LED路燈設計中的幾個問題

廖曉歡

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司湖北武漢430010）

LED路燈設計中的幾個問題

廖曉歡

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司湖北武漢430010）

通過LED路燈與傳統主流路燈——高壓鈉燈的比較，從理論和實踐上說明：（1）LED路燈節能并不如想象中的那么多；（2）LED路燈功率因數高，一般不需無功補償；（3）LED路燈的色溫不是劣勢；（4）LED路燈配電線路截面不宜減小；（5）LED路燈標準不統一阻礙其推廣。

LED路燈；節能；功率因素；色溫；配電線路截面；標準

近年來，盡管國內LED熱潮逐漸降溫，LED市場趨于理性，但不可否認，LED作為新一代光源，在全世界范圍內正蓬勃發展，人們已經享受到LED技術帶來的一些成果，并將在今后更加深刻的感受其帶來的變革。

現階段LED主要應用于顯示屏的背光、建筑照明等領域，而在道路照明領域由于成本較傳統高壓鈉燈優勢并不明顯，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LED路燈地方標準，深圳市已嚴格要求全市所有新建及改造項目全部采用LED路燈。

作為替代傳統主流路燈—高壓鈉燈的新型光源，LED路燈設計有哪些特點一直是路燈設計者及路燈管理部門關心的問題，筆者根據參與設計LED路燈的經驗和收集到的LED資料，陳述一些看法。

1 LED路燈節能實際效果不理想

節能作為LED路燈與傳統路燈相比最主要的特點，也是眾多廠商大力渲染的LED路燈的重要賣點。從目前廠商推薦的很多LED路燈改造方案來看，在不改變原來路燈燈桿布置方式的條件下，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，即節能可達50%，但是實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路燈究竟比傳統路燈節能多少。

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——燈具個數；

P——整燈電功率，單位W；

W——機動車道寬度，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；

K——維護系數，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一般能達到90lm/W，高壓鈉燈初始光效ηN一般能達到120lm/W；LED燈具車行道利用系數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0.3~0.5，取中間值0.4；LED燈具的維護系數KL與高壓鈉燈的維護系數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燈比高壓鈉燈節能12%。

上述初始光效和車行道利用系數值是大多數LED燈具產品都能達到的，一些優質產品已超過上述數值，其節能效果也更佳。隨著技術的進步，LED燈具的性能不斷提高，其節能效果將越來越明顯。

2 LED路燈功率因數高，一般不需無功補償

高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈，通常需要配套電感鎮流器才能正常工作，由于電感是非線性元件，功率因數較低，約為0.7，因此還需并聯一個補償電容以提高功率因數至0.85左右。路燈系統設計中，還需要在路燈箱變處設置電容集中補償裝置，以進一步改善功率因數，達到電網合理運行的要求。

LED燈核心器件是半導體二極管，其需要直流供電，若電源是交流電就需要整流。通常LED燈具會配置一個集整流、濾波、功率因數校正、調壓于一體的開關電源，其功率因數能達到0.9以上，因此LED燈無需再并聯無功補償電容器，LED路燈系統也無需在路燈箱變處設置電容集中補償裝置。

3 LED路燈的色溫不是劣勢

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

傳統路燈照明中，色溫問題很少被提及，當LED路燈逐漸推廣應用之后，其與傳統光源較大的色溫差異使路燈的色溫問題成為業界關注的交點之一。

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，有人認為LED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，使用一段時間之后LED燈較昏暗。

筆者認為色溫高不是LED路燈的劣勢。對于LED路燈所營造的白色環境，很多習慣黃色燈光的人可能需要一段時間去適應。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

很多人認為LED路燈既然比傳統路燈節能，那么LED燈的配電線路截面應該相應減小，避免不必要的浪費，但是，從深圳應用LED路燈的經驗來看，很多案例其配電線路截面并沒有減小。實際上，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路燈線路總電流小，其截面相應減小，但是從線路保護電器靈敏度的角度考慮，如果LED路燈平配電線路和傳統路燈的配電線路長度一樣，為保證線路首端保護電器具有相同的靈敏度，其配電線路截面不宜減小。

5 結語

LED路燈已經推廣了很多年，雖然有很多城市新建道路照明已經全部LED燈，但從全國范圍內來看，LED路燈仍未成為道路照明的主流，究其原因，是因為缺乏統一的技術標準，各個廠家都按自己的標準生產，光源、燈具、配套電器等自成體系，很難通用。這樣就導致LED路燈一旦出現故障，即使已查明只是某一個部件損壞，也很可能由于找不到相同的配件而更換整個燈具，不僅維護成本高，而且維護的時間也大大延長。

在LED路燈設計過程及與廠家和管理部門的交流中，筆者認為缺乏統一的基礎標準是阻礙LED路燈大范圍推廣最主要的問題。

當今LED路燈生產廠家很多，由于缺乏統一的技術標準，各個廠家都按自己的標準生產，市場上LED路燈產品五花八門，光源、燈具、配套電器等自成體系，很難通用。這樣就導致LED路燈一旦出現故障，即使已查明只是某一個部件損壞，也很可能由于找不到相同的配件而更換整個燈具，不僅維護成本高，而且維護的時間也大大延長。從路燈管理部門角度看，標準統一、部件通用的傳統路燈顯然較LED路燈更易于維護，他們也更樂于接受傳統路燈。因此，LED路燈想要大范圍推廣，統一標準是亟待解決的問題。

[1]SJG22-2011 LED道路照明工程技術規范[S].

[2]CJJ45-2006城市道路照明設計標準[S].

[3]北京照明學會照明設計專業委員會編.照明設計手冊:第二版[M].中國電力出版社,2006,12.

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