谈论道路照明设计过程中光源的应用

谈论道路照明设计过程中光源的应用

卢坤炎

佛山方铭科技有限公司528226

摘要：LED又称发光二极管，是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起的光子发射，直接发出各种颜色的光，被称为第四代照明光源。此光源以其功耗低、寿命长、适用性强、以及稳定性高等诸多的优点被广泛的关注。基于此，本文就从道路照明设计过程中LED光源的应用展开分析。

关键词：道路照明设计；LED光源；应用

1、城市道路照明的特点

城市道路照明有其特殊的功能性，道路照明的设计需要考虑众多的因素，比如包含照度充足、照度均匀度、避免眩光、节能以及维护便利等。此外，照明灯具应具备高效率、照明利用率佳、恰当的配光、寿命长以及防水防尘等特点。对于城市道路照明已经进行了严格的规定。

为了满足道路照明的指标，同时为了加大路灯的间距、减少灯杆数以降低造价以及减少对环境的影响，道路照明设计应选用合理配光的灯具，通过计算来平衡和确定路灯的间距、杆高以及功率。现今，常规的道路照明设计应根据不同的路幅，采用100～400W的大功率高压钠灯，灯杆的间距约为20～40m，杆高约为8～13m。

2、城市道路LED照明的优点

2.1发光效率高

随着近几年科技的发展，对半导体发光技术的研发不断提高，对于大功率白光LED，在工作电流为350mA的标准条件下，目前国内厂家最高可以提供100lm/W的芯片，而真正能够取代白炽灯和荧光灯进入通用照明市场的LED芯片，其光效需要达到150lm/W。而在能源消耗方面仅是传统发光源的1/8。尤其是在夜间道路照明中，人们更容易识别LED照明物体，而且发光的效率是远超不环保高压钠灯的。

2.2寿命长

LED路灯作为新型产品，其使用寿命要高出普通的灯具很多，也是得到广泛应用的重要原因。过去常用于道路照明的高压钠灯平均寿命也就1万小时左右，正常情况下使用LED，其光衰可以减到70%的标称寿命是10万小时，减少了更换频率和其他维护工作。LED对电压要求低也可在复杂的环境下使用。LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。

2.3更为优越的节能

LED灯的光色比普通白炽灯稳定性高，光衰小，显色性好，光效高。LED光源在城市环境下照明更加节能。虽然现在LED自身散热问题没有得到很好的解决，但是随着科技的不断进步，将会对LED光源性能的不断完善，达到我国可持续发展中对新能源的要求。

3、实例分析道路照明设计过程中LED光源的应用

3.1工程概况

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。

3.2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。

3.3LED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。

3.4LED路灯模块的可靠性

3.4.1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。

3.4.2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。

3.5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。

3.6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。

结束语

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]窦林平.国内LED照明应用探讨[J].照明工程学报，2011.

[2]曾德容，田景洪.LED路灯在道路照明设计中的应用[J].中国高新技术企业.2015.