LED路燈在市政道路照明中的推廣應用

丁 映

（深圳市政設計研究院有限公司，廣東 深圳518000）

0 引言

隨著國家大力推行“節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟”政策，科技部于2009年4月制定了關于大力推廣LED產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(nèi)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。

1 LED路燈在市政道路上應用的評價

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(cè)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(cè)光源采用2×140WLED燈，人行道及非機動車道側(cè)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。

2 LED路燈技術(shù)優(yōu)缺點分析

2.1 LED路燈的優(yōu)點

（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(chǎn)生高次諧波，大幅度提高了電能質(zhì)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(nèi)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(chǎn)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(diào)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(diào)節(jié)LED路燈驅(qū)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。

2.2 LED路燈的缺點

（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(shù)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(chǎn)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(zhì)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(qū)動電源等方面技術(shù)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(shù)優(yōu)勢，成為新一代綠色光源的代表。

3 LED路燈與高壓鈉燈的社會經(jīng)濟性能對比

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(shù)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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。

4 結(jié)語

“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(chǎn)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(jīng)驗不斷成熟、技術(shù)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(jīng)濟效益。

［1］陳元桂，郭燕萍.城市道路LED照明評價［J］.建筑電氣，2013（3）：3～7

［2］王寶.天津地區(qū)的道路照明燈具設計研究［D］.天津科技大學，2010

［3］CJJ45—2006 城市道路照明設計標準［S］