丁 映
(深圳市政設計研究院有限公司,廣東 深圳518000)
隨著國家大力推行“節(jié)能減排,低碳經濟”政策,科技部于2009年4月制定了關于大力推廣LED產業(yè)的“十城萬盞”試點工作,并出臺相應的激勵措施。
當前LED照明已經在多個省份的市政道路中應用,例如福建繼廣東之后成為又一個全面推廣LED照明的省份,并為配套LED照明順利實施制定《福建省推廣應用LED照明產品的若干措施》、《城市道路LED照明設計標準》等相關地方政策和地方行業(yè)標準。
2013年底前,福建省內云霄縣、連城縣、城廂區(qū)等3個縣(區(qū))已完成對本縣(區(qū))市政公共場所的LED照明改造;2014年底前,要求全省各設區(qū)市至少有1個縣(市、區(qū))完成對本縣(市、區(qū))市政公共場所的LED照明改造;力爭2015年底前,在全省市政公共領域采用LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明。
根據(jù)CJJ45—2006《城市道路照明設計標準》,機動車道路照明主要以路面平均亮度Lav(或平均照度Eav)、路面亮度總均勻度UO和縱向均勻度UL(或照度均勻度UE)、玄光限制閥增量TI、環(huán)境比SR及誘導性作為照明性能評價指標。
按照《城市道路照明設計標準》中的檔值,在主干路、次干路、支路等不同等級道路模擬布置不同功率LED路燈,采用DIALux4.10道路照明軟件進行仿真,計算數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 LED路燈計算數(shù)據(jù)
現(xiàn)以2013年投入運行的福建省某市政道路為例,該市政道路為城市主干路,標準路段采用雙向6車道,標準道路橫斷面形式為6.5m(人行道及非機動車道)—1.75m(綠化帶)—23.5m(機動車道)—1.75m(綠化帶)—6.5m(人行道及非機動車道)。路燈雙側對稱布置,采用12m/7m高低臂鋼桿燈,路燈臂長2m/0.5m,路燈間距32m左右,燈桿位于綠化帶,其中機動車道側光源采用2×140WLED燈,人行道及非機動車道側光源采用80WLED燈,具體如圖1所示。
圖1 標準道路橫斷面圖
采用《照明設計手冊》第2版中照度測量中心法,沿道路縱方向把2盞路燈間距11等分,道路橫方向把每條車道3等分,進行測量,各點照度值如圖2所示。根據(jù)各個測量點實際照度值,由公式Eav= ∑Ei/n,UE=Emin/Eav計算路面平均照度Eav=38lx,照度均勻度UE=0.72。
圖2 采用中心布點時測點布置圖
由上可知,通過DIALux4.10道路照明軟件仿真計算和已在市政道路投入運行的LED路燈實際測量所得數(shù)據(jù),其各項指標已達到城市道路的照明標準值要求,同時功率密度還降低了不少,節(jié)能效果比較明顯。
(1)LED路燈具有定向輻射特性,光的漫射極少,通過單顆LED芯片獨立二次光學設計,燈具光效可達到88%左右,光源發(fā)出的大部分光射向道路,從而使光能得到最大限度的利用,大幅度提高了光照效率和節(jié)能效果。
(2)LED路燈功率因數(shù)高達95%以上,燈具無需額外配置鎮(zhèn)流器,不會產生高次諧波,大幅度提高了電能質量,減少了電能損耗。
(3)LED光源顯色指數(shù)最高達到80%,幾乎接近自然太陽光,而道路上使用的高壓鈉燈顯色指數(shù)一般只有23%。隨著顯色指數(shù)的提高,人們能夠更清晰地看清不同顏色外貌的物體。
(4)LED光源可做到無閃爍、無紫外線輻射,發(fā)熱量比傳統(tǒng)燈具少60%~78%,無碳排放,已被作為室內及長時間工作場所的主要照明,對人眼起到保護作用。
