陳文健

(深圳市光明新區(qū)建筑工務(wù)和土地開發(fā)中心，深圳518107)

0 引言

LED作為一種新光源，有著高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特點(diǎn)，目前有取代傳統(tǒng)光源的趨勢?！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中，LED路燈等半導(dǎo)體照明產(chǎn)品被明確列入“重點(diǎn)領(lǐng)域及優(yōu)先主題”，并提出要“重點(diǎn)研究高效節(jié)能、長壽命的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品”，科技部也啟動(dòng)了“十城萬盞”半導(dǎo)體照明工程。廣東省的“千里十萬”LED路燈示范工程也在快速推進(jìn)。作為改革開放的前沿，中國的窗口，深圳市也在大力推廣LED路燈。目前，在深圳光明新區(qū)已經(jīng)建成采用LED路燈的城市主干道4條，總長度達(dá)20．5公里。

根據(jù)光明新區(qū)城市主干道的LED路燈情況，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)和解決LED路燈在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，總結(jié)歸納出相對合理有效的解決方案。全面分析LED路燈在各個(gè)等級(jí)道路中的運(yùn)用情況，以及產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益和存在問題，為今后LED路燈道路照明工程的建設(shè)提出指導(dǎo)性建議。

1 LED路燈的優(yōu)越性

高壓鈉燈是目前主要用于城市主干道照明的光源，在CJJ 45—2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定:快速路、主干路、次干路和支路應(yīng)采用高壓鈉燈。由于目前LED光源迅速發(fā)展，一些市政主干道也采用了LED路燈，有取代傳統(tǒng)光源的趨勢，為此，我們對LED光源和高壓鈉燈的技術(shù)參數(shù)作了比較。

表1 LED路燈與高壓鈉燈的技術(shù)參數(shù)比較表

分析表1得出以下結(jié)果:

(1)額定功率范圍。傳統(tǒng)高壓鈉燈有固定的幾級(jí)額定功率，通常用于主干道照明的為400 W，而道路寬度的變化會(huì)使燈具布置上產(chǎn)生間距不統(tǒng)一的情況;LED光源由于其整組燈具是采用單顆或模塊的形式組合而成的，額定功率可以根據(jù)實(shí)際使用需求配置，配置路燈時(shí)更加靈活。

(2)發(fā)光效率。高壓鈉燈一般為120 lm/W。目前市場上用于道路照明的LED光源的光效為100 lm/W左右，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以達(dá)到200 lm/W以上，隨著技術(shù)的發(fā)展，LED光源提升的空間還很大。

(3)使用壽命。LED平均壽命達(dá)5萬小時(shí)，是普通高壓鈉燈的4倍以上，可降低燈具的維護(hù)周期和成本。但LED的平均壽命只是光源的壽命，實(shí)際燈具的壽命與其電源有很大的關(guān)系。

(4)顯色指數(shù)和色溫。高壓鈉燈色溫在2 300 K～3 300 K左右，發(fā)黃光，顯色指數(shù)為30，黃色的光比較柔和，穿透力較強(qiáng)。LED光源色溫在2 300 K～8 000 K范圍內(nèi)可調(diào)，顯色指數(shù)在60～90，更高的顯色指數(shù)可以提高司機(jī)對物體的辨認(rèn)能力，可調(diào)節(jié)的色溫可以更好地滿足司機(jī)對光線舒適度的要求。

(5)啟動(dòng)、再啟動(dòng)時(shí)間。傳統(tǒng)高壓鈉燈的啟動(dòng)和再啟動(dòng)時(shí)間為幾到十幾分鐘，LED光源則可以瞬時(shí)啟動(dòng)。過長的啟動(dòng)和再啟動(dòng)時(shí)間可能導(dǎo)致照明線路出現(xiàn)故障，對交通安全有較大的影響。

(6)功率因數(shù)。傳統(tǒng)高壓鈉燈的功率因數(shù)在0．44左右，需要按照電容器補(bǔ)償，補(bǔ)償后功率因數(shù)不小于0．85;LED燈的功率因數(shù)一般都在0．95以上，用于道路照明無需再單獨(dú)補(bǔ)償，更高的功率因數(shù)可以更好地節(jié)約能源。

(7)電壓變化對光通量的影響。傳統(tǒng)高壓鈉燈對電壓的要求較高，過低的電壓會(huì)造成光源無法啟動(dòng)或光通量下降;LED光源對電壓的要求相對較低，且低電壓情況下不損耗光通量。

