LED路燈應用在寒地環境下的照明效果分析

陳 謙

(哈爾濱照明檢測中心，黑龍江 哈爾濱 150080)

?

LED路燈應用在寒地環境下的照明效果分析

陳 謙

(哈爾濱照明檢測中心，黑龍江 哈爾濱 150080)

LED路燈應用在北方寒冷地區是否影響照明效果和設備穩定性，一直是爭論的焦點。本文通過大量的實地采集到的數據結果及實驗室檢測比對試驗，分析LED路燈在應用過程中，特別是在寒地低溫環境下的照明效果，客觀的反映了在時間和環境溫度的變化下對LED路燈的光參數與色度參數的影響。

寒地； LED路燈；平均照度；光衰

引言

道路照明質量要求較高，既要保證照明在功能上保證安全的要求，又要為使用者提供舒適、可靠的視覺效果。同時道路照明環境復雜，路燈要滿足在多變惡劣環境下的適應程度，尤其在北方寒冷地區，不僅氣候寒冷，而且冷熱溫差較大，這就給LED道路照明產品應用的耐久性和穩定性提出了更高的要求。

目前北方寒冷區域的LED道路照明產品大多數來自于南方廠商，由于地域環境氣候的特殊性，一些優質的LED產品應用在北方寒冷區域出現“水土不服”的情況。國家和地方已做出了相應的規范，但由于測試環境的限制，更多的側重于實驗室環境下的產品檢測。為了反映寒冷地區復雜環境下照明的真實效果，我們需要從寒地環境下的現場檢測和實驗室檢測相結合的方法入手，建立長效的跟蹤機制，采集各種氣候溫度條件下的光電參數，并加以總結分析，客觀地反映LED路燈在寒地應用環境下的照明效果。為此，我們在哈爾濱市區建立了LED戶外試驗場，同時進行了長效的跟蹤試驗。

目前我們已經完成了5個月(1月—5月)的數據采集，檢測環境冬季平均溫度-14 ℃，且為冰雪路面。本文首先通過對樣品的初始狀態進行實驗室檢測，然后分別置于實驗室環境和室外試驗場的實際環境中，按照正常路燈的使用時間保持兩地試驗樣品同時開關運行的工作狀態，同時對室外試驗場樣品進行現場跟蹤測試，最后將兩個試驗環境下的樣品取下，進行實驗室檢測。在樣品選擇上使用能夠反映當前技術水平，應用相對廣泛的路燈產品，保證同品牌產品盡量一致的原則。室外試驗場為實際標準街路，燈桿布置均勻一致。

1 總體評價

根據以上的測試方法，我們對6個規格相似、不同種類的LED路燈在相同的室外環境中采集了具有代表性的1 200多個檢測數據。通過平均照度、燈下點照度和均勻度數據衡量路燈的照明效果，并針對溫度的變化對于照度的影響進行了歸納分析。根據CJJ 45—2015《城市道路照明設計標準》對機動車道路照明效果的要求和測試數據，這6種樣品的總體照明效果情況如表1所示。

表1 CJJ 45—2015照明效果要求對比Table 1 Comparison of lighting effect request of CJJ 45—2015

路燈按照雙排相對的方式進行布置，燈桿高度8 m，間距38 m。在燈具功率選擇上，為保證不降低原有環境的照明效果，除樣品2和樣品4無相應規格外(分別為150 W和140 W)均為額定功率100 W的燈具(原有路燈功率為250 W鈉燈)，在1 516 h的燃點過程中，被測試的24個樣品均處于完好狀態。從表1中可以看出，試驗路段中的LED路燈的平均照度，均滿足在次干路等級上的照明效果要求，末次測試值較首次測試值有不同程度的降低，但最低值仍然在23 lx以上，仍然遠遠優于標準中對于次干路照明的要求。

照度均勻度末次測試值較初次測試值出現不同程度的降低，但是整體變化不明顯。照度均勻度測試值普遍高于0.6，這與先前測試的該區域傳統路燈照度均勻度為0.4相比，有了較大的提高。

應用LED路燈替代傳統路燈，能夠有效的降低電量消耗，在以照度和照度均勻度指標作為依據進行評價時，照明效果有了極大提升，這得益于LED燈具較高的整體光效和更合理的配光曲線。

2 時間、溫度與光參數的對應關系

1)平均照度和溫度變化的關系見圖1。經過歷時5個月的現場照度測試采樣，6種樣品的平均照度都出現了不同程度的降低，整體出現了照度遞減的狀態。在溫度和路燈燃點時間的共同影響下，沒有因為環境溫度的升高或降低，出現照度衰減趨勢的加速或減緩。相比于時間的變化，在-16 ℃～18 ℃的寒地環境中應用LED路燈，溫度影響的照度變化并不明顯。隨著數據的不斷收集豐富，我們將繼續監測LED路燈隨溫度變化的照明情況。

圖1 平均照度和溫度的變化關系Fig.1 The relationship between temperature and average illuminance

2)照度維持率趨勢變化見圖2。通過對每種樣品平均照度的變化情況加以分析，得到平均照度維持率變化的趨勢，在1 000 h的老煉期內(約為到4月的燃點時間，按照哈爾濱路燈燃點時間12 h/d計算)，照度維持率均在0.90以上，其中樣品2和樣

