LED路燈設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題

廖曉歡

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司湖北武漢430010）

LED路燈設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題

廖曉歡

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司湖北武漢430010）

通過LED路燈與傳統(tǒng)主流路燈——高壓鈉燈的比較，從理論和實(shí)踐上說明：（1）LED路燈節(jié)能并不如想象中的那么多；（2）LED路燈功率因數(shù)高，一般不需無功補(bǔ)償；（3）LED路燈的色溫不是劣勢(shì)；（4）LED路燈配電線路截面不宜減小；（5）LED路燈標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一阻礙其推廣。

LED路燈；節(jié)能；功率因素；色溫；配電線路截面；標(biāo)準(zhǔn)

近年來，盡管國(guó)內(nèi)LED熱潮逐漸降溫，LED市場(chǎng)趨于理性，但不可否認(rèn)，LED作為新一代光源，在全世界范圍內(nèi)正蓬勃發(fā)展，人們已經(jīng)享受到LED技術(shù)帶來的一些成果，并將在今后更加深刻的感受其帶來的變革。

現(xiàn)階段LED主要應(yīng)用于顯示屏的背光、建筑照明等領(lǐng)域，而在道路照明領(lǐng)域由于成本較傳統(tǒng)高壓鈉燈優(yōu)勢(shì)并不明顯，并且受到大功率LED本身散熱難以很好解決及LED配光難以滿足道路照明要求等方面的制約，LED路燈還處于推廣階段。目前廣東、上海、杭州等一些省市已在道路照明中廣泛采用LED路燈，廣東省已出臺(tái)LED路燈地方標(biāo)準(zhǔn)，深圳市已嚴(yán)格要求全市所有新建及改造項(xiàng)目全部采用LED路燈。

作為替代傳統(tǒng)主流路燈—高壓鈉燈的新型光源，LED路燈設(shè)計(jì)有哪些特點(diǎn)一直是路燈設(shè)計(jì)者及路燈管理部門關(guān)心的問題，筆者根據(jù)參與設(shè)計(jì)LED路燈的經(jīng)驗(yàn)和收集到的LED資料，陳述一些看法。

1 LED路燈節(jié)能實(shí)際效果不理想

節(jié)能作為L(zhǎng)ED路燈與傳統(tǒng)路燈相比最主要的特點(diǎn)，也是眾多廠商大力渲染的LED路燈的重要賣點(diǎn)。從目前廠商推薦的很多LED路燈改造方案來看，在不改變?cè)瓉砺窡魺魲U布置方式的條件下，僅更換燈具，100W的LED燈具可以替代200W的高壓鈉燈，200W的LED燈具可以替代400W的高壓鈉燈，即節(jié)能可達(dá)50%，但是實(shí)際效果并不那么理想。

只有通過比較單位照度所需的照明功率密度值（LPDE），才能正確的得知LED路燈究竟比傳統(tǒng)路燈節(jié)能多少。

單位照度所需的功率密度值

式中：LPD——照明功率密度值，單位/m2；

Eav——路面平均照度值，單位lx。

照明功率密度值

式中：n——燈具個(gè)數(shù)；

P——整燈電功率，單位W；

W——機(jī)動(dòng)車道寬度，單位m；

S——路燈的安裝間距，單位m。路面平均照度值

式中：U——車行道燈具利用系數(shù)；

K——維護(hù)系數(shù)，一般取0.7；

Φ0——燈具初始光通量，單位lm。

將公式（2）、（3）代入公式（1）中，得：

式中：η——燈具初始光效，單位lm/W。

LED路燈的單位照度所需照明功率密度值LPDEL與高壓鈉燈的單位照度所需照明功率密度LPDEN的比值：

目前，LED燈具的初始光效ηL一般能達(dá)到90lm/W，高壓鈉燈初始光效ηN一般能達(dá)到120lm/W；LED燈具車行道利用系數(shù)UL一般為0.55~0.65，取中間值0.6，高壓鈉燈車行道利用系數(shù)0.3~0.5，取中間值0.4；LED燈具的維護(hù)系數(shù)KL與高壓鈉燈的維護(hù)系數(shù)KN假定相同，則由公式（5）得到λ=0.88，即在上述假定條件下LED燈比高壓鈉燈節(jié)能12%。

上述初始光效和車行道利用系數(shù)值是大多數(shù)LED燈具產(chǎn)品都能達(dá)到的，一些優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品已超過上述數(shù)值，其節(jié)能效果也更佳。隨著技術(shù)的進(jìn)步，LED燈具的性能不斷提高，其節(jié)能效果將越來越明顯。

2 LED路燈功率因數(shù)高，一般不需無功補(bǔ)償

高壓鈉燈是一種高強(qiáng)度氣體放電燈，通常需要配套電感鎮(zhèn)流器才能正常工作，由于電感是非線性元件，功率因數(shù)較低，約為0.7，因此還需并聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償電容以提高功率因數(shù)至0.85左右。路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還需要在路燈箱變處設(shè)置電容集中補(bǔ)償裝置，以進(jìn)一步改善功率因數(shù)，達(dá)到電網(wǎng)合理運(yùn)行的要求。

