城市道路LED照明评价.pdf

城 市 道 路 L E D 照 明 评 价冰 陈元桂 郭燕萍(福 州市规划设计研 究院，福 州市3 5 0 0 0 3)Ev a l ua t i o n o f Ur b a n Ro a d s LED Li g ht i n g CHE N Yu a n g u i GUO Ya n p i n g(F u z h o u P l a n n i n g De s i g n&R e s e a r c h I n s t i t u t e，F u z h o u 3 5 0 0 0 3，C h i n a)Abs t r a c t Th e e v a l u a t i o n i nd e x a n d e n e r g y s a v i n g i n d e x a r e d e t e r mi n e d o n t h e b a s i s o f s i mu l a t i o n c a l c u l a t i o n a n a l y s i s o f L ED r o a d l a mp s a n d t h e c u r r e n t L ED r o a d l a mp a p p l i c a t i o n Mo r e o v e r，t h e c o n c e p t o f LPDE t ha t c a n me e t the r o a d l i g h t i n g r e q u i r e me n t s i n t e r ms o f ma i n t e c h n i c a l p a r a me t e r s a n d e n e r g y s a v i n g e v a l u a t i o n i n d e x i s a l s o p u t f o r wa r d Co mp a r i s o n be t we e n t h e L ED r o a d l a mp a n d s o d i u m l a mp f o r t h e e n e r g y s a v i n g p e rfo r ma n c e i s ma d e a n d t h e e n e r g y s a v i n g me a s u r e s a n d p r o s p e c t s o f t h e L ED r o a d l a mp a r e a n a l y z e d Ke y wo r ds L ED r o a d l i g h t i n g I n i t i a l l umi n o u s flu x a n d l u mi n o u s e ffic a c y o f LED r o a d l a mp Ut i l i z a t i o n f a c t o r s Li g h t i n g p o we r d e n s i t y Un i t i l l u mi n a n c e l i g h t i n g p o w e r d e n s i t y(L P D E)摘要 通过 分析 L E D路灯照 明仿 真计算结果，结合 L E D路灯 产品应用现状 确定城 市道路 L E D照 明质量 评价指 标及 节 能指标，提 出满足道路 照明使 用要 求 的 L E D路 灯 主要 技 术参数和 节 能性 能评 价指 标 L P D E的概念。比较 L E D路灯和 钠灯 的节能性能，分析 L E D路 灯节能措施及前 景。关键 词L E D道路 照 明L E D路 灯 初 始光 通量 及 光 效 利 用 系数 照 明功 率 密度 单 位 照度 照 明 功率密度(L P D E)中图分类号：T M9 2 3 文献标识码：A 随着半导体照 明技术 的进 步和半 导体照明产业 的 发 展。特 别 是随着 半 导体照 明示 范 工程 在各 地 的推 开，L E D路灯在道路照明 中的应用已成为一种发展趋 势，所 以评价 城市道路 L E D照 明质量，评估 L E D路 灯 的应用以及建立城市道 路 L E D照明节 能评 价体系，不 断提 高 L E D路 灯 的节 电效 能，已成为我 们必 须面 对 和解决 的问题 1 城 市道 路 L E D照 明质量评价 1 1 城市道路照明质量评价指标 和标 准值 根 据 C J J 4 52 0 0 6 城市 道 路照 明设 计标 准 ，机 动车交通道路 照明以路面平均亮度(或路面平均照 度)、路 面亮度 均匀度 和纵 向均匀 度(或路 面照度均 匀 度)、眩光 限制、环境 比和诱导性 作为道 路照 明质 量评价指标。