圖2 照度維持率的變化Fig.2 Trend of illumination maintenance rate

品4的維持率接近0.95。而1個月(約360 h)后的平均照度維持率在0.87～0.92之間，僅有2類樣品在0.90以上，在這一時期內除樣品1外，平均照度的環比衰減速度最高，均在4%以上。在測試過程中，每種樣品的照度變化大都出現了先下降后上升的過程，而這種情況多發生在樣品燃點700 h～1 000 h之間，各樣品的變化差異較大。

3)室內與室外測試樣品光衰的比較見表2。從實驗室老化和室外試驗場測試樣品在燃點1 000 h后的結果來看，樣品3、5、6的光衰率基本相同，通過對樣品1、2、4的檢測結果發現，室外試驗場樣品的驅動電源輸出功率發生的變化，是導致該類樣品與實驗室樣品檢測結果差異較大的原因。

與照度維持率相比，實驗室檢測室外樣品光通量計算光衰率的方式得到的結果要好于照度維持率。這是由于現場檢測時環境溫度的不同，影響燈具輸出的光通量，隨著測試時間點氣溫的不斷升高，溫度對于LED路燈發光的影響逐漸增大，導致在相同燃點時間的條件下，現場測試得到的照度衰減程度更高。

表2 室內和室外樣品光衰比較Table 2 Compared with light degradation between two test sites

3 時間、溫度與光色度參數的對應關系

相關色溫隨時間變化見圖3，一般顯色指數隨時間變化見表3。一些研究證明，暖色溫和中間色溫更適合道路照明，采用3 000 K左右的暖白色，不但保持了在有霧多塵環境下的穿透能力，又在主觀上提高了人們對路面視覺上的舒適程度。尤其在北方寒冷地區，冬季路面被冰雪覆蓋，低色溫光源照明更能夠避免造成雪盲癥的可能。所以本次試驗選用的LED路燈的相關色溫均選用暖白光。

圖3 相關色溫和時間的變化關系Fig.3 The relationship between time and color temperature

通過對樣品相關色溫的監測結果發現，雖然樣品的額定色溫略有不同，但是除樣品2外，其余5類樣品的相關色溫變化趨勢基本一致，均出現了色溫衰減的情況。

相比傳統路燈，LED路燈具有較高的顯色指數，在檢測的6類樣品中，除樣品2外顯色指數均在73以上，其中樣品1和樣品3保持在80以上。且在各個測試周期內的變化程度較小。

表3 一般顯色指數隨時間的變化Table 3 The relationship between time and general colour rendering index

4 結論

綜上所述，在-16℃～18℃的溫度區間內LED路燈能夠正常燃點工作，沒有出現溫度變化引起較大的照度變化波動，樣品在老煉期內處于照度衰減的情況，相對于低溫環境變化，路燈燃點時間對發光衰減的影響較大。

樣品在低溫環境下燃點1 000 h后并沒有出現照度相對穩定的情況，這就需要適當延長老煉燃點的時間后對產品的初始值進行評價，我們將通過更多的數據采樣來尋找樣品穩定的時間。

LED路燈的光衰問題，依然是其應用過程中的主要瓶頸，研究方向應該以LED路燈整體及各部分組件入手。尤其在北方寒冷地區，如何提高LED路燈組件的環境適應性、耐受性及保證在惡劣環境下運行的穩定性，將是減緩LED路燈光衰的研究重點。由于環境溫度的影響，通過光通量維持率的方式來評價的光衰值相比照度維持值的方式計算的光衰值更接近于真實的光衰率。

LED路燈作為一種新的照明產品，其光電和色品特性與其他光源有著較大的差異，在評價其壽命時僅以光通量維持率作為依據，顯然是不全面的，應該同時考慮其色參數的漂移情況，并將其納入LED路燈的壽命評價指標。

[1] 城市道路照明設計標準：CJJ 45—2015[S].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[2] 照明測量方法：GB/T 5700—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[3] 平立.LED路燈在寒地應用環境下需要重點解決的關鍵技術問題[J].黑龍江科技信息，2010(15)：46.

[4] 韓直.LED隧道照明試驗研究[J].公共交通技術，2009(4)：144.

[5] 嚴其艷，劉勇求.LED路燈技術探討[J].科技向導，2011(35)：12.

[6] 鄒琳，李德勝，鄒念育，等.基于光通維持率和色參數漂移的LED壽命評價方法[J].照明工程學報，2013，24(1)：85-88

[7] 梁田靜.影響半導體照明光衰及色衰因素的研究[D].西安：陜西科技大學，2013.

Analysis of Lighting Effect of LED Street Lamp Applied in the Cold Area

CHEN Qian

(HarbinLightingTestingCenter,Harbin150080,China)

The argument has been that application of LED lights in the northern cold region will affect the lighting effect and the stability of the equipment. This article, according to a lot of on-the-spot collected data and consequence of the Test in lab, analyses the effects of illumination of LED street lamp during its application and especially under the environment of low temperature, reflects objectively the phenomenon of light attenuation and colorimetric parameter with the change of time and environmental temperature.

cold area; LED road lighting; average illuminance; light degradation

TM923

B

10.3969j.issn.1004-440X.2016.04.030