LED燈核心器件是半導(dǎo)體二極管，其需要直流供電，若電源是交流電就需要整流。通常LED燈具會(huì)配置一個(gè)集整流、濾波、功率因數(shù)校正、調(diào)壓于一體的開關(guān)電源，其功率因數(shù)能達(dá)到0.9以上，因此LED燈無需再并聯(lián)無功補(bǔ)償電容器，LED路燈系統(tǒng)也無需在路燈箱變處設(shè)置電容集中補(bǔ)償裝置。

3 LED路燈的色溫不是劣勢(shì)

色溫是指光源的色品與某一溫度下黑體的色品相同時(shí)，該黑體的絕對(duì)溫度為此光源的色溫度，單位為K。

傳統(tǒng)路燈照明中，色溫問題很少被提及，當(dāng)LED路燈逐漸推廣應(yīng)用之后，其與傳統(tǒng)光源較大的色溫差異使路燈的色溫問題成為業(yè)界關(guān)注的交點(diǎn)之一。

高壓鈉燈一般為黃光，色溫約為2000K左右，而LED路燈一般為白光，色溫約為4500K以上。LED路燈推廣之初，有人認(rèn)為L(zhǎng)ED路燈不如原來的高壓鈉燈好，主要原因是白光不如黃光柔和并且新裝的LED燈明亮得有些刺眼，使用一段時(shí)間之后LED燈較昏暗。

筆者認(rèn)為色溫高不是LED路燈的劣勢(shì)。對(duì)于LED路燈所營(yíng)造的白色環(huán)境，很多習(xí)慣黃色燈光的人可能需要一段時(shí)間去適應(yīng)。置于LED燈開始明亮甚至有些刺眼，后來又較昏暗的問題，LED路燈只要今逐漸解決光衰和眩光的問題，必將為更多的人接受。

4 LED路燈配電線路截面不宜減小

很多人認(rèn)為L(zhǎng)ED路燈既然比傳統(tǒng)路燈節(jié)能，那么LED燈的配電線路截面應(yīng)該相應(yīng)減小，避免不必要的浪費(fèi)，但是，從深圳應(yīng)用LED路燈的經(jīng)驗(yàn)來看，很多案例其配電線路截面并沒有減小。實(shí)際上，按照路燈配電線總電流來看，在同等條件下，LED燈配電線路總電流比傳統(tǒng)路燈線路總電流小，其截面相應(yīng)減小，但是從線路保護(hù)電器靈敏度的角度考慮，如果LED路燈平配電線路和傳統(tǒng)路燈的配電線路長(zhǎng)度一樣，為保證線路首端保護(hù)電器具有相同的靈敏度，其配電線路截面不宜減小。

5 結(jié)語

LED路燈已經(jīng)推廣了很多年，雖然有很多城市新建道路照明已經(jīng)全部LED燈，但從全國(guó)范圍內(nèi)來看，LED路燈仍未成為道路照明的主流，究其原因，是因?yàn)槿狈y(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠家都按自己的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，光源、燈具、配套電器等自成體系，很難通用。這樣就導(dǎo)致LED路燈一旦出現(xiàn)故障，即使已查明只是某一個(gè)部件損壞，也很可能由于找不到相同的配件而更換整個(gè)燈具，不僅維護(hù)成本高，而且維護(hù)的時(shí)間也大大延長(zhǎng)。

在LED路燈設(shè)計(jì)過程及與廠家和管理部門的交流中，筆者認(rèn)為缺乏統(tǒng)一的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是阻礙LED路燈大范圍推廣最主要的問題。

當(dāng)今LED路燈生產(chǎn)廠家很多，由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠家都按自己的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，市場(chǎng)上LED路燈產(chǎn)品五花八門，光源、燈具、配套電器等自成體系，很難通用。這樣就導(dǎo)致LED路燈一旦出現(xiàn)故障，即使已查明只是某一個(gè)部件損壞，也很可能由于找不到相同的配件而更換整個(gè)燈具，不僅維護(hù)成本高，而且維護(hù)的時(shí)間也大大延長(zhǎng)。從路燈管理部門角度看，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、部件通用的傳統(tǒng)路燈顯然較LED路燈更易于維護(hù)，他們也更樂于接受傳統(tǒng)路燈。因此，LED路燈想要大范圍推廣，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)是亟待解決的問題。

[1]SJG22-2011 LED道路照明工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]CJJ45-2006城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì)編.照明設(shè)計(jì)手冊(cè):第二版[M].中國(guó)電力出版社,2006,12.

[4]陳元桂,郭燕萍.城市道路LED照明評(píng)價(jià)[J].建筑電氣，2013(3).