照明标准值见表 1。1 2城市道路 L E D照明指标数据统计 与分析 1 2 1 L E D道路照明指标数据统计 为确 定 城 市 道路 L E D照 明标 准，采 用 5 0余 款 L E D路灯 针对 支路、次 干路、主 干路 等不 同道 路场 景、采用 不 同布 灯方 式 进行 D I A L U X道 路 照 明仿 真 计 算 将 不 同类 型道 路 照 明仿 真计 算 数据 与 C J J 4 5 2 0 0 6照 明标 准 的 比较 统 计如 下：a 6 0条支路 照明指标统计结果：路 面平均 照度 最大值 E 是表 1中照明标 准高档值的 2 3 倍，最$：福建 省工业科技重点项 目，项 目编号：2 0 0 9 H 0 0 5 9，项 目名称：L E D路灯的应 用及 芯片研发。作者信息 陈元桂，男，福州市规划设计研 究院，教 授级高级 工程师，院顾问 总工 程师；福 建省土木建 筑学会建 筑电气分会 副会 长，福建省 照明学会副理事长 郭燕萍，女，福州市规划设计研究 院，高级工程师，所总工程师；福建省土木建筑学会建筑 电气分 会理 事，福建 省建 筑 电气技术协作情报网理事，福 建省 照明学会理事 城 道路L E。照明 评价t(陈 元挂 郭燕萍)建 箍电乞。-_BUI L D1 NG 2n1 3 年 第 3 期 I ELECTRl CI TY 表 1 机动车交通道路照明标准值 T a b 1 S t a n d a r d v a l u e s f o r mo t o r v e h i c l e r o a d l i g h t i n g 敷 妒|酶 强 荛 寝|酶 霞 眩 光 黻 制 环 境 比|均 照 霞 均 匀 谯 域 璧 艘 E ，(最 小 值)(最 大 初 始 值 t 维 持 (最 小 值 快速路、主干路(含迎宾 路、通向政府机 I 关和大型公 共建筑的主要 l _ 5 2 0 0 4 0 7 2 0 3 O 0 4 1 0 0 5 道路 位于市中心或商业 中心的道路)次干路 O 7 5 1 O 0 4 0 5 l 0 l 5 O 3 5 1 O O 5 m 支路 O 5 0 7 5 0 4 8 1 0 0 3 1 5 注：的左侧 为低档值，右侧 为高档值。小值 j 是 照明标 准低档值 的 1 1 倍；路 面平均亮 度最 大值 是照 明标准高档值 的 1 5倍，最小值 i 达到标准低档值；路 面照度均 匀度高于标准值；路 面亮 度总均匀度达到或高于标准值：眩光 限制 阈值 增 量最 大值为标 准值 的 6 0；平均 照度 与平均 亮度 比值 小于(或等于)2 0的占 9 3。b 1 7条次干路照 明指标统计结果：路面平均 照 度最 大值 是照 明标 准高档值的 1 5倍，最小值 E i 达到 照 明标 准值；路 面平均 亮度 最大值 是照明标准 高档 值的 1 4倍，最小值 i 达到照 明 标准的低档值：路面照度均匀度 高于标准值；路面亮 度总均匀度达到或高 于标 准值；路 面亮度纵 向均匀 度 达到或高于标准值；眩光 限制 阈值增 量最大值为标 准 值 的 8 O：环 境 比高于 标准值；平 均照 度与 平均 亮 度 比值小于(或等 于)2 0的 占 7 6。C 8条主 干路照 明指标 统计结 果：路面平 均 照 度最大值 E 是照明标准高档值 的 1 2倍，最小 值 E 1 i n 是 照 明标准 低档值 的 1 3 倍；路 面平 均亮度 达 到或大于标准低档值；路面照度均匀度高于标准值；路 面亮度 总均匀度高于标准值；路面亮度纵 向均匀度 达到或高于标准值；眩光限制阈值增量最大值不超过 标准值：环境 比高于标准值；平均照度与平均亮度比 值小于(或等于)2 0的占 8 8。1 2 2 L E D道路照明数据分析 L E D道路照明仿真计算数据表 明，在支路、次干 路 车道数小 于等于 6的主干路应用 L E D路灯照 明，4 _Ma r 2 01 3 Vo l 3 2 No 3 其照 明质量指标 已达 到 城市道路照 明设计 标准城 市道路 的照 明标准 值。随着 L E D路灯 光效 和功率 的 提高，该标准应该 同样适用于 车道数 大于 6的主干路 照 明。