LED路燈在道路照明設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

曾德容　田景洪

摘要：當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，自然資源儲(chǔ)量日益減少，節(jié)能環(huán)保已成為全世界政府和人民的共識(shí)。在道路照明這一應(yīng)用分支里，LED路燈具有功率低、耗電量少、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性強(qiáng)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，因此，LED路燈成為照明設(shè)計(jì)的最佳選擇，具有廣闊的前景。文章對(duì)LED路燈在道路照明設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：LED路燈；道路照明設(shè)計(jì)；節(jié)能環(huán)保；城市建設(shè)；夜間照明 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM923 文章編號(hào)：1009-2374（2015）15-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.011

近幾年，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，夜間道路照明成為城市建設(shè)的一個(gè)重要組成部分。隨著新建道路的增多，以及群眾對(duì)夜間照明要求的提高，路燈數(shù)量迅速增加，耗能也隨之增大。隨著半導(dǎo)體材料應(yīng)用技術(shù)的高速發(fā)展，LED技術(shù)逐漸被照明行業(yè)重視，在景觀照明中，應(yīng)用較為廣泛的是小功率LED光源，而大功率LED路燈也越來越引起人們的關(guān)注。

1 道路照明的設(shè)計(jì)原則

根據(jù)道路等級(jí)，選擇適宜的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)合理地確定工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，其基本原則是以最低的工程投資來最大限度地達(dá)到節(jié)約能源的目的，與此同時(shí)，也要關(guān)注實(shí)用美觀性和保護(hù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的問題。

2 常規(guī)路燈照明型式

當(dāng)前，我國(guó)應(yīng)用較多的路燈照明包括風(fēng)光互補(bǔ)、市電、太陽能這三種型式，三者各有特點(diǎn)和應(yīng)用側(cè)重，總結(jié)概括如下：

2.1 市電路燈照明型式

市電路燈照明型式是當(dāng)前我國(guó)各城市里應(yīng)用較為廣泛的一種照明方式，該方式照明效果好且照明方式靈活多樣，燈具較易維護(hù)，被應(yīng)用于多種標(biāo)準(zhǔn)的道路照明系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是需要敷設(shè)電纜管線并配置路燈供電設(shè)備，施工以及安裝的工作量比較大。

2.2 太陽能路燈照明方式

太陽能路燈通過吸收太陽光，不需要接入市網(wǎng)電，而是通過光電轉(zhuǎn)換將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并LED光源配合來為路燈供電，是一種科技含量較高的綠色路燈照明型式。該方式最突出的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、環(huán)保，同時(shí)不需要敷設(shè)電纜管線和配置路燈供電設(shè)備，安裝施工方便工作量小。路燈開關(guān)是通過時(shí)控器感應(yīng)外接亮度變化來控制，不需要人工操作。這類型式的缺點(diǎn)是應(yīng)用范圍較窄，適用于次干道及以下道路的照明，不適用城市中心區(qū)的道路照明，設(shè)備周邊不能有遮擋，同時(shí)燈具維護(hù)頻繁。近年來，政府將大量資金投入到點(diǎn)亮新農(nóng)村工程項(xiàng)目中，使眾多鄉(xiāng)村道路的照明問題得到了解決，給農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)帶來實(shí)惠的同時(shí)也為太陽能照明開拓了市場(chǎng)空間，積累了工程經(jīng)驗(yàn)。

2.3 風(fēng)光互補(bǔ)路燈照明方式

風(fēng)光互補(bǔ)路燈可以在白天利用太陽能和風(fēng)能發(fā)電供電，而在晚上則可以通過風(fēng)能發(fā)電來供電，將風(fēng)能供電和太陽功能統(tǒng)一配合應(yīng)用起來，增強(qiáng)了供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。其缺點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高。

3 LED路燈在工程應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)

由LED的原理及特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際中應(yīng)用，LED燈主要有以下六個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

