淺談LED燈具在道路照明上的節(jié)能應(yīng)用

殷美潔

摘 要：由于LED材料的多種優(yōu)勢(shì)其被廣泛的運(yùn)用于各種發(fā)光設(shè)備之中，使得現(xiàn)在的燈具形態(tài)和性能上都有突破性的進(jìn)展。文章先從LED技術(shù)原理及其發(fā)展進(jìn)行介紹，然后對(duì)LED技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行剖析，并結(jié)合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，分析LED燈具在城市道路照明上應(yīng)用的注意事項(xiàng)，結(jié)合城市道路照明實(shí)際情況，探索在當(dāng)前技術(shù)條件下LED燈具在城市道路照明應(yīng)用的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：LED燈具；道路照明；節(jié)能；應(yīng)用

隨著LED及光電一體技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的創(chuàng)新，智能照明控制系統(tǒng)得到了蓬勃的發(fā)展，智能照明產(chǎn)品由于其功耗、體積、操控及聯(lián)網(wǎng)等各方面性能的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被廣泛滲透到家庭、辦公建筑和公共的設(shè)施等諸多領(lǐng)域，給燈具設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來(lái)了前所未有的改變。曾經(jīng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予“高效藍(lán)色發(fā)光二極管”的發(fā)明者，頒獎(jiǎng)詞介紹道“高效的藍(lán)色發(fā)光二極管的發(fā)明，讓明亮且節(jié)能的白色光源成為可能。如果說(shuō)白熾燈照亮了整個(gè)20世紀(jì)，那么21世紀(jì)將是LED燈的時(shí)代?！?/p>

一、LED燈具在市場(chǎng)上的應(yīng)用情況

自2008年起，LED燈具在我市的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)六年，最早的LED路燈是由生產(chǎn)企業(yè)在花園路試裝的32套LED燈具（已更換11套），2009年起通過(guò)工程招投標(biāo)方式建設(shè)了一批新建道路的LED路燈。截至2013年底LED路燈盞數(shù)達(dá)到5577余盞，占全市路燈的22%。從使用效果來(lái)看，早期安裝LED路燈的道路照度明顯偏低，燈具品質(zhì)普遍不高。

分析其原因有：1、早期LED技術(shù)水平不高；2、片面夸大LED 的節(jié)能效果，在實(shí)際工程實(shí)踐中以犧牲照度來(lái)?yè)Q取節(jié)能。3、2009年后由于采用低價(jià)中標(biāo)，采購(gòu)的LED燈具品質(zhì)不高。這些LED燈具的應(yīng)用給道路照明工作者帶來(lái)一些困惑。困惑一：花大價(jià)錢買來(lái)的LED路燈卻比高壓鈉燈暗。（實(shí)際測(cè)量的路面照度偏低）；困惑二：與LED燈具長(zhǎng)壽命低維護(hù)成本相悖，驅(qū)動(dòng)電源故障率較高且維修成本高；困惑三：缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各元器件交互性差，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)快速更換維修，亮燈率難以保證。

二、LED燈具技術(shù)指標(biāo)分析

（一）光效對(duì)比

1、LED燈具光效

（1）LED燈具的光效定義：在燈具的聲稱使用條件下，燈具發(fā)出的總光通量與其所耗的電功率之比。注：不可更換光源的燈具使用燈具的光效來(lái)表示燈具的出光效率。

（2）LED燈具目前廠家宣稱的光效可達(dá)到110lm/w，到底有多少？在這里我們參考美國(guó)能源署2013在市場(chǎng)上對(duì)LED PAR 38燈隨機(jī)抽樣檢測(cè)的數(shù)據(jù)，多數(shù)產(chǎn)品因?yàn)榻诘漠a(chǎn)品都未達(dá)到要求。

（3）道路照明燈具性能等級(jí)的相應(yīng)要求提出的“不能更換光源的LED燈具的光效90lm/W”。

可以說(shuō)我國(guó)的LED產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)際一流的光效指標(biāo)。

2、高壓鈉燈包括燈具效率和光源效率

（1）道路與街路照明燈具性能要求燈具效率為75%[2]。

（2）高壓鈉燈能效限定值及能效等級(jí)明確400W高壓鈉燈光效為120 lm/w[3]；高壓鈉燈整燈光效0.75*120=90lm/w。

3、國(guó)家“十二五”城市綠色照明規(guī)劃綱要”對(duì)兩種路燈燈具的節(jié)能要求

推進(jìn)高效照明節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用，城市照明高光效、長(zhǎng)壽命光源的應(yīng)用率不低于90%。在滿足配光要求的前提下，高壓鈉燈和金屬鹵化物燈光源的道路照明燈具的效率不低于75%，半導(dǎo)體路燈燈具的系統(tǒng)效能不低于90lm/W。[4]

（二）壽命比對(duì)

燈具的壽命應(yīng)立足于整燈各部件壽命綜合考慮。高壓鈉燈壽命最短的燈泡使用壽命約3～4年。LED燈具驅(qū)動(dòng)電路（以電子元器件為主）的壽命也是3年左右。所以整燈來(lái)看，LED燈具的使用壽命與高壓鈉燈相當(dāng)。

（三）費(fèi)用比對(duì)