亮度是判断道路照 明效果很 重要 的指标，在道路 照 明设计 时，不能仅 限于满足平均 照度的低 档值，而 应 以满足平均亮度 的低 档值 为起始点来测算 所需 的最 小平均照度值。鉴 于仿真计算结 果显示所 统计道路环 境 比 S R均 高于标准值，提示可通过更合理 的二 次配光设计，使 路边和屋边 的光通分 布更合理，更节 能。L E D路灯 的配光类型 多为截光型，眩光 限制性能 较好，同时仿真计算结 果显示 均匀度也较好，所 以可 合 理设计灯 杆高度 和间距，以降低照 明功率 密度值，达 到节 能效 果。2 L E D路灯应 用评估 2 1 L E D路灯初始光通量和初始光效 的定义 L E D路 灯初 始光 通量是 指 L E D路灯整 灯输 出的 初 始总光通量。L E D路灯 的初始 光效 是指 L E D路灯 整灯 输 出的 初始总光通量与灯具输入 的电功 率之 比。2 2不 同类型 城市 道路 L E D路灯 初始 光通量 和 路 灯功 率选择 估算：(1)cuXK X n 式中：。灯具初始光通量，l m；E 路 面平均照度 值，l x，估 算取 值：支 路 1 0l x，次干路 1 5l x，主干路 3 0l x；机动车道路宽度，1 il；S 灯具 的安装 间距 m：c l 车 行道 灯具 利用 系数，估算 取值：支 路 0 5 5。次 干路 0 6 0，主干路 0 6 5；维护系数，一般取 0 7；n 灯具 个 数，对 称 布 置 方式 n=2，其 它 布置方式 n=1。P：(2)叼L 式 中：P 灯具输入 电功率，W：灯具 初始光效，l m W，估算取 值：支 路 8 0 l m W，次 干 路 9 0 l m W，主 干 路 9 0 l m W。2 3常见 道路 类型 所 需 L E D 路灯 初始 光通 量。、灯具功率 P的参考数据(见表 2)2 4目前 L E D路灯应用评估 经 L E D路 灯初始 光通 量、灯 具功率 估算 公式 的 测算，车行道小 于等于 6的机动车交通道路，目前均 有合适 的 L E D路灯可供选择。对于车道数大于 6的道路上 的应用，需要选择 光 效更高 的灯具，这受到性价 比的制约，而大功率 L E D 路 灯(3 0 0 W)市场 上还不 多见，其性能 也还有 待 考证。随着 L E D路灯光 效 的提高，通过提 升灯 具配 光 性 能，合 理地进 行道路 照明设计诸参数 的选择，从 而 提 高灯具光通利用率 以及对灯具散热性 能的进一步 改 善。L E D路灯会在更多主干路上应用。3 L E D道路照 明节能评价 3 1 L E D道路照明节能评价指标 L E D道 路 照 明 以 照 明 功 率 密 度 W m )作 为节 能评价指 标。肋=(L P D，单 位：(3)将。：v_ 、P：U一 代入公式(3)得：Cu X K n t i E L P D：旦 L(4)叼LCu X K 3 2 L E D路灯节能性能评价指标 L P DE L P D E定义：单位照度所需 的照明功率密度值。LP DE：av=J_一(W m)1 x (5)7 L x CuK 3 3 L E D道路照明功率密度(L P D)测算 表 2常见道路类型所需 L E D路灯初始光通量、灯具功率 P参考数据 T a h 2 Re f e r e n c e d a t a f o r t h e i n i t i a l l u mi n o u s fl u x(4 5 0)a n d p o w e r(P)f o r LED r o a d l a mps r e qu i r e d b y n o r ma l r o a ds 车行道 i：鬻 麓 瑟 黧囊 溉具奶始 彀 矗 翟 张 曩 道路等级 宽寝 车 道数 E l I J 、弹|m 镰|臻 支路 7 2 单侧 3 0 O 5 5 5 4 5 5 8 0 7 0 支路 1 0 2 双侧 交错 3 0 0 5 5 7 7 9 2 8 0 1 0 O 支路 1 5 4 双侧对称 3 0 0 5 5 5 8 4 4 8 0 7 5 次干路 1 0 2 单侧 3 0 O 6 1 0 7 1 4 9 0 1 2 0 次干路 1 5 4 双侧 对称 3 0 0 6 8 0 3 6 9 0 9 0 次干路 2 1 6 双侧对称 3 0 0 6 1 1 2 5 0 9 0 1 2 5 主干路 1 5 4 双侧 对称 3 0 0 6 5 1 4 8 3 5 9 0 1 6 5 主干路 2 1 