LED路燈在市政道路照明中的推廣應(yīng)用

丁 映

（深圳市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳518000）

0 引言

隨著國(guó)家大力推行“節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟(jì)”政策，科技部于2009年4月制定了關(guān)于大力推廣LED產(chǎn)業(yè)的“十城萬盞”試點(diǎn)工作，并出臺(tái)相應(yīng)的激勵(lì)措施。

當(dāng)前LED照明已經(jīng)在多個(gè)省份的市政道路中應(yīng)用，例如福建繼廣東之后成為又一個(gè)全面推廣LED照明的省份，并為配套LED照明順利實(shí)施制定《福建省推廣應(yīng)用LED照明產(chǎn)品的若干措施》、《城市道路LED照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)地方政策和地方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2013年底前，福建省內(nèi)云霄縣、連城縣、城廂區(qū)等3個(gè)縣（區(qū)）已完成對(duì)本縣（區(qū)）市政公共場(chǎng)所的LED照明改造；2014年底前，要求全省各設(shè)區(qū)市至少有1個(gè)縣（市、區(qū)）完成對(duì)本縣（市、區(qū)）市政公共場(chǎng)所的LED照明改造；力爭(zhēng)2015年底前，在全省市政公共領(lǐng)域采用LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明。

1 LED路燈在市政道路上應(yīng)用的評(píng)價(jià)

根據(jù)CJJ45—2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，機(jī)動(dòng)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(dǎo)性作為照明性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

按照《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的檔值，在主干路、次干路、支路等不同等級(jí)道路模擬布置不同功率LED路燈，采用DIALux4.10道路照明軟件進(jìn)行仿真，計(jì)算數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 LED路燈計(jì)算數(shù)據(jù)

現(xiàn)以2013年投入運(yùn)行的福建省某市政道路為例，該市政道路為城市主干路，標(biāo)準(zhǔn)路段采用雙向6車道，標(biāo)準(zhǔn)道路橫斷面形式為6.5m（人行道及非機(jī)動(dòng)車道）—1.75m（綠化帶）—23.5m（機(jī)動(dòng)車道）—1.75m（綠化帶）—6.5m（人行道及非機(jī)動(dòng)車道）。路燈雙側(cè)對(duì)稱布置，采用12m／7m高低臂鋼桿燈，路燈臂長(zhǎng)2m／0.5m，路燈間距32m左右，燈桿位于綠化帶，其中機(jī)動(dòng)車道側(cè)光源采用2×140WLED燈，人行道及非機(jī)動(dòng)車道側(cè)光源采用80WLED燈，具體如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)道路橫斷面圖

采用《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》第2版中照度測(cè)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(jìn)行測(cè)量，各點(diǎn)照度值如圖2所示。根據(jù)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)實(shí)際照度值，由公式Eav＝ ∑Ei／n，UE＝Emin／Eav計(jì)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(diǎn)時(shí)測(cè)點(diǎn)布置圖

由上可知，通過DIALux4.10道路照明軟件仿真計(jì)算和已在市政道路投入運(yùn)行的LED路燈實(shí)際測(cè)量所得數(shù)據(jù)，其各項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到城市道路的照明標(biāo)準(zhǔn)值要求，同時(shí)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(diǎn)分析

2.1 LED路燈的優(yōu)點(diǎn)

（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(dú)立二次光學(xué)設(shè)計(jì)，燈具光效可達(dá)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(dá)95%以上，燈具無需額外配置鎮(zhèn)流器，不會(huì)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(dá)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(zhǎng)時(shí)間工作場(chǎng)所的主要照明，對(duì)人眼起到保護(hù)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(duì)其廢棄物進(jìn)行回收利用，從而響應(yīng)了國(guó)家綠色環(huán)保相關(guān)政策。

（6）LED路燈由單顆1W以上半導(dǎo)體芯片組合而成，整燈功率可以根據(jù)不同設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)電流降低光通量，或者關(guān)閉部分LED路燈模塊，可達(dá)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(shí)際保證3萬h以上，按每天亮燈11h計(jì)算，壽命可達(dá)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(shí)際使用壽命也就2年左右。

2.2 LED路燈的缺點(diǎn)

（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(yán)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(qiáng)。

（3）大功率LED路燈的推廣應(yīng)用，技術(shù)上最大的障礙主要是散熱問題，這是因?yàn)長(zhǎng)ED芯片光效率與工作溫度成反比，溫度每升高10℃就會(huì)產(chǎn)生5%～8%左右的光衰，并且壽命也會(huì)大幅度縮短。

（4）關(guān)于LED路燈應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還未正式批準(zhǔn)，當(dāng)前市場(chǎng)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(yán)重等問題，達(dá)不到在市政道路上應(yīng)用的要求。

綜上所述，隨著LED照明國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，市場(chǎng)的進(jìn)一步成熟規(guī)范，二次光學(xué)系統(tǒng)和配光曲線優(yōu)化設(shè)計(jì)以及散熱、驅(qū)動(dòng)電源等方面技術(shù)改進(jìn)，LED將具備逐步取代傳統(tǒng)光源在市政道路中應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為新一代綠色光源的代表。

3 LED路燈與高壓鈉燈的社會(huì)經(jīng)濟(jì)性能對(duì)比

LED路燈優(yōu)勢(shì)在于節(jié)約電能、減少碳排放、降低運(yùn)行成本，劣勢(shì)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(zhǎng)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(shí)際運(yùn)行效果的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到CJJ45—2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求的情況下，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)LED路燈與普通高壓鈉燈社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析對(duì)比（表2）：電價(jià)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(fèi)＝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(huì)經(jīng)濟(jì)效益比較

采用LED路燈年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)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(hù)費(fèi)以及電價(jià)浮動(dòng)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(jì)方面來說長(zhǎng)期將獲得一定利潤(rùn)，同時(shí)還能減少二氧化碳排放和煤炭資源的使用，對(duì)國(guó)家“節(jié)能減排”政策落實(shí)作出重要貢獻(xiàn)。

4 結(jié)語

“節(jié)能減排，可持續(xù)發(fā)展”已作為國(guó)家基本國(guó)策實(shí)施，在這個(gè)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(lǐng)第三次照明變革。隨著LED路燈運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(hù)環(huán)境，同時(shí)獲得豐厚的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

［1］陳元桂，郭燕萍.城市道路LED照明評(píng)價(jià)［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(shè)計(jì)研究［D］.天津科技大學(xué)，2010

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