(5)LED光源無傳統(tǒng)照明產品所需的汞、鉛、重金屬等有害污染,并可以對其廢棄物進行回收利用,從而響應了國家綠色環(huán)保相關政策。
(6)LED路燈由單顆1W以上半導體芯片組合而成,整燈功率可以根據(jù)不同設計標準隨意調整,避免了高壓鈉燈功率規(guī)格較少造成的不合理照明現(xiàn)象。
(7)深夜通過合理調節(jié)LED路燈驅動電流降低光通量,或者關閉部分LED路燈模塊,可達到降低輸入功率以及路面亮度水平的目的。
(8)LED路燈理論使用壽命在5萬h以上,實際保證3萬h以上,按每天亮燈11h計算,壽命可達6~7年;而傳統(tǒng)的高壓鈉燈理論使用壽命一般為2萬h,實際使用壽命也就2年左右。
(1)因LED路燈配光類型多為截光型,照明均勻度較低,斑馬線現(xiàn)象嚴重。
(2)LED光源色溫偏高,眩光比較明顯;而高壓鈉燈色溫低,舒適,穿霧能力強。
(3)大功率LED路燈的推廣應用,技術上最大的障礙主要是散熱問題,這是因為LED芯片光效率與工作溫度成反比,溫度每升高10℃就會產生5%~8%左右的光衰,并且壽命也會大幅度縮短。
(4)關于LED路燈應用國家標準還未正式批準,當前市場上LED燈的質量良莠不齊,部分LED燈存在壽命較短、光衰比較嚴重等問題,達不到在市政道路上應用的要求。
綜上所述,隨著LED照明國家相關標準的實施,市場的進一步成熟規(guī)范,二次光學系統(tǒng)和配光曲線優(yōu)化設計以及散熱、驅動電源等方面技術改進,LED將具備逐步取代傳統(tǒng)光源在市政道路中應用的技術優(yōu)勢,成為新一代綠色光源的代表。
LED路燈優(yōu)勢在于節(jié)約電能、減少碳排放、降低運行成本,劣勢主要體現(xiàn)在初始工程投資總額較高。
我們現(xiàn)在以福建某市政道路為例,道路總長10km,在同等條件下以180W的LED燈取代250W高壓鈉燈,在光源技術參數(shù)和道路實際運行效果的各項指標均達到CJJ45—2006《城市道路照明設計標準》要求的情況下,根據(jù)相關數(shù)據(jù)對LED路燈與普通高壓鈉燈社會經濟效益進行分析對比(表2):電價0.80元/kW·h,路燈平均每天亮燈11h,一年使用365天。
采用LED路燈年節(jié)約電費=62.63-42.89=19.74萬元
采用LED路燈成本回收期=(989.93-881.12)/19.74=5.5年
表2 LED路燈與高壓鈉燈社會經濟效益比較
采用LED路燈年節(jié)約標準煤=96.22-65.89=30.33t
采用LED路燈年減少二氧化碳排放=254.36-174.18=80.18t
由此可見,不考慮資金成本、路燈維護費以及電價浮動等因素,從節(jié)省電能角度分析,使用LED燈替代高壓鈉燈,5.5年即可收回成本。而LED燈的使用壽命期通常為7年左右,因而采用LED路燈光源從經濟方面來說長期將獲得一定利潤,同時還能減少二氧化碳排放和煤炭資源的使用,對國家“節(jié)能減排”政策落實作出重要貢獻。
“節(jié)能減排,可持續(xù)發(fā)展”已作為國家基本國策實施,在這個背景下,綠色、低碳LED產業(yè)將因此受惠。LED照明將以其綠色、節(jié)能的特性,繼明火和白熾燈之后引領第三次照明變革。隨著LED路燈運行經驗不斷成熟、技術不斷發(fā)展,LED光源將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源,從而大幅度降低能源損耗、保護環(huán)境,同時獲得豐厚的社會、經濟效益。
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