LED路燈及其在市政道路照明中的應用與發(fā)展

劉 彬

海口市設計集團有限公司，海南 海口 570100

0 引言

城市道路照明工程建設是完善城市基礎設施的重要措施，我國的道路亮化需求量與日俱增，這與城市化進程加快息息相關，也對道路照明提出更多挑戰(zhàn)。按需照明、追求道路照明綠色發(fā)展具有重要意義。需要根據(jù)城市發(fā)展新需求，科學統(tǒng)籌城市路燈照明節(jié)能方案。目前，我國各市區(qū)的路燈亮度基本達到國家標準，但存在節(jié)能工作未落實的情況。要想提高電力資源的使用率，需要提高節(jié)能意識，并進行更科學合理的設計規(guī)劃。

1 市政道路照明中路燈的發(fā)展現(xiàn)狀

路燈是城市照明的重要組成部分。在傳統(tǒng)路燈照明系統(tǒng)中，比較常用的是高壓鈉燈，其主要由燈桿、燈具、光源和鎮(zhèn)流器等組成，其中鎮(zhèn)流器是高壓鈉燈最重要的元件。高壓鈉燈的光效低，造成了能源的浪費；除去路燈自身光照的耗能，高壓鈉燈的鎮(zhèn)流器的耗能量也較高。因此，隨著市場需求的改變，傳統(tǒng)的高壓鈉燈逐步被淘汰。基于節(jié)能環(huán)保的考量，需要解決高壓鈉燈及其鎮(zhèn)流器耗能大的問題，不斷提升其綜合效能；同時，需要開發(fā)高效、節(jié)能、壽命長、顯色指數(shù)高、環(huán)保的新型路燈，這對城市照明節(jié)能有十分重要的意義[1]。

LED路燈是照明市場的新型節(jié)能燈具，受到照明設計師的青睞。LED路燈即半導體照明路燈，以發(fā)光二極管為光源，發(fā)光二極管是一種固態(tài)冷光源，因此LED路燈具有環(huán)保無污染、耗電少、光效高、壽命長等特點[2]。使用LED路燈可以促進城市照明節(jié)能的發(fā)展。

2 市政道路照明中常見的LED路燈

2.1 LED電路燈

在市政照明工程中，LED電路燈較普及。LED電路燈的供電網(wǎng)絡鋪設簡單，不受電壓波動的影響；LED電路燈的顯色度可選，能滿足不同場合的應用需求；LED電路燈的穩(wěn)定性較高，受環(huán)境因素影響較小；LED電路燈的鋪設成本和維護費用低，沒有多余配線，模塊安裝簡便。但是，為了使LED電路燈的電路管線鋪設符合國家相關標準要求，需要規(guī)范線路設計，為后續(xù)施工做好基本保障，其施工周期較長，工作量較大。

2.2 太陽能LED路燈

太陽能供給穩(wěn)定、價格波動小且清潔環(huán)保，是工程項目最理想的使用能源；太陽能可以轉化為電能，利用太陽能供電，有利于減緩市政電網(wǎng)壓力。與LED電路燈相比，太陽能LED路燈將節(jié)能標準推向新高度。太陽能LED路燈無須鋪設電網(wǎng)，縮短了工期，工作效率更高。而且，每個路燈都有單獨使用的光電能接收板，如果有路燈出現(xiàn)故障，其余路燈不會受影響，維修成本較低，整體照明壽命較長。但是，太陽能LED路燈對天氣和光照條件有特殊要求，如遇光照較弱的天氣，光電轉化效率會大打折扣。另外，太陽能LED路燈受環(huán)境條件限制，其周圍不能有遮蔽物，否則會影響太陽能LED路燈的正常工作。我國使用的太陽能LED路燈多布置在輔干道，這些地方具備較充足的光照。

2.3 風光互補LED路燈

風能也是較常見的再生能源，但其利用率相對較低。有設計人員為了擺脫太陽能約束條件的制約，將風能與太陽能結合，設計了風光互補LED路燈。在光照充足的白天，風光互補LED路燈利用太陽能收集板收集太陽能；在沒有光照的夜晚，通過風能儲蓄電力，為后續(xù)的照明提供電能。風光互補LED路燈具有很強的實用性，但此種照明方式在結構構造方面有較高要求，設計成本偏高，使設備采購成本增加，而且設備維護工作技術性較強，對后續(xù)保養(yǎng)維護提出挑戰(zhàn)。