(8)頻閃現(xiàn)象。由于兩種光源的發(fā)光原理不同，高壓鈉燈有頻閃現(xiàn)象，LED光源無頻閃。

(9)配光曲線。高壓鈉燈由于光源的形狀固定，配光曲線比較單一，燈具的利用率相比LED光源也較低。LED光源由于指向性強(qiáng)，配光相對比較靈活。

(10)燈具防護(hù)等級(jí)。燈具防護(hù)等級(jí)均可達(dá)到IP65，滿足規(guī)范要求及使用要求。

2 LED路燈應(yīng)用分析

在城市道路中，照明是必不可少的，良好的照明可以為駕駛?cè)藛T提供可視功能和視覺舒適的環(huán)境，使行車更加安全。

2．1 道路照明的基本原則

(1)CJJ 45—2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對各種道路等級(jí)的道路照明做出了明確的要求，具體指標(biāo)如表2。

(2)在滿足道路照明亮度的基礎(chǔ)上，應(yīng)符合照明均勻度要求，為駕駛?cè)藛T提供可視功能和視覺舒適的環(huán)境。

(3)道路沿線相交路口、立交橋處應(yīng)適當(dāng)提高照度標(biāo)準(zhǔn)，以保證車輛高速行駛的安全和通行能力。

(4)選擇高效光源，燈桿造型美觀、經(jīng)濟(jì)、簡單、環(huán)保。

(5)道路照明要求節(jié)能，便于維護(hù)。易于管理檢修，減少維護(hù)費(fèi)用。

(6)合理選用燈具及布置形式，注重?zé)艄猸h(huán)境與人文的結(jié)合，與城市功能區(qū)相協(xié)調(diào)，與自然環(huán)境相融合。

表2 機(jī)動(dòng)車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值

2．2 傳統(tǒng)光源照明

用于城市主干道照明傳統(tǒng)光源采用高壓鈉燈，布置形式也比較統(tǒng)一，一般雙向8車道，采用12 m單臂路燈對稱布置，間距30 m左右，光源功率400 W。根據(jù)以上布置，采用DIALux軟件進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)果如表3。

表3 DIALux軟件計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)表3可以看出，其結(jié)果均滿足《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對主干道要求的高標(biāo)準(zhǔn)值。

2．3 LED光源照明

根據(jù)光明新區(qū)目前LED路燈運(yùn)用的情況，選取光明大道、華夏路、松白路三條城市主干道進(jìn)行現(xiàn)場測試。

2．3．1 光明大道LED路燈照明情況

光明大道為城市主干道，雙向8車道，目前采用LED路燈路段總長度為3．65公里，采用13 m路燈對稱布置，間距28～35 m左右，光源額定功率為207 W。

2009年4月29日我中心委托深圳電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心對道路進(jìn)行了現(xiàn)場測試，并出示了檢測報(bào)告。測試范圍為:單側(cè)主路兩盞路燈間距35 m×道路寬度14 m，取點(diǎn)90個(gè)，共測量6組數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)如表4。

表4 光明大道現(xiàn)場照明測試表

圖1 現(xiàn)場照明實(shí)際效果

2．3．2 華夏路LED路燈照明情況

華夏路為城市主干道，雙向8車道，目前采用LED路燈路段總長度為1．3公里，采用13 m路燈對稱布置，間距28 m左右，光源額定功率為210 W。

2010年8月16日LED路燈供應(yīng)商委托深圳電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心對道路進(jìn)行了現(xiàn)場測試，并出示了檢測報(bào)告。測試范圍為:單側(cè)主路兩盞路燈間距28 m×道路寬度14 m，取點(diǎn)99個(gè)，共測量3組數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)如表5。

表5 華夏路現(xiàn)場照明測試表

圖2 現(xiàn)場照明實(shí)際效果

2．3．3 松白路LED路燈照明情況

松白路為城市主干道，雙向8車道，目前采用LED路燈路段總長度為12公里，采用12 m路燈對稱布置，間距26 m左右，光源額定功率為210 W。

2011年4月18日LED路燈供應(yīng)商委托深圳電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心對道路進(jìn)行了現(xiàn)場測試，并出示了檢測報(bào)告。測試范圍為:單側(cè)主路兩盞路燈間距26 m×道路寬度14 m，取點(diǎn)99個(gè)，共測量14組數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)如表6。