6 双侧对称 3 0 O 6 5 2 07 6 9 9 0 2 3 0 主干路 2 4 6 双侧对称 3 0 0 6 5 2 3 7 3 6 9 0 2 6 5 主干路 3 0 8 双侧对称 3 6 0 6 5 3 5 6 0 4 9 0 1 2 O 4 0 0 3 0 0 3 3 1 仿 真计 算 L E D道 路 照 明灯 具平 均 初始 光效 和车 行道 平均 利 用 系数 统 计(见表 3)鉴 于 8 0l m W 及 以 上 光 效 的 L E D 路 灯 已 经 普 及 9 0 l m W 的光效 是 目 前 性价 比较 高 的灯 具 所 以 对 于 T JE D 路 灯 光 效 选择 如下：支路 8 0 l m W，次 干路 9 Ol 埘 W主 干路 9 0l m W 及 以上 以仿真计算数据为参 数 兼 顾 普 及 应 用 的 原 则。L E D路 灯 车行 道灯 具 利用 系数 G。选择如下：支 路 0 5，次干路 0 6，主干 城市道路 I点。照明评价(陈元桂 郭燕萍)_5 建 裁电乞。_l_BUl I 0 NG 2D 1 3 年 第 3 期 I嚣LECTRl el V 路 0 6 5。3 3 2满 足亮 度 低 档 值 的 道 路 照 明 L P D值 估 算(见表 4)3 3 3 L E D机 动车交通 道路的照 明功率密度值 统计 不 同道路 等级、车道 数情 况 下仿 真 计算 的 i 、i ，根据 满足亮度低 档值 的道路照 明 L P D 估 算值，推荐 L E D机 动车交 通道路 的 照 明功 率密 度 见表 5 3 4 L E D路灯 与高压钠灯节 电性能 比较 3 4 1 高压 钠灯 照明功率密度(L P D)计算 L PD=n P：。S 将 P：、：卵 N C K n 肋：型(6)代人公式(6)得：(7)式中：尸 n 光源功率，w；P 灯 具功 率，W，灯 具采 用 节能 型 电感 镇流器 P=1 1 P B：叩 高 压 钠 灯 光 效，1 m W。3 4 2 高压钠灯 照明功率密度(L P D)计算 LP DE：一L PD 3a ：一 一 (8)叼NCu K 3 4 3 仿真 道路照 明计 算 L E D路 灯与高压 钠 灯 的 L P D E值 比较(见表 6)适 用于支 路、次 干路 的 L E D路 灯节 电性 能 优 于高 压 钠 灯，主干 路 上 L E D路灯 受 光 效 限 制，节 电性能 仍 比高 压钠灯 差，还不具 备推 广 应用 的条件。L E D路 灯 光 效 进 一 步 提 升 前，比 较 明 显 的节 能效 果 主要 体 现 在 电能 节 约 上，由于 高 压钠 灯 光 源 功 率 受 产 品 系列 的 限 制，灯 具 选 用 时 常 出 现 产 品功 率 大 于实 际 使 用 需 要 的情 况 而 L E D路灯功率可根据需要制造，还可 通过 二次配光 设计，提高 光通有效 利用率，减 少浪 费。6 l _，曼 N o 4 L E D路灯节能措施 与节 能前 景分析 a 提 高 L E D路灯光效，从 而提高节电率，如果 叩 I 提高 l 0，L P D E就 降低 到 9 l，也 就是说 节 电 率提高 了 9。b 改善 L E D灯具配光性能 合理选择道路照 明 表 3 L E D道路 照明灯具平均初始光效和 车行道平均利用系数仿 真计 算统计 T a b 3 S i mu l a t i o n v a l u e s t a t i s t i c s f o r t h e a v e r a g e i n i t i a l l u mi n o u s e ffic a c y o f L ED r o a d l a mp s a n d a v e r a g e u t i l i z a t i o n f a c t o r o f v e h i c l e r o a d s 灯具平均初始光效 灯具车行遭平均利用系数 遭咯类黜，(I ra，W)e u 支路 8 3 7 0 5 5 次 于路 8 5 9 0 6 0 主干路 9 2 7 O 6 8 表 4满足亮度低 档值 的道路照 明 L P D估算值 T a b 4 E s t i ma t e d v a l u e f o r r o a d l i g h t i n g L P D t ha t me e t s t h e l o w l e v e l v a l u e o f l u mi na n c e 道路类型 车道黉 C u 毛 胱 L a y m i n m i l D 支路 2 8 0 O 5 0 0 3 6 O 5 9 5 0 3 4 次 干 路 4 9 0 0 6 0 0 2 6 0 7 5 l 5 0 3 9 主 干 路 6 9 0 0 6 5 0 0 2 4 1 _ 5 2 7 O 6 5 注：L i 指 表 1中亮度低 档值，E i 指 仿 真 汁算 中满 足，|i 时的照度值。