1、建設(shè)成本LED路燈高于高壓鈉燈

一款LED路燈目前價(jià)格在7000元～9000元，高壓鈉燈價(jià)格約4000元～5000元，就現(xiàn)狀而言，LED路燈明顯高于高壓鈉燈。

2、維護(hù)成本

電源更換成本高達(dá)600元/套。整流器和燈泡全套僅120元/套，維修費(fèi)用明顯偏高。

初步結(jié)論：從光源的效率來(lái)看，大功率高壓鈉燈燈具和LED燈具光效來(lái)相當(dāng)，小功率LED燈具光效高于高壓鈉燈；二者使用壽命相當(dāng)、LED燈具建設(shè)成本和維修成本略高于鈉燈燈具。隨著LED技術(shù)的發(fā)展其光效提升空間很大，工程造價(jià)也在不斷下降?，F(xiàn)階段我們?nèi)孕枰钥茖W(xué)的眼光分析，尋找最能發(fā)揮LED燈具優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域。

三、LED燈具在道路照明上的節(jié)能應(yīng)用建議

1、發(fā)揮LED燈具在小功率照明燈具上的高光效優(yōu)勢(shì)

循序漸進(jìn)，首先在城市次干道、支路和小區(qū)道路上應(yīng)用。城市支路的路燈功率一般為100w或150w高壓鈉燈其光效93lm/w和103lm/w，燈具效率75%，整燈光效為70 lm/w和77 lm/w。小功率LED燈具由于散熱要求低，光效達(dá)到90lm/w以上是可以保證。相對(duì)高壓可實(shí)現(xiàn)22%～14%的節(jié)能。

2、發(fā)揮LED路燈的配光優(yōu)勢(shì)

充分利用LED燈的定向投光優(yōu)勢(shì)，通過(guò)調(diào)整芯片光源的排列位置、角度，可以快速低成本地提高光的利用率。今年我們結(jié)合我市太白大道中華燈改造，對(duì)原有65w節(jié)能燈進(jìn)行LED節(jié)能改造（30W），由于市場(chǎng)上的LED玉米燈均為直型，光線大部分射到天上去了，實(shí)際照到路面上的光不到30%。我們進(jìn)行了簡(jiǎn)單的角度優(yōu)化（增加傾角）可大幅提高光的利用率，提高路面照度，降低光源功率。

3、利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范節(jié)能指標(biāo)

現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)將照明功率密度（LPD）作為照明節(jié)能的評(píng)價(jià)指標(biāo)[5]。

機(jī)動(dòng)車交通道路照明應(yīng)以照明功率密度（LPD）作為照明節(jié)能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

由于高壓鈉燈產(chǎn)品規(guī)格是固定為1000w、400w、250w、150w、100w、70w等，在設(shè)備選擇上沒(méi)有LED燈具靈活，例如：以一條雙向6車道道路為例，道路單側(cè)寬12米，設(shè)計(jì)桿高12米，桿距36米，對(duì)應(yīng)的面積為12*36=432（平方米）。道路照度要求20LX，LPD功率密度為0.7（W/m2），432*0.7=302W計(jì)算功率為302w，由于高壓鈉燈沒(méi)有300w規(guī)格，若采用200+100或150+150等雙光源不僅光效大幅下降，且不便維護(hù)。多數(shù)設(shè)計(jì)均選用400w鈉燈進(jìn)行高配，不僅過(guò)度消耗的能源，也造成道路照度偏高的弊端。

LED燈具是由一定數(shù)量的光珠組成，單顆粒功率為1或1.2W左右，可根據(jù)要求進(jìn)行任意組合?？蓪?shí)現(xiàn)25%的節(jié)能。

4、完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

LED產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展以及照明市場(chǎng)的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)迫切需要建立一套完整產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

LED燈具缺少統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)廠家按自己的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)產(chǎn)品，配件的交互性差。一旦出現(xiàn)損壞無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修，同時(shí)配件的價(jià)格偏高，無(wú)法保證亮燈率。

5、逐步形成我國(guó)LED燈具質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

參照美國(guó)能源之星逐步建立LED燈具的質(zhì)量認(rèn)證體系，幫助優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品優(yōu)先進(jìn)入應(yīng)用市場(chǎng)。

LED燈具和智能控制系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用日益受到人們普遍的重視與關(guān)注，LED照明技術(shù)作為低污染、低排放、低能耗的綠色能源被越來(lái)越多的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域推廣使用，為我國(guó)發(fā)展新的經(jīng)濟(jì)模式提供了有力的條件。LED燈具的能耗低，反應(yīng)迅速，能夠使用的時(shí)間長(zhǎng)，并且LED燈具的發(fā)光效率非常的高，如果能把LED燈具大范圍推廣的話，這將對(duì)我們國(guó)家的環(huán)保事業(yè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)事業(yè)有著深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB7000.1-2007燈具 第1部分 一般要求與試驗(yàn)GB7000.1-2007燈具 第1部分 一般要求與試驗(yàn).

[2]《道路與街路照明燈具性能要求》GB/T 24827-2009.

[3]《高壓鈉燈能效限定值及能效等級(jí)》GB19573-2004.

[4]十二五”城市綠色照明規(guī)劃綱要.

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