3.1 LED路燈與傳統(tǒng)高壓鈉燈路燈參數(shù)比較

表1 LED路燈與傳統(tǒng)高壓鈉燈路燈的性能參數(shù)對(duì)比

對(duì)比項(xiàng)目 LED燈 傳統(tǒng)高壓鈉燈 對(duì)比結(jié)果

光源特點(diǎn) 固體照明 氣體放電照明 固體照明更為堅(jiān)固，

耐撞擊。

光通量 高

（>100lm/W） 高

（>100lm/W） 高壓鈉燈具有較寬的光譜，光照和照度優(yōu)于LED，但由于光譜中部分光不能起到照明的作用，照明效果較差。

顯色指數(shù) 優(yōu)（>80） 差（20左右）

色溫 可變 較低 高壓鈉燈色溫固定，維持在2100K左右，而LED燈色溫變化范圍大，在2000～7000K之間。

燈具功率 高 一般 LED相對(duì)于傳統(tǒng)光源耗能可節(jié)省30%。

配光設(shè)計(jì) 多變 固定 LED燈為點(diǎn)光源，有利于配光設(shè)計(jì)，可以控制光照分布，提升光利用率。

使用壽命 50000小時(shí) 10000小時(shí) 實(shí)際使用壽命高于

高壓鈉燈。

環(huán)保性 無污染 重金屬污染 LED光源無污染，可循環(huán)、可重復(fù)回收利用。

功率特點(diǎn) 恒定功率 變功率 變功率降低高壓鈉燈使用壽命，且增加耗能。

啟動(dòng)電壓 85～265V >198V LED光源啟動(dòng)可適應(yīng)較寬的電壓范圍。

光衰減性 <3%/年 30%/年 LED燈光衰減小。

健康度 高 低 LED燈光線中含紫外線和紅外線少，輻射污染少。

電器安全 50V安全電壓 高壓 LED燈工作電壓電流小，較安全。

從上述對(duì)比分析中可以看出，LED路燈作為一種固態(tài)冷光源，能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能，環(huán)境友好、污染少、耗能低，同時(shí)具有較高的光效和壽命。

3.2 LED燈的發(fā)光效率高，燈具反射損失低

LED燈發(fā)出的光大部分無須經(jīng)過反射即可到達(dá)被照射物體，最大限度地發(fā)出光能，這能夠有效提高燈具效率，在同等照度下，LED實(shí)際消耗的電能更低。以168W的LED路燈為例，它的初始光通量為19200lm，由于LED是單向性發(fā)光，燈具效率較高，透鏡損失10%，燈具損失10%后，整體燈具的光通量為15900lm，燈具總功率為215W，所以該LED路燈的燈具光效為74lm/W。

鈉光源的光效一般是90～140lm/W，但是因?yàn)槭?60°發(fā)光，應(yīng)用到需要照射方向的光較少，只有30%，因此必須通過反射部分非照射方向的光以達(dá)到更高的光的利用。并且光譜中很多光起不到照明作用，例如紫外、紅光、黃光等。由于燈具設(shè)計(jì)的固有缺陷以及成本限制的原因，鈉燈燈具效率一般在40%～45%之間變化。例如，在使用中，光源功率250W鈉燈其初始光通量為30000lm，但燈具光通量?jī)H僅達(dá)到13500lm，也即250W鈉燈實(shí)際功率只有300W，燈具光效為45lm/W，光的利用率較低。endprint

3.3 LED燈為恒流驅(qū)動(dòng)，不受電網(wǎng)波動(dòng)影響

LED（Light Emitting Diode）即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它沒有燃燒的燈絲和電離的氣體，大多為恒流驅(qū)動(dòng)，這與傳統(tǒng)光源是不同的。