3 LED路燈的優(yōu)勢與劣勢

3.1 LED路燈的優(yōu)勢

與其他市政照明方式相比，LED路燈的優(yōu)勢明顯。

（1）LED路燈使用定向輻射，可以減少漫反射的不利影響。LED燈具通常采用單顆LED芯片集成的系統(tǒng)，所有芯片都經(jīng)過了二次光學設計，光照效率較高，而且光源可直達路面，不受其他干擾因素影響。

（2）LED路燈的穩(wěn)定性較高，穩(wěn)流效果強。符合生產標準的LED燈具的功率比值遠高于傳統(tǒng)的高壓鈉燈，而且在使用中無須配備穩(wěn)流設備，也不會受電壓波動影響造成光源不穩(wěn)[3]。

（3）LED路燈的光源顯色指數(shù)高，而高壓鈉燈的光譜窄、顯色性低，不利于駕駛安全。LED路燈的顯色性高于同類燈具，不會使照射范圍內的物體出現(xiàn)顏色偏差。

（4）LED路燈不會造成光污染，對人眼無刺激。

（5）LED路燈的生產原料環(huán)保無毒，而傳統(tǒng)燈具重金屬元件使用超標，回收再利用效果低于LED燈具。

（6）LED路燈的亮度值更高，可以改變原有路燈能耗消耗過大的問題。而且隨著科技水平的提高，LED路燈的使用壽命可達數(shù)萬小時，耐用性更強。

（7）LED路燈的環(huán)保性強，不含任何有輻射的物質，且受電源電壓影響較小，發(fā)光效能高、穿透性強。

（8）LED路燈不需要高壓，電壓更穩(wěn)定，受環(huán)境影響因素較小，極少出現(xiàn)自燃、爆炸等危險情況，安全性高。

LED路燈的優(yōu)勢比傳統(tǒng)路燈更大，因此使用頻率逐年增加，盡管目前LED路燈系統(tǒng)建設處于起步階段，但其市場前景不容小覷。

3.2 LED路燈的劣勢

LED路燈在實際應用中也存在不足。例如，市面LED燈具的配光類型主要為截光型，照明均勻程度受影響，常會導致照明范圍內出現(xiàn)“斑馬線”（路面出現(xiàn)黑白交替現(xiàn)象，人的視覺隨之忽暗忽亮，也被稱為“光斑”）。LED路燈的色溫偏高，眩光問題嚴重，且穿霧能力低于高壓鈉燈，對天氣有一定要求。LED路燈的散熱設計煩瑣，散熱能力較差，這不僅影響燈芯溫度，而且燈具使用周期會大大縮短。通常，LED燈具的溫度每上升10 ℃，就會導致燈具照明出現(xiàn)5%左右的光衰，而且目前尚未找到解決大型LED路燈溫度過高問題的有效方法。

4 LED路燈在市政道路照明中的實際應用

4.1 燈具選用

以某市政道路為例研究LED路燈的照明設計。以前，該道路的照明光源使用的是400 W的高壓鈉燈，其功率過高導致故障頻出，維護成本較高。對此，設計人員使用200 W的LED路燈代替了400 W的高壓鈉燈，以降低耗能。同時，LED路燈使用的PC材料透光率較高，經(jīng)過多次設計，其照射范圍更廣。使用LED路燈后達到的照明效果如圖1所示。

圖1 LED路燈的照明效果

4.2 照明設計

該市政道路為帶有中央綠化帶的雙向6車道，其中，綠化帶寬度為3 m。于綠化帶中鋪設LED路燈，選用截光型LED燈具，其功率為200 W，各路燈燈桿間距為30 m，燈桿高度設置為12 m。LED路燈的照明范圍能輕松覆蓋6條車道的大部分區(qū)域，在保證照明質量的同時，可以提高道路的美觀程度，增強光照的連貫性。工作人員對LED路燈進行了各項性能的測試，結果都符合施工要求。這也從另一角度印證了LED路燈可靠性強、節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢大的特點。

4.3 電源選用

該市政道路在照明工程改造前，其路燈系統(tǒng)使用路邊的箱式變壓器供電。因為高壓鈉燈的耗能偏大，啟動時容易電壓不穩(wěn)，導致供電網(wǎng)的漏洞較多，供電范圍較小。使用LED路燈進行照明工程改造，實現(xiàn)照明全覆蓋，可以克服箱式變壓器的缺點，在電纜截面不變的情況下，可以降低電壓耗能，并使供電半徑增加1.5倍。經(jīng)過幾年的改造，根據(jù)國家頒布的相關標準對敷設電纜進行嚴格把關，實現(xiàn)了路燈節(jié)能、供電范圍變大的目標，供電半徑的增加減少了箱式變壓器的投入，并改進了照明效果。