表 5 L E D机动车交通道路 的照 明功率密度值 Ta b5 L i g h t i ng po we r d e ns i t y o f LED f or mo t o r v e hi c l e r o a d 车道数 照甥麴率密度值 对应标准中规定 道路级别 l 萼 筏 L P D，(W mz)的照度值，k 6 O 8 5 3 0 快 速路 6 1 O 主干路 6 O6 5 2 0 6 0 8 4 0 5 5 l 5 4 0 6 次干路 4 0 4 1 0 4 0 5 2 0 4 1 0 2 0 4 5 支路 2 0 3 5 8 2 0 4 表 6 仿真道路照明计算 L E D路灯 L P D E L 值与高压 钠灯 L P D E N值比较 r a b 6 Co mp a r i s o n o f s i mu l a t i o n r o a d l i g h t i n g c a l c u l a t i o n b e t w e e n t h e L P DEL o f L ED r o a d l a mp a n d L P DEN o f h i g h p r e s s u r e s o d i u m l a mp s L E D光效 高压钠灯光效 重 JE 1)利用系数 商 医 甄矾 系数 一 道路类型 l 霉 毫 l 醢 兹|l白|鼍i|羲 毒 支路 8 0 1 0 6 O 5 5 0 4 4 0 9 6 次干路 9 0 1 1 O 0 6 0 O 5 0 O 9 3 主干路 9 0 1 2 8 0 6 5 0 5 4 1 0 7 设计参 数，提高灯具 利用系数 C 从 而提高节 电率，如果 C 从 0 6提高到 0 7 5，则 L P D E就 降低 到 8 0，也就是说节 电率提高 了 2 0。c 提高灯 具配 光性 能，降低 E ，J 比值，达 到 同样 的道路照 明平均亮度，降低其平均 照度 值，从 而降低照 明功率密度，节约 电能。d 改善二 次配 光，使 环境 比 S R不超标 准，从 而节约 电能。e 合理调节 L E D路灯驱动 电流。降低初 始光通 量，从而降低灯具输入功率，提高节 电率，同时延长 灯具使用寿命。f合理设计路灯布置方式，选择最优灯杆 间距，从而降低照 明功率密度，节约 电能。g 根据不 同道路 照明要 求，选择 合适 的灯具 功 率，从而节约 电能。h 根据所 在地 区地理位 置和季节 变化合理确定 5 结语 开 关灯 时间。并 根据 天空亮 度变化 进 行必要 修正 即采用 光控 和时控 相结合 的控制方式，节约 电能。i 根据道 路灯具 布置方 式，减 少下半夜用灯或 降低下半夜灯功率。i 制定维 护计划，定期进行灯 具 清扫及 其他设 施 的维护，提高维 护 系数，从而提 高维 持照(亮)度 值，延长灯具使用寿命。通 过模拟 仿 真计算 分析，确定城 市道路 L E D照 明质量标 准值、节 能指标 L P D值、满 足道路 照 明使 用 要求 的 L E D路 灯主要技 术参数 分 析 L ED路灯 节 能措 施。有助 于 L E D路灯 的研 发，有效 规范 L E D城 市 道路 照 明的设 计及 建设 和维 护，保证 道路 照 明质 量，提 高道路交通安全性。荔 凼 1 中国建筑科学研究 院 C J J 4 52 0 0 6城市道路 照 明设计标准 S 北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 7 2 中 国建 筑科学 研究 院 G B 5 0 0 3 42 0 0 4建筑 照明设计标准 S 北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 4 3 北京照 明学会照 明设计专业委员会 编 照明设计 手册 M 第 2版 北京：中国电力出版社，2 0 0 6 2 0 1 30 1 2 1 来 稿 城市道路 L E D照明评价(陈元挂 郭燕萍)_