LED燈一般通過交流轉(zhuǎn)變成12～24V直流供電，適用于85～265V AC的全電壓輸入范圍，范圍很寬，全球通用，并且對(duì)啟動(dòng)電壓和電流都沒有要求。如果對(duì)每個(gè)LED模塊實(shí)行智能監(jiān)控，采用PWM恒流技術(shù)，電網(wǎng)不管怎樣波動(dòng)，都能精確恒流，使LED工作安全電流下。LED燈的能耗大小幾乎不隨電源電壓變化，所以它工作時(shí)的溫度非常低，對(duì)電網(wǎng)影響也小，因此在滿足電纜敷設(shè)的條件下，可以設(shè)計(jì)采用線徑相對(duì)較小的電纜，故采用LED路燈還可節(jié)省能電纜方面的費(fèi)用。此外，LED光源的工作電流大小可以控制，因此能夠控制亮度。只要電流在額定的范圍內(nèi)，無論是頻繁地開關(guān)電源還是通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電流，LED的壽命均不會(huì)受到影響。

3.4 LED燈壽命長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用少

LED燈壽命長(zhǎng)，耐沖擊震動(dòng)，不易碎，所需維護(hù)費(fèi)用少。下面比較高壓鈉燈與LED路燈工作10年的使用費(fèi)用（以一盞燈為例），見表2。

由表2可以看出，由于LED燈的使用壽命長(zhǎng)，在使用維護(hù)方面可以進(jìn)一步節(jié)約成本。LED路燈價(jià)格方面，目前已有廠家克服了高成本，14000lm的路燈，成本可以控制在2000元以內(nèi)，逐步解決了在使用LED路燈方面的最大顧慮。

表2 LED路燈與高壓鈉燈的使用費(fèi)用比較

燈具類型 10年電耗花費(fèi)（元） 維護(hù)費(fèi)用（元） 總計(jì)（元） 結(jié)論

耗電量（kWh） 電費(fèi)（元） 光源（元） 配電器（元） 人工費(fèi)（元） 小計(jì)（元）

LED路燈 8541 7046 0 0 0 0 7046 LED路燈節(jié)約56.4%

高壓鈉燈 17520 14454 800 300 600 1700 16154

3.5 LED路燈不含鉛、汞等污染元素，對(duì)環(huán)境沒有污染

高壓鈉燈等氣體放電光源的工作原理是電弧的高溫作用激發(fā)液納汞氣發(fā)光，氣體放電光源在生產(chǎn)過程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成汞污染，即使是光源失效后在廢品處理過程中也會(huì)產(chǎn)生汞污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自工業(yè)革命以來，地球大氣環(huán)境的汞含量上升了400多倍，土壤、地下水、大氣被污染后，對(duì)人類以及動(dòng)植物產(chǎn)生了巨大的威脅，而LED路燈則不存在這些問題。電網(wǎng)環(huán)保方面，LED路燈功率因數(shù)高，諧波失真率低，目前很多廠家已做到功率因數(shù)φ≥0.9，諧波失真η≤20%，有效降低了其在供電線路中的損耗，并避免了高頻干擾與電網(wǎng)污染。另外，LED光源無紫外線、熱輻射低，并且純直流工作，無閃爍，消除了傳統(tǒng)路燈頻閃引起的視覺疲勞。

3.6 LED路燈產(chǎn)品多樣化

LED產(chǎn)品一般為模塊化設(shè)計(jì)，有多種組合形式，每個(gè)模塊是一個(gè)獨(dú)立的光源且可互換，可任意組合成不同功率及亮度需求的產(chǎn)品，并且局部故障不影響整個(gè)燈具的正常工作，方便拆卸及維護(hù)。另外，目前某些LED產(chǎn)品采用燈管式設(shè)計(jì)，可直接替換現(xiàn)有的路燈燈管，無需更換燈具外殼，節(jié)約燈具成本。

4 結(jié)語

在當(dāng)前資源緊缺的大環(huán)境下，節(jié)能環(huán)保成為人類發(fā)展的共識(shí)，在道路照明領(lǐng)域，LED照明具有功率低、耗電量少、契合國(guó)家的環(huán)保節(jié)能政策、輻射污染少、更具人性化、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，這使LED照明在道路照明領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和潛力，因此LED燈成為道路照明的最佳選擇。

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作者簡(jiǎn)介：曾德容（1984-），女，四川開江人，供職于中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，碩士，研究方向：市政電氣設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）endprint