5 LED路燈在市政道路照明中的應用前景

5.1 應用優(yōu)勢顯著，市場前景廣闊

現(xiàn)階段，盡管LED路燈也有一些不足之處，但其憑借自身優(yōu)點獲得了更多關注。LED路燈的使用壽命較長，具備特殊制造流程和無毒無輻射的特點，可以將對環(huán)境的污染和對人類的危害降到最小；LED路燈可以利用新型能源，能給市民的生活和出行帶來更多便利；LED路燈的適應性在不斷提高，可以適應我國由于地形復雜、環(huán)境多樣導致的多樣化的使用條件。盡管LED燈具的價格較高，但是綜合考慮其優(yōu)勢和后續(xù)維護保養(yǎng)成本，其具有較強的競爭實力。

LED道路照明技術被國內外的許多國家使用，能更好地解決能源短缺帶來的危害，在不損害環(huán)境的前提下，其使用效率更高、更節(jié)能，應用優(yōu)勢顯著。LED照明技術的市場競爭水平高，應用前景廣闊。一方面，在“十四五”規(guī)劃期間，國家對城市建設規(guī)劃提出新期望，LED燈具的市場發(fā)展態(tài)勢良好，可以吸引更多的企業(yè)加入；另一方面，我國已經(jīng)建成全面小康社會，大到國家實力、小到公民收入都有了翻天覆地的變化，國家和人民的經(jīng)濟收入提高，使LED的照明費用不再成為限制條件。與此同時，國家也在積極支持LED照明技術的發(fā)展，對其發(fā)展進行了優(yōu)化改革，因此LED照明技術的發(fā)展前景越來越好。

隨著我國城市化進程的加快，市政建設需要不斷更迭來滿足人們的生活需求，而市政路燈照明建設作為其中的重要一環(huán)亟須科學規(guī)劃和發(fā)展。LED路燈作為一種新型路燈，憑借節(jié)能、無光源污染等諸多優(yōu)勢得到普遍認可。現(xiàn)階段，在道路照明系統(tǒng)中投入使用的LED光源主要為大功率LED路燈。與普通的LED光源相比，大功率LED光源的節(jié)能效果更好。為了應對全球范圍內的資源緊缺，新能源的開發(fā)利用是大勢所趨，隨著LED技術的不斷成熟，其必將在世界范圍內得到進一步推廣。

5.2 智能LED路燈的發(fā)展

智能控制是智能照明的根本，智能照明是未來發(fā)展趨勢。通過智能照明，利用大數(shù)據(jù)、大系統(tǒng)共享模型，整合資源，可以避免重復建設，實現(xiàn)全面感知、協(xié)同運行、高效管理、智能控制、綠色節(jié)能的目標，最終實現(xiàn)城市照明的可持續(xù)發(fā)展，達到城市化建設的更高階段。

從能源管理的角度看，管理部門需要引入更高效的管理和節(jié)能解決方案；從城市管理的角度看，城市需要以有效的數(shù)據(jù)為基礎進行照明分析、控制和決策；從智慧城市建設的角度看，城市物聯(lián)網(wǎng)的建設是重中之重。智慧路燈集成了城市照明、城市供電節(jié)點、城市網(wǎng)絡節(jié)點等多種應用，是智慧基礎設施的重要組成部分。智慧路燈作為智慧城市的基礎設施，可以通過應用各種傳感技術，為智慧城市建設提供更智能的技術手段，實現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)的全面收集和特征提取，提供智慧城市的數(shù)據(jù)分析業(yè)務和頂層業(yè)務。應用智慧路燈可以提供更多有價值的數(shù)據(jù)信息，逐步構建城市智慧服務體系，進一步為城市管理者和市民提供新服務和新模式，其未來發(fā)展空間巨大。路燈的智能化改造勢在必行。

6 結束語

文章主要分析了LED路燈在市政照明系統(tǒng)建設中的重要地位及其應用，在已有的優(yōu)勢之上LED路燈可以得到更好的推廣和應用，與和諧、綠色的生態(tài)家園的建設息息相關。在城市建設中，需要根據(jù)實際情況靈活投入LED路燈建設，在保證夜間道路照明滿足市民出行要求的同時，促進城市的可持續(xù)發(fā)展。