，它涉及的因素很多，诸如LED光源的组合、控制电路配套的元器件等等，如果选用元器件质量不佳，灯具系统稳定性、可靠性差，会增加发生故障的概率，极大地降低了整灯的可靠性。

4.性价比问题。近年来，随着LED技术的进步。LED灯具的价格已有较大幅度的下降，但总的来说其成本还是远高于高压钠灯的，“节能不节钱”的现象依然存在。就现状而言，LED路灯价格是高压钠灯的2-4倍。因此即使LED路灯的耗电量仅是高压钠灯的二分之一，但由于价格过高，用LED路灯代替高压钠灯成本回收周期仍然会很长。加之LED路灯质量参差不齐，宣称与实际相差甚远。使得LED路灯性价比不高。LED道路灯具只有在保证各项技术指标，达到照明质量水平的基础上，有效地降低成本，才是未来得以顺利、快速发展的关键。

5.维护问题。目前LED路灯灯具的结构设计均为一体化设计，即其相关器件无法在现场更换，无论是LED光源损坏或是电源故障，一有问题则必须整灯拆除更换，维护工作成本大大增加。加之由于无统一的LED路灯技术标准，产品质量参差不齐，不同厂家的产品通用性极差，维护十分困难。

LED道路灯具在照明领域是技术要求很高的功能性照明产品，要使LED灯具广泛地应用于道路照明领域，目前有一些关键技术问题急需解决，如眩光控制、灯具配套等。并且LED灯具配光曲线、利用系数等计算资料还很少，不利于道路照明设计选用。近年来，随着LED灯具设计地不断优化和完善，LED路灯在次干道及支路的应用也日趋成熟，而广泛应用于城市主干道还需进一步探索。

参考文献：

[1]赵振民.照明工程设计手册[M].北京：航空工业出版社.

[2]姜潮杰，节能设备在城市照明中的应用[J].城市照明，2011（04）

[3]窦林平.国内LED照明应用探讨[J].照明工程学报，2011，12.