表6 松白路現(xiàn)場照明測試表

圖3 現(xiàn)場照明實(shí)際效果

2．4 傳統(tǒng)路燈與LED路燈的比較

根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，在滿足規(guī)范情況、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益幾個(gè)方面對其進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)。

2．4．1 技術(shù)規(guī)范的比較

經(jīng)過測試的幾條市政道路均為城市主干道，根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對主干道的要求，比較情況如表7。

表7 滿足規(guī)范情況比較表

在表7中可以看出，采用LED光源的道路其各項(xiàng)指標(biāo)均可滿足《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對主干道的要求，但只能滿足其低檔值。采用高壓鈉燈可以滿足高檔值。

2．4．2 經(jīng)濟(jì)效益的比較

以一條1公里長、雙向6車道城市主干道為例，分別采用LED路燈和高壓鈉燈布置，具體斷面如圖4-5。根據(jù)布置圖，對其經(jīng)濟(jì)效益分析見表8。

圖4 LED燈布置斷面圖

圖5 高壓鈉燈布置斷面圖

表8 高壓鈉燈與LED燈投資和節(jié)能對比表

根據(jù)表8可以看出，采用LED路燈前期投資較大，前期投資相比高壓鈉燈而言要增加37．6%(LED燈按照每瓦30元考慮)，但使用階段節(jié)能明顯，節(jié)能在44．5%左右。采用高壓鈉燈照明功率密度值LPD=1．0 W/m2;采用LED燈照明功率密度值LPD=0．65 W/m2。

根據(jù)LED燈現(xiàn)場檢測的情況來看，目前已經(jīng)完工的幾條LED路燈道路的平均照度都達(dá)不到30 lx，只能達(dá)到規(guī)范中的低標(biāo)準(zhǔn)值，而采用高壓鈉燈的主干道的平均照度均可以達(dá)到30 lx的標(biāo)準(zhǔn)。但是LED在其他方面的優(yōu)勢(如顯色性等)可以彌補(bǔ)其照度不足的缺點(diǎn)。

2．4．3 環(huán)境及社會(huì)效益的比較

由于LED路燈節(jié)能在44．5%左右，每年每公里城市主干道可以節(jié)約電能48 000 kW·h。減少CO2排放4．6萬 t(注:生產(chǎn)電能1 kW·h排放0．96 kg CO2)。LED由于其顯色性好，視覺感受更好，可以更好改善道路交通環(huán)境，符合國家節(jié)能環(huán)保的大方針，且發(fā)展?jié)摿薮?，其效果可見圖6。

圖6 采用高壓鈉燈與LED燈節(jié)效果對比圖

3 LED路燈在應(yīng)用中需要解決的問題

根據(jù)光明新區(qū)的應(yīng)用情況可以看出，在城市主干道上采用LED路燈照明節(jié)能效果突出，符合城市低碳環(huán)保的發(fā)展理念，環(huán)境、社會(huì)效益明顯，但在規(guī)范制定、實(shí)際測量方法、初期投資、產(chǎn)品研發(fā)等多個(gè)方面還存在一定的問題。

(1)根據(jù)CJJ45—2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》光源的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定:快速路、主干路、次干路和支路應(yīng)采用高壓鈉燈。規(guī)范中沒有涉及LED燈。建議盡快修訂、完善相應(yīng)LED路燈照明技術(shù)規(guī)范。

(2)由于受到目前LED發(fā)光特點(diǎn)以及現(xiàn)有技術(shù)的局限性，LED路燈目前總光通量小，在標(biāo)準(zhǔn)選擇上只能采用城市主干道低檔值。

(3)大功率LED路燈的體積較大，在多臺(tái)風(fēng)的沿海地區(qū)存在安全隱患。

(4)初期投資大，一次性投入多。

(5)LED實(shí)際燈具的壽命達(dá)不到5萬小時(shí)，這與電源有很大的關(guān)系，還需廠家完善。

(6)路口段平均照度明顯偏低，需廠家進(jìn)一步研發(fā)新產(chǎn)品。

［1］ CJJ 45—2006城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］

［2］ CJJ 89—2001城市道路照明工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］

［3］ 深圳市地方標(biāo)準(zhǔn)LED道路照明工程技術(shù)規(guī)范征求意見稿［S］