LED路燈在道路照明設計中的應用

曾德容　田景洪

摘要：當前世界經濟飛速發展，自然資源儲量日益減少，節能環保已成為全世界政府和人民的共識。在道路照明這一應用分支里，LED路燈具有功率低、耗電量少、壽命長、穩定性強、綠色環保等特點，因此，LED路燈成為照明設計的最佳選擇，具有廣闊的前景。文章對LED路燈在道路照明設計中的應用進行了探討。

關鍵詞：LED路燈；道路照明設計；節能環保；城市建設；夜間照明 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM923 文章編號：1009-2374（2015）15-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.011

近幾年，隨著城市建設的飛速發展，夜間道路照明成為城市建設的一個重要組成部分。隨著新建道路的增多，以及群眾對夜間照明要求的提高，路燈數量迅速增加，耗能也隨之增大。隨著半導體材料應用技術的高速發展，LED技術逐漸被照明行業重視，在景觀照明中，應用較為廣泛的是小功率LED光源，而大功率LED路燈也越來越引起人們的關注。

1 道路照明的設計原則

根據道路等級，選擇適宜的設計標準，根據設計標準合理地確定工程建設標準，其基本原則是以最低的工程投資來最大限度地達到節約能源的目的，與此同時，也要關注實用美觀性和保護生態環境保護的問題。

2 常規路燈照明型式

當前，我國應用較多的路燈照明包括風光互補、市電、太陽能這三種型式，三者各有特點和應用側重，總結概括如下：

2.1 市電路燈照明型式

市電路燈照明型式是當前我國各城市里應用較為廣泛的一種照明方式，該方式照明效果好且照明方式靈活多樣，燈具較易維護，被應用于多種標準的道路照明系統，其缺點是需要敷設電纜管線并配置路燈供電設備，施工以及安裝的工作量比較大。

2.2 太陽能路燈照明方式

太陽能路燈通過吸收太陽光，不需要接入市網電，而是通過光電轉換將太陽能轉化為電能，并LED光源配合來為路燈供電，是一種科技含量較高的綠色路燈照明型式。該方式最突出的優點是節能、環保，同時不需要敷設電纜管線和配置路燈供電設備，安裝施工方便工作量小。路燈開關是通過時控器感應外接亮度變化來控制，不需要人工操作。這類型式的缺點是應用范圍較窄，適用于次干道及以下道路的照明，不適用城市中心區的道路照明，設備周邊不能有遮擋，同時燈具維護頻繁。近年來，政府將大量資金投入到點亮新農村工程項目中，使眾多鄉村道路的照明問題得到了解決，給農村偏遠地區帶來實惠的同時也為太陽能照明開拓了市場空間，積累了工程經驗。

2.3 風光互補路燈照明方式

風光互補路燈可以在白天利用太陽能和風能發電供電，而在晚上則可以通過風能發電來供電，將風能供電和太陽功能統一配合應用起來，增強了供電系統的可靠性和穩定性。其缺點是系統結構復雜，運行維護費用較高。

3 LED路燈在工程應用上的優勢

由LED的原理及特點，結合實際中應用，LED燈主要有以下六個方面的優勢：

3.1 LED路燈與傳統高壓鈉燈路燈參數比較

表1 LED路燈與傳統高壓鈉燈路燈的性能參數對比

對比項目 LED燈 傳統高壓鈉燈 對比結果

光源特點 固體照明 氣體放電照明 固體照明更為堅固，

耐撞擊。

光通量 高

（>100lm/W） 高

（>100lm/W） 高壓鈉燈具有較寬的光譜，光照和照度優于LED，但由于光譜中部分光不能起到照明的作用，照明效果較差。

顯色指數 優（>80） 差（20左右）

色溫 可變 較低 高壓鈉燈色溫固定，維持在2100K左右，而LED燈色溫變化范圍大，在2000～7000K之間。

燈具功率 高 一般 LED相對于傳統光源耗能可節省30%。

配光設計 多變 固定 LED燈為點光源，有利于配光設計，可以控制光照分布，提升光利用率。

使用壽命 50000小時 10000小時 實際使用壽命高于

高壓鈉燈。

環保性 無污染 重金屬污染 LED光源無污染，可循環、可重復回收利用。

功率特點 恒定功率 變功率 變功率降低高壓鈉燈使用壽命，且增加耗能。

啟動電壓 85～265V >198V LED光源啟動可適應較寬的電壓范圍。

光衰減性 <3%/年 30%/年 LED燈光衰減小。

健康度 高 低 LED燈光線中含紫外線和紅外線少，輻射污染少。

電器安全 50V安全電壓 高壓 LED燈工作電壓電流小，較安全。

從上述對比分析中可以看出，LED路燈作為一種固態冷光源，能夠將電能轉化為光能，環境友好、污染少、耗能低，同時具有較高的光效和壽命。

3.2 LED燈的發光效率高，燈具反射損失低

LED燈發出的光大部分無須經過反射即可到達被照射物體，最大限度地發出光能，這能夠有效提高燈具效率，在同等照度下，LED實際消耗的電能更低。以168W的LED路燈為例，它的初始光通量為19200lm，由于LED是單向性發光，燈具效率較高，透鏡損失10%，燈具損失10%后，整體燈具的光通量為15900lm，燈具總功率為215W，所以該LED路燈的燈具光效為74lm/W。

鈉光源的光效一般是90～140lm/W，但是因為是360°發光，應用到需要照射方向的光較少，只有30%，因此必須通過反射部分非照射方向的光以達到更高的光的利用。并且光譜中很多光起不到照明作用，例如紫外、紅光、黃光等。由于燈具設計的固有缺陷以及成本限制的原因，鈉燈燈具效率一般在40%～45%之間變化。例如，在使用中，光源功率250W鈉燈其初始光通量為30000lm，但燈具光通量僅僅達到13500lm，也即250W鈉燈實際功率只有300W，燈具光效為45lm/W，光的利用率較低。endprint

3.3 LED燈為恒流驅動，不受電網波動影響

LED（Light Emitting Diode）即發光二極管，是一種半導體固體發光器件，它沒有燃燒的燈絲和電離的氣體，大多為恒流驅動，這與傳統光源是不同的。

LED燈一般通過交流轉變成12～24V直流供電，適用于85～265V AC的全電壓輸入范圍，范圍很寬，全球通用，并且對啟動電壓和電流都沒有要求。如果對每個LED模塊實行智能監控，采用PWM恒流技術，電網不管怎樣波動，都能精確恒流，使LED工作安全電流下。LED燈的能耗大小幾乎不隨電源電壓變化，所以它工作時的溫度非常低，對電網影響也小，因此在滿足電纜敷設的條件下，可以設計采用線徑相對較小的電纜，故采用LED路燈還可節省能電纜方面的費用。此外，LED光源的工作電流大小可以控制，因此能夠控制亮度。只要電流在額定的范圍內，無論是頻繁地開關電源還是通過控制系統調節電流，LED的壽命均不會受到影響。

3.4 LED燈壽命長，維護費用少

LED燈壽命長，耐沖擊震動，不易碎，所需維護費用少。下面比較高壓鈉燈與LED路燈工作10年的使用費用（以一盞燈為例），見表2。

由表2可以看出，由于LED燈的使用壽命長，在使用維護方面可以進一步節約成本。LED路燈價格方面，目前已有廠家克服了高成本，14000lm的路燈，成本可以控制在2000元以內，逐步解決了在使用LED路燈方面的最大顧慮。

表2 LED路燈與高壓鈉燈的使用費用比較

燈具類型 10年電耗花費（元） 維護費用（元） 總計（元） 結論

耗電量（kWh） 電費（元） 光源（元） 配電器（元） 人工費（元） 小計（元）

LED路燈 8541 7046 0 0 0 0 7046 LED路燈節約56.4%

高壓鈉燈 17520 14454 800 300 600 1700 16154

3.5 LED路燈不含鉛、汞等污染元素，對環境沒有污染

高壓鈉燈等氣體放電光源的工作原理是電弧的高溫作用激發液納汞氣發光，氣體放電光源在生產過程中會對環境造成汞污染，即使是光源失效后在廢品處理過程中也會產生汞污染。據統計，自工業革命以來，地球大氣環境的汞含量上升了400多倍，土壤、地下水、大氣被污染后，對人類以及動植物產生了巨大的威脅，而LED路燈則不存在這些問題。電網環保方面，LED路燈功率因數高，諧波失真率低，目前很多廠家已做到功率因數φ≥0.9，諧波失真η≤20%，有效降低了其在供電線路中的損耗，并避免了高頻干擾與電網污染。另外，LED光源無紫外線、熱輻射低，并且純直流工作，無閃爍，消除了傳統路燈頻閃引起的視覺疲勞。

3.6 LED路燈產品多樣化

LED產品一般為模塊化設計，有多種組合形式，每個模塊是一個獨立的光源且可互換，可任意組合成不同功率及亮度需求的產品，并且局部故障不影響整個燈具的正常工作，方便拆卸及維護。另外，目前某些LED產品采用燈管式設計，可直接替換現有的路燈燈管，無需更換燈具外殼，節約燈具成本。

4 結語

在當前資源緊缺的大環境下，節能環保成為人類發展的共識，在道路照明領域，LED照明具有功率低、耗電量少、契合國家的環保節能政策、輻射污染少、更具人性化、穩定性好的優點，這使LED照明在道路照明領域有著廣闊的應用前景和潛力，因此LED燈成為道路照明的最佳選擇。

參考文獻

[1] 侯俊.LED燈在道路照明方面的應用[J].安徽建筑，2008，（4）.

[2] 孫振德.LED路燈替代高壓鈉燈路燈的經濟可行性研究[J].照明技術與設計，2012，（3）.

[3] 莫遠屏.城市道路的照明與節能[J].中國科技信息，2006，（3）.

[4] 費子和.一種城市道路照明的節能措施[J].建筑電氣，2007，（5）.

作者簡介：曾德容（1984-），女，四川開江人，供職于中國市政工程西南設計研究總院有限公司，碩士，研究方向：市政電氣設計。

（責任編輯：